Conceptos Clave en Informática y Telecomunicaciones: Redes, Señales y Transmisión de Datos

Edificios Inteligentes (E.I)

Características

• Sistema informático flexible.
• Fácil comunicación con el usuario.
• Software abierto y modificable.
• Paso a control manual.
• Autochequeo automático.
• Conocimiento temporal (fecha y hora).
• Mantenimiento con avisos.
• Gráficos y estadísticas de usos y consumos.

Ventajas

• Funcional.
• Fácil uso.
• Confortable.
• Seguro para personas y bienes.
• Fiable.
• Bien comunicado.
• Rentable.
• Versátil.

Inconvenientes

• Mayor inversión económica.
• Necesidad de usuarios adiestrados.

Sistemas de Automatismos en Edificios

Los sistemas de automatismos abarcan diversas áreas dentro de un edificio, incluyendo:

• Telefonía.
• Energía eléctrica.
• Calefacción.
• Refrigeración.
• Climatización.
• Sistemas contra incendios.
• Control de aparcamientos.
• Control de ascensores.
• Control de accesos.
• Detector de escapes.
• Control de persianas, toldos y ventanas.
• Datos.
• Megafonía y sonorización.
• Control de electrodomésticos.
• Control inalámbrico.
• Riego.
• Control químico de piscinas.
• Tratamiento de agua.
• Iluminación de emergencia.

Multiplexaje

El multiplexaje permite enviar múltiples señales a través de una sola línea de transmisión.

Multiplexaje por Frecuencia

Este sistema suma varias señales analógicas en una sola, las envía y las separa en el destino. Se suman en un ancho de banda determinado, modulando en amplitud a portadores suficientemente separados en frecuencia. La señal mezclada se envía por la línea de transmisión. Cuando se recibe la señal, se separa con filtros sintonizados.

Ejemplo: Distribución de canales de TV comunitaria

Las antenas de TV terrestre y las parabólicas reciben 10 o más canales de TV con un ancho de banda de 45 MHz. Estos canales se amplifican y suman en una señal única que se distribuye por las bajantes hasta cada terminal. La última toma de una línea coaxial debe tener conectada siempre una resistencia final con valor igual a la impedancia de la línea para evitar reflexiones, pérdidas de señal y dobles imágenes. En cada hogar, el aparato de TV se encarga de seleccionar el canal de TV deseado y mostrarlo.

Multiplexaje por Tiempo

Este método mezcla señales y las envía juntas por una línea. Se basa en la conversión de la señal analógica a digital. El proceso es el siguiente:

1. Se toman muestras de la señal analógica cada pocos segundos.
2. Se compara cada muestra con una escala de niveles y se le asigna el valor correspondiente (por ejemplo, 256 niveles). A mayor cantidad de niveles, mejor precisión. Cada nivel se convierte a binario.
3. Se coloca la sucesión de bits en serie y se envían.
4. Se separan los bits de cada muestra y señal.
5. Se recupera la señal con un filtro electrónico tipo "paso bajo".

Ejemplo: Sistema MIC

Asocia 30 señales de teléfono y 2 para canales de servicio, resultando en 32 señales a multiplexar. La línea de transmisión tendrá que tener la banda de paso suficiente para admitir esa alta velocidad de transmisión.

Ruido Eléctrico

El ruido eléctrico es un voltaje normalmente indeseado que aparece en los terminales de equipos electrónicos y que dificulta la transmisión de señales. Se puede medir con un osciloscopio o polímetro.

Tipos de Ruido

• Ruido Blanco: Ruido de fondo constante, casi imperceptible, inevitable, de voltaje pequeño.
• Ruido Industrial: Generado por la actividad humana, principalmente industrial, provoca errores en las transmisiones de datos.
• Ruido Atmosférico: Generado por tormentas, corrientes de aire, etc.

Ethernet

Ethernet es el tipo de red más utilizado, con topología en estrella o en bus. La dirección puede ser unidireccional (normalmente 2 líneas) o bidireccional (los impulsos van en un sentido o en el otro).

Características

Utiliza las normas IEEE 802.3 e ISO 8802.3, a las que se añaden 3 campos:

1. Velocidad máxima en los paquetes (10 o 100 Mbps).
2. Modo de transmisión en banda base o modulación.
3. Longitud máxima de cable (500 m (5) o 200 m (2)), tipo de cable (trenzado (T) o fibra óptica (F)).

Ejemplos

• 10Base5 (clásica, en desuso, "thick net" (bus)).
• 10Base2 ("thin net" o "cheap net" (bus)).
• 10BaseT (para cables de par trenzado STP, FTP, UTP 100 (estrella)).
• 10BaseF (en banda base (máximo 100 Mbps)).

Tipos de Señales

• Señal Analógica: Electrónica clásica. El voltaje o corriente puede tomar cualquier valor en el tiempo. Ejemplo: La señal que genera un micrófono electrodinámico cuando hablamos. La señal se puede medir y visualizar en los extremos de sus terminales eléctricos.
• Señal Digital: Nueva tecnología. Solo puede tomar determinados valores concretos de voltaje o corriente en el transcurso del tiempo. Ejemplo: La señal en un ordenador PC solo puede tomar valores de 0 a 5 voltios.

Formas de Enviar la Señal/Información

• Banda Base: La señal se envía tal cual es, sin modificar. Ejemplo: La señal telefónica básica viaja por la línea tal como se genera.
• Modulada: Más elaborada para que llegue mejor. Ejemplo: La señal telefónica ADSL; la señal telefónica básica se convierte en digital.

Ondas Sinusoidales

La onda sinusoidal es la única señal que no se deforma. Puede llegar con retraso, más pequeña, pero nunca se deformará; llegará con la misma forma que se envió.

Medios para Enviar Señales

• Por una línea eléctrica a través de los cables conductores.
• Por una línea radioeléctrica a través del aire o vacío en forma de ondas electromagnéticas.
• Por una línea óptica a través del aire o vacío en forma de rayos luminosos, o a través de una fibra óptica.

Ancho de Banda y Banda de Paso

La capacidad de llevar señales por una línea se mide en ancho de banda, que corresponde al margen de frecuencias sinusoidales que se pueden enviar sin atenuarse excesivamente.

Se denomina banda de paso al margen de frecuencias que transmiten las líneas de transmisión. El ancho de banda de una línea es su banda de paso.

Envío de Señales por una Línea

Atenuación y Deformación

Una señal, al ser la suma de varias señales sinusoidales, en el destino no es igual a la enviada desde el origen, pues las sinusoides de mayor frecuencia se han atenuado y retrasado más. La solución a este problema pasa por que la información vaya en una sola sinusoide y no sea la suma de varias, pues así no hay posibilidad de deformación de la señal. En las líneas de atenuación se atenúan más las frecuencias más altas y pasan mejor las frecuencias bajas. Cuando se envían las señales con un ancho de banda amplio, la señal se deforma.

La atenuación de un cable indica lo que disminuye su amplitud. Se expresa en dB/100 m para cada frecuencia.

Efectos Ondulatorios

Cuando la velocidad de transmisión de datos es elevada, es necesario considerar que en la línea de transmisión se producen fenómenos de mecánica ondulatoria.

Fenómenos Ondulatorios

• Reflexión: Cuando una onda avanza y llega a una superficie de cambio de medio, rebota y vuelve.
• Refracción: La onda llega al cambio de medio y pasa.
• Ondas estacionarias: La onda llega al cambio de medio, se refleja efectuando el mismo camino de vuelta, doblando su amplitud.

Impedancia Característica

Es el valor de la resistencia en ohmios que, conectada en el inicio y en el final de una línea de transmisión, no produce reflexión y, por lo tanto, una buena transmisión de potencia. Es un valor independiente de la longitud del cable. Para que no rebote y aparezcan fenómenos ondulatorios, hay que ir probando resistencias con la cual la línea llegue a su impedancia característica.

Modulación

La modulación es la técnica de enviar información sobre sinusoides. Se manipulan las señales para conseguir que lleguen mejor.

• Para señales analógicas: Amplitud Modulada (AM), Frecuencia Modulada (FM), Fase Modulada (PM).
• Para señales digitales: ASK (Amplitud), FSK (Frecuencia), PSK (Fase), QPSK (Cuadratura de fase).