Conceptos Clave de Señales y Transmisión: Ondas, Modos y Espectro de Frecuencia

Conceptos Iniciales en Señales

Ganancia

La ganancia describe la relación entre dos potencias, voltajes o corrientes.

Resonancia

La resonancia ocurre cuando dos equipos transmiten en la misma frecuencia y con igual fase; en tal caso, sus señales se suman.

Modos de Transmisión (TX)

• A) Simple o Simplex: Se produce en una sola dirección y sin retorno (ejemplo: radio, beeper, TV, fax).
• B) Half-duplex: Comunicación en la que se puede transmitir y recibir, pero en distintos momentos (no simultáneamente). Ejemplo: radio portátil, computadores. El protocolo CSMA/CD es usado por los computadores en este modo.
• C) Full-duplex: Permite la comunicación en ambas direcciones simultáneamente (ejemplo: teléfono).

Propagación de Ondas de Radio

• Onda terrestre
• Línea de vista
• Ionosfera: Transmisión por Amplitud Modulada (AM) a 80-150 metros de altura.
• Microondas

Relación entre Señales

1. Factores de Forma

Miden el grado de deformación de una señal cualquiera respecto de una señal de onda cuadrada (que se usa como referencia).

2. Series Trigonométricas de Fourier

Una señal periódica puede representarse como una suma infinita de señales sinusoidales con diferentes amplitudes, frecuencias y fases.

• Función par: Los valores para argumentos positivos son iguales a los valores para sus correspondientes argumentos negativos (f(x) = f(-x)).
• Función seno: Es una función impar.
• Función coseno: Es una función par.

Condiciones de Dirichlet para las Series de Fourier

Son tres condiciones fundamentales:

1. La función debe ser periódica, con un período T (el cual se debe conocer).
2. La función debe ser definida y univaluada (definida en cada intervalo, con un valor único en cualquier momento).
3. La función y su derivada deben ser continuas o seccionalmente continuas en el intervalo de interés.

Teoría y Aplicaciones de Fourier

Coeficientes de Fourier

Nos permiten conocer todas las amplitudes y las frecuencias que componen una señal periódica.

Frecuencia Fundamental y Armónicas

La Frecuencia Fundamental es la frecuencia base de la señal (cuando n=1 en la serie de Fourier). Las demás frecuencias serán las frecuencias armónicas de dicha señal. Las frecuencias armónicas son múltiplos de la Frecuencia Fundamental que la acompañan. Influyen en el ancho de banda y su presencia puede tener efectos como la disminución de la potencia útil de una señal. Si causan interferencia o se acercan demasiado a los valores de la Frecuencia Fundamental, se utilizan filtros para atenuarlas.

Representación Espectral

Permite visualizar las componentes de frecuencia de una señal:

• A) La componente de orden 1 (o de frecuencia ω) será la frecuencia fundamental.
• B) Si la separación entre componentes es constante (por ejemplo, 2ω para señales con ciertas simetrías como las senoidales impares), se visualizarán las frecuencias armónicas que corresponden a 3ω, 5ω, 7ω, etc.

En Resumen: Utilidad de las Series de Fourier

Las series de Fourier nos permiten:

• Pasar del plano del tiempo al plano de las frecuencias para visualizar el comportamiento de estas.
• Conocer la Frecuencia Fundamental de la señal.
• Conocer las Frecuencias Armónicas de la señal.
• Conocer la componente continua (DC) de la señal.
• Conocer la serie infinita de senos y cosenos que la conforman, así como sus amplitudes (y por ende, sus potencias).

Componente Continua (DC)

Se refiere al valor promedio o nivel de offset de una señal; es un valor numérico definido que será fijo. Lo ideal es que este valor sea cercano a 0 para permitir una transmisión eficiente en banda base.

Ruido en Comunicaciones

El ruido es cualquier señal indeseable (toda forma de energía no deseada) que afecta la calidad de una comunicación. El ruido puede afectar al transmisor (Tx), al receptor (Rx) y al medio de transmisión. Sin embargo, es el receptor (Rx) el que principalmente percibe sus efectos. Ejemplos comunes son el «chicharreo» en la radio o la «nieve» en la televisión.