Fundamentos de Sistemas de Telecomunicación y Redes Modernas

Sistemas de Telecomunicación

Componentes Fundamentales

Un sistema de telecomunicación básico consta de:

• Transmisor
  • Codificación de fuente: Optimiza la representación de la información.
  • Codificación de canal: Añade redundancia para proteger contra errores.
  • Modulador: Adapta la señal al medio de transmisión.
• Canal
  • Atenuación: Pérdida de potencia de la señal.
  • Distorsión: Alteración de la forma de la señal.
  • Ruido: Señales indeseadas que se suman a la señal útil.
• Receptor: Realiza las operaciones inversas al transmisor (demodulación, decodificación de canal, decodificación de fuente).

Aplicaciones de las Ondas Electromagnéticas

La capacidad de transmitir y recibir ondas electromagnéticas a través del aire abre un vasto abanico de posibilidades:

• Radioenlaces del servicio fijo: Conexiones punto a punto, tanto analógicas como digitales.
• Radiodifusión (Broadcasting): Distribución de señales de radio y televisión a múltiples receptores.
  • La televisión se distribuye mayoritariamente de forma digital.
  • La radio digital, sin embargo, enfrenta dificultades para su adopción masiva.
  • Nota: Existe un debate sobre la persistencia de tecnologías de radiodifusión obsoletas.
• Radiolocalización y Radiodeterminación: Ubicación y seguimiento mediante ondas de radio.
• Redes inalámbricas móviles: Comunicación celular, Wi-Fi, etc.

No obstante, surgen importantes dificultades técnicas:

• Propagación: Fenómenos como atenuación, dispersión, obstáculos, la curvatura terrestre e interferencias afectan la señal.
• Medio compartido: Es crucial optimizar el uso del espectro radioeléctrico mediante nuevas codificaciones y modulaciones eficientes.

Modos de Propagación

• Onda de tierra: Sigue la curvatura de la Tierra a bajas frecuencias (30 kHz – 3 MHz).
• Propagación ionosférica (HF - Alta Frecuencia):
  • Depende de las condiciones ambientales (actividad solar) y del ángulo de incidencia.
  • La onda se refracta en la ionosfera.
  • Puede regresar a la Tierra, donde se refleja, permitiendo comunicaciones a larga distancia.
• Propagación troposférica (VHF - Muy Alta Frecuencia, UHF - Ultra Alta Frecuencia):
  • Fenómenos como la formación de ductos y la dispersión troposférica pueden extender el alcance.
  • En microondas, generalmente se requiere visión directa (Line of Sight - LoS) entre transmisor y receptor. Se producen reflexiones y atenuación significativa por obstáculos (lluvia, edificios).

Radiodeterminación

Consiste en la determinación de la posición y/o velocidad de un objeto móvil utilizando ondas de radio.

• Radiolocalización: Generalmente pasiva (el objeto no colabora).
  • RADAR (RAdio Detection And Ranging): Sistema principal para detección y medición de distancia y velocidad.
• Radionavegación: Generalmente activa (el móvil utiliza las señales para determinar su posición).
  • Sistemas terrenales (rango corto):
    • ILS (Instrument Landing Systems): Ayuda al aterrizaje de aeronaves.
    • Radiobalizas: Emisores para localización.
    • VOR (VHF Omnidirectional Range): Sistema de radionavegación aeronáutica.
  • Sistemas globales/satelitales:
    • Constelaciones MEO (Medium Earth Orbit): GPS (EE.UU.), GLONASS (Rusia), Galileo (Unión Europea, operativo desde aprox. 2020).

Tendencias Actuales en Redes y Servicios

Se observa una clara tendencia hacia la integración de redes, procesamiento, datos y servicios:

• Utility Computing – Cloud Computing: Modelos como IaaS (Infraestructura como Servicio), SaaS (Software como Servicio) y PaaS (Plataforma como Servicio).
• Computación ubicua o penetrante (Pervasive Computing) e Inteligencia Ambiental: Integración de la tecnología de forma transparente en el entorno.
• Movilidad: Acceso a servicios y datos desde cualquier lugar y dispositivo.
• La Internet de las Cosas (IoT - Internet of Things): Conexión de objetos cotidianos a la red.

Estructura de Internet

Internet se organiza jerárquicamente mediante diferentes tipos de proveedores y puntos de interconexión:

• Tier (Nivel) 1: Proveedores globales que solo intercambian tráfico entre sí (peering) y no compran tránsito a nadie. Forman el núcleo de Internet.
• Tier (Nivel) 2: Proveedores regionales o nacionales que hacen peering con otros Tier 2 y Tier 1, pero también compran tránsito a los Tier 1 para alcanzar toda la red.
• Tier (Nivel) 3: Proveedores locales que generalmente solo compran tránsito a proveedores de nivel superior (Tier 1 o Tier 2).
• ISP (Internet Service Provider): Proveedor de Servicios de Internet.
• Single-homed ISP: ISP conectado a una única red de tránsito.
• Multi-homed ISP: ISP conectado a varias redes de tránsito para mayor redundancia y optimización de rutas.
• PoP (Point of Presence): Punto físico donde un ISP tiene equipos para conectar a sus clientes o interconectarse con otras redes.
• IXP (Internet Exchange Point): Punto neutro donde múltiples ISPs interconectan sus redes directamente (peering) para intercambiar tráfico local de forma eficiente.
• Backbone: Red troncal de alta capacidad que interconecta diferentes partes de Internet.

El Rol del Ingeniero de Sistemas de Telecomunicación

Los ingenieros de sistemas de telecomunicación diseñan y gestionan estos complejos sistemas:

• Se especializan en áreas como ingeniería de radiofrecuencia, microondas y óptica.
• Diseñan y operan sistemas de radionavegación y radiodeterminación (ej., RADAR, localización global por satélite, ayudas a la navegación en aeropuertos).
• Desarrollan y gestionan sistemas de telecomunicaciones móviles (celulares, satelitales).
• Planifican y despliegan redes de telecomunicación:
  • Tanto redes extensas (ej., troncales submarinas, redes espaciales).
  • Como redes en ámbitos reducidos (redes locales-municipales, corporativas).
• Desarrollan algoritmos de procesado de señal, que implementan tanto en software como en hardware (ej., FPGAs, ASICs).