Conceptos Fundamentales de Telecomunicaciones y Sistemas de Comunicación

Modelo de un Sistema de Comunicaciones

La comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar (remitente, fuente, originador, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte, la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único (separado y distinto), capaz de ser enviado por el transmisor, y capaz de ser detectado y entendido por el receptor.

Si la información es intercambiada entre comunicadores humanos, por lo general se transmite en forma de sonido, luz o patrones de textura en forma tal que pueda ser detectada por los sentidos primarios del oído, la vista y el tacto. El receptor asumirá que no se está comunicando información si no se reciben patrones reconocibles.

En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques del modelo básico de un sistema de comunicaciones, en éste se muestran los principales componentes que permiten la comunicación.

Definiciones de Términos Básicos Utilizados en las Telecomunicaciones

• Señal portadora: Señal senoidal de alta frecuencia a la cual usualmente se hace que varíe alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia, fase), en proporción a la señal de banda base.
• Modulación en Amplitud (AM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su amplitud.
• Modulación en Frecuencia (FM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su frecuencia.
• Modulación en Fase (PM): En este tipo de modulación, el parámetro de la portadora que varía es su fase.
• Periodo: Es el tiempo requerido para un ciclo completo de una señal eléctrica o evento.
• Frecuencia: Representa el número de ciclos completos por unidad de tiempo de una señal eléctrica. Se expresa generalmente en Hertz (ciclos/segundo).
• Atenuación: Disminución gradual de la amplitud de una señal, pérdida o reducción de amplitud de una señal al pasar a través de un circuito o canal, debida a resistencias, fugas, etc. Puede definirse en términos de su efecto sobre el voltaje, la intensidad o la potencia. Se expresa en decibeles sobre unidad de longitud.
• Filtro pasa banda: Circuito que sólo permite el paso de las frecuencias comprendidas en cierta banda y que al mismo tiempo atenúa en alto grado todas las frecuencias ajenas a esta banda.
• Ancho de banda del Canal: Es el rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad.
• Ancho de banda de una señal: Es el rango de frecuencias que contienen la mayor cantidad de potencia de la señal.

Limitaciones de los Canales de Comunicación

Las principales limitaciones son el ruido y la capacidad del canal.

• Ruido: Toda energía eléctrica que contamina la señal deseada (ruido térmico, ruido eléctrico, interferencia, distorsión, etc.).
• Interferencia: Es cualquier perturbación en la recepción de una señal en forma natural o artificial (hecha por el hombre) causada por señales indeseables.
• Relación señal a ruido: Relación de la potencia de la señal deseada a la potencia de ruido en un punto específico y para unas condiciones específicas en un punto dado.
• Capacidad del Canal: Índice de transmisión de información por segundo.

Está dado por la ecuación de Shannon:

Donde: C es la capacidad del canal en bps.

B es el ancho de banda en Hz

S/R es la relación señal a ruido en dB

• Espectro radioeléctrico: Gama de frecuencias que permite la propagación de las ondas electromagnéticas. La asignación de estas frecuencias está estandarizada por organismos internacionales.

Contaminaciones de la Señal

Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal; sin embargo, son más serios la distorsión, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal. Al introducirse estas contaminaciones al sistema, es una práctica común y conveniente imputárselas, pues el transmisor y el receptor son considerados ideales. En términos generales, cualquier perturbación no intencional de la señal se puede clasificar como "ruido", y algunas veces es difícil distinguir las diferentes causas que originan una señal contaminada. Existen buenas razones y bases para separar estos tres efectos, de la manera siguiente:

• Distorsión: Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse.
• Interferencia: Es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. El problema es particularmente común en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o más señales simultáneamente por el receptor. La solución al problema de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la señal interferente o su fuente. En este caso es posible una solución perfecta, si bien no siempre práctica.
• Ruido: Por ruido se debe entender las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas señales se agregan a la señal portadora de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por supuesto que podemos decir lo mismo en relación a la interferencia y la distorsión y en cuanto al ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni aún en teoría.

Modulación

Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje.

Definiciones:

"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación.

Telecomunicaciones

Telecomunicaciones: Comunicación a grandes distancias. Las telecomunicaciones se encargan del transporte de la información a grandes distancias a través de un medio o canal de comunicación por medio de señales. La misión de las telecomunicaciones es transportar la mayor cantidad de información en el menor tiempo de una manera segura. Esto se logra por medio de varias técnicas tales como la modulación, codificación, compresión, formateo, multicanalización, esparciendo el espectro, etc.

Elementos del Sistema

En toda comunicación existen tres elementos básicos (imprescindibles uno del otro) en un sistema de comunicación: el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno tiene una función característica.

• El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma se señal. Para lograr una transmisión eficiente y efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más común e importante es la modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.
• El Canal de Transmisión o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, la disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia.
• La función del Receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las señales son frecuentemente muy débiles, como resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación. En todo caso, la operación clave que ejecuta el receptor es la demodulación, el caso inverso del proceso de modulación del transmisor, con lo cual vuelve la señal a su forma original.

Otras Definiciones

• Sistema de transmisión de datos: El conjunto de componentes que hacen posible la conducción de señales de datos, en uno o en varios sentidos, utilizando, para ello, vías las generales de telecomunicación.
• Señal: Cualquier evento que lleve implícita cierta información.
• Canal: Medio por el cual se transmite la información.
• Transductor: Dispositivo que convierte algún tipo de energía en una señal eléctrica.
• Decibel: Unidad para medir la intensidad relativa de una señal, tal como potencia, voltaje, etc. El número de decibeles es diez veces el logaritmo (base 10) de la relación de la cantidad medida al nivel de referencia.
• Modulación: Proceso mediante el cual se utiliza la señal de banda base para modificar algún parámetro de una señal portadora de mayor frecuencia.
• Señal de banda base: La señal eléctrica que se obtiene directamente desde la fuente del mensaje (no tiene ningún tipo de modulación).
• Señal analógica: Aquella señal cuya forma de onda es continua.
• Señal digital: Aquella señal cuya forma de onda es discreta.
• Longitud de Onda: Es la longitud en metros que existe entre cresta y cresta de una señal eléctrica. La longitud de onda es igual a la velocidad de la luz entre la frecuencia. Donde: es la longitud de onda en mts. c es la velocidad de la luz (3x108 mts/seg) f es la frecuencia (1Hertz=1/seg).
• Filtro pasa baja: Es un arreglo de componentes electrónicos que solo deja pasar las frecuencias menores a la frecuencias de corte. fc = Donde: fc es la frecuencia de corte en Hz R es la resistencia en ohms, y C es la capacitancia en faradios.
• Filtro pasa alta: Es un arreglo de componentes electrónicos que solo deja pasar las frecuencias mayores a la frecuencias de corte.