Fundamentos de Transmisión de Datos y Sistemas de Comunicación en Electricidad y Electrónica

Fundamentos de Transmisión de Datos y Tipos de Señal

En el ámbito de la electricidad y la electrónica, es fundamental comprender cómo se originan y transportan los datos. Entendemos como datos al propio conjunto de información que se desea procesar, y como señal a la forma física que adoptan los datos para su correcta transmisión.

• Datos analógicos: Son aquellos cuyo valor puede cambiar de una cantidad a otra de forma continua.
• Datos digitales: Son aquellos cuya magnitud solo puede tomar valores discretos y únicos.

Tipos de Transmisión

• Analógica / Digital (A/D): Conversión y tratamiento de señales según la naturaleza del sistema.
• Simultaneidad de datos:
  • Transmisión en serie: Sistemas más lentos, pero con instalaciones menos complejas y económicas.
  • Transmisión en paralelo: Sistemas mucho más rápidos, aunque requieren un cableado y equipos considerablemente más costosos.
• Simultaneidad de recepción y emisión:
  • Simplex: La transmisión se establece en un único sentido.
  • Half-duplex o semiduplex: La transmisión puede producirse en ambos sentidos, pero no de forma simultánea.
  • Full-duplex: Permite transmitir información en ambos sentidos al mismo tiempo.
• Tipo de sincronismo: Se divide en transmisión síncrona y asíncrona.

Sincronismo y Control de Errores en las Comunicaciones

Para asegurar una correcta comunicación entre emisor y receptor, existen tres condiciones de sincronismo: sincronismo de bit, sincronismo de carácter y sincronismo de mensaje.

• Transmisión síncrona: El sincronismo de bit se consigue mediante una señal de reloj enviada por el emisor, la cual sirve para que ambas estaciones sincronicen su reloj interno.
• Transmisión asíncrona: No existe una señal de reloj común entre las estaciones; por tanto, emisor y receptor no cuentan con una base común de tiempo. La comunicación asíncrona es de velocidad más baja que la síncrona y precisa de equipos menos complejos.

Control y Corrección de Errores

Cuando se produce una transmisión, debe existir algún método que permita detectar posibles alteraciones en la información. El método más utilizado es el bit de paridad, que consiste en añadir a los bits de información un bit adicional:

• Paridad par: El bit de paridad será 0 si existe un número par de unos en la información enviada.
• Paridad impar: El bit de paridad será 1 para mantener o asegurar la condición impar de unos.

Tras la detección de un error, deben tomarse medidas. La más común se aplica cuando el receptor detecta el fallo y solicita al emisor la retransmisión de la información errónea. Algunos métodos SAR (Storage and Repeat / Automatic Repeat Request) son:

• Técnica de parada y espera (Stop-and-Wait).
• Técnica de ventana deslizante (Sliding Window).

Control de Flujo

El control de flujo en una transmisión se refiere a la necesidad de evitar la saturación de información en el receptor. También se emplea como método SAR en la corrección de errores mediante las siguientes técnicas:

• Parada y espera: El emisor envía una trama y espera la confirmación previa del receptor antes de continuar, asegurando que este no se sature.
• Ventana deslizante: Se envía un número determinado de tramas, tras el cual el receptor emite un mensaje de confirmación para validar el bloque completo.
• Parada y arranque: El emisor transmite tramas de forma continua sin esperar necesariamente una respuesta inmediata de confirmación por parte del receptor.

Técnicas de Transmisión y Modulación

La modulación tiene como objetivo lograr una señal modulada que se adapte perfectamente a las características del canal de transmisión. En este proceso intervienen la señal modulada, la señal transportadora (portadora) y, finalmente, el proceso inverso de demodulación. La velocidad a la que funciona un modulador o demodulador se denomina velocidad de modulación y se mide en baudios.

Tipos de Modulación

• Modulación analógica lineal:
  • AM (Modulación de Amplitud): Se modifica la amplitud de la onda portadora.
• Modulación analógica angular:
  • FM (Modulación de Frecuencia): Se modifica la frecuencia de la portadora.
  • PM (Modulación de Fase): Se desplaza la fase de la onda portadora.
• Modulación digital: La señal portadora es una onda sinusoidal y la señal moduladora es digital.
  • ASK (Amplitude Shift Keying): Varía la amplitud.
  • FSK (Frequency Shift Keying): Varía la frecuencia.
  • PSK (Phase Shift Keying): Varía o desplaza la fase.

Multiplexación y Ancho de Banda

La multiplexación es el proceso de reunir señales de varias fuentes distintas, generando una señal compuesta única apta para su transmisión por un único canal común. Existen cuatro tipos principales:

• FDM (Multiplexación por División de Frecuencia): Cada señal opera en una frecuencia diferente.
• TDM (Multiplexación por División de Tiempo): Se asigna un intervalo de tiempo específico (ranura o trama) a cada fuente.
• STDM (Multiplexación Estadística por División de Tiempo): Versión asíncrona donde los mensajes más largos o prioritarios gestionan mejor el tiempo de canal.
• SDM (Multiplexación por División de Espacio): Utilizada habitualmente a nivel de satélites y conmutación física.

Banda Base frente a Banda Ancha

• Banda base: La señal se transmite sin modular ni codificar. Su principal desventaja es que las distancias se limitan a pocos kilómetros y se emplea todo el ancho de banda del medio para un solo canal.
• Banda ancha: Cada canal transporta información diferenciada sobre datos, voz o vídeo de forma simultánea, permitiendo transmitir a grandes distancias con una cobertura de decenas de kilómetros.

El módem es el dispositivo encargado de modular las señales digitales provenientes de un DTE (Equipo Terminal de Datos), transformándolas en señales analógicas para su transmisión a través de una línea telefónica convencional analógica de dos hilos.

Medios de Transmisión Físicos e Inalámbricos

Medios Guiados (Cableados)

• Par trenzado: Está constituido por conductores de cobre trenzados por parejas para evitar la diafonía y las interferencias electromagnéticas. Al ser sensible a perturbaciones externas, suele requerir blindaje mediante cables del tipo FTP, STP o UTP.
• Cable coaxial: Formado por dos conductores concéntricos: uno interno de cobre y otro exterior en forma de malla metálica. Su principal ventaja es que resulta menos sensible a la diafonía, aunque como desventajas presenta mayor rigidez, grosor y coste.
• Fibra óptica: Es el medio físico más instalado actualmente para redes WAN. Existen diferentes tipos:
  • Monomodo: Permite un único haz de luz viajando en línea recta para grandes distancias.
  • Multimodo: Permite múltiples haces de luz viajando con distintos ángulos de incidencia simultáneamente.
• Cable específico: Conjunto de cables diseñados y fabricados a medida para aplicaciones industriales o electrónicas concretas.

Medios No Guiados (Inalámbricos)

Utilizan el espacio libre como medio de propagación mediante tecnologías como ondas de radio, microondas e infrarrojos.