Ondas, Transmisión y Propagación de Señales: Conceptos Clave

Ondas y su Propagación

La onda es un fenómeno físico que se propaga en algún medio (sólido, líquido, gas), desde la perturbación (foco) hacia otras regiones del medio (movimiento oscilatorio). Los parámetros clave de una onda son: Longitud de onda (λ), Velocidad de propagación (v), Amplitud (A) y Elongación (d).

Tipos de Transmisión

Existen dos tipos principales de transmisión de datos:

• Paralelo: Transmite los datos a través de n líneas de datos. Es más efectivo en cortas distancias y aparentemente más rápido.
• Serie: Es menos costoso, pero los datos necesitan ser serializados/deserializados y requiere un protocolo de transmisión.

Transmisión Síncrona vs. Asíncrona

• Transmisión síncrona: Permite mayores velocidades de transmisión y se refiere al acceso inmediato en tiempo real de información (ej: mensajería instantánea, chat, videoconferencias).
• Transmisión asíncrona: Permite mayor variabilidad de dispositivos a interconectar. Se refiere al acceso a información de manera no simultánea (ej: foros, e-mail, wikis, blogs).

Deterioro de la Transmisión

Los medios de transmisión no son perfectos, lo que causa deterioros en las señales.

Atenuación

La atenuación es la pérdida de energía de una señal al viajar a través de un medio de transmisión. Se mide en decibelios (dB).

Origen del Decibel

El dB se originó en los Bell Labs para medir la pérdida de potencia en líneas telefónicas. Expresa la relación entre dos niveles de potencia y se utiliza el dBm para indicar niveles de potencia.

Atenuación en Fibra Óptica y Ondas de Radio

• Fibra óptica: La atenuación es la pérdida de energía del rayo de luz al viajar por la fibra.
• Ondas de radio: La onda pierde potencia al esparcirse en el espacio.

Ecuación de Transmisión de Friis

Establece la pérdida en el espacio libre (L_fs) y se obtiene combinando las ganancias de las antenas.

Cálculo del Presupuesto de Potencia

Evalúa la viabilidad de un enlace calculando las pérdidas y considerando las características del equipamiento y las antenas.

• Características del equipamiento: Potencia de transmisión y sensibilidad del receptor.
• Ganancia de las antenas: Dispositivos pasivos que amplifican la señal debido a su forma física.

Simulación con Radio Mobile

Construye perfiles entre dos puntos, analiza la línea visual y calcula la atenuación, considerando factores como absorción, terreno y clima.

Distorsión

La distorsión ocurre cuando una señal cambia su forma de onda, especialmente en señales compuestas.

Dispersión Modal y Cromática

• Dispersión modal: Ocurre en fibras multimodo debido a los diferentes caminos que toman los rayos de luz.
• Dispersión cromática: Característica de las fibras monomodo, donde se elimina la dispersión modal.

Ruido Eléctrico

El ruido eléctrico es cualquier energía no deseada que interfiere con la señal deseada.

Tipos de Ruido Eléctrico

• Ruido externo: Se produce fuera del sistema y se introduce por acoplamiento eléctrico o magnético.
• Ruido interno: Se produce en componentes pasivos y activos.
• Ruido térmico: Movimiento aleatorio de electrones en un conductor debido a la agitación térmica.

Relación Señal a Ruido y Capacidad del Canal

La relación señal a ruido es crucial para determinar el efecto del ruido sobre la señal. La capacidad de un canal es la velocidad a la que se pueden transmitir datos.

Ancho de Banda de Nyquist y Shannon-Hartley

• Nyquist: En un canal ideal sin ruido, C=2B log M.
• Shannon-Hartley: Considera el ruido, C = B log (1+S/N).

Líneas de Transmisión

Las líneas de transmisión son sistemas de conductores que transfieren energía eléctrica. Pueden ser de distintas longitudes.

Ondas Electromagnéticas Transversales

La propagación de energía eléctrica por una línea de transmisión (EMT) viaja principalmente en el dieléctrico.

Tipos de Líneas de Transmisión

• Balanceadas: Corrientes de circuitos metálicos y longitudinales.
• Desbalanceadas: Un cable a tierra y otro con la señal.

Balunes

Circuitos para conectar líneas balanceadas a desbalanceadas.

Tipos de Líneas

• Línea de cable abierto: Dos cables paralelos espaciados.
• Líneas de conductor paralelo: Cables de cinta.
• Par trenzado: Dos conductores aislados trenzados.
• Par de cables protegidos con malla: Conductores paralelos en una malla metálica.
• Línea coaxial: Dos conductores con el mismo eje.
• Líneas rígidas llenas de aire: Conductor central rodeado por un tubo.
• Líneas sólidas flexibles: Malla trenzada flexible.

Líneas Uniformemente Distribuidas

Determinadas por sus propiedades eléctricas y físicas.

Propagación en Líneas de Transmisión

La EMT se propaga a la velocidad de la luz en el vacío, pero más lentamente en conductores y dieléctricos. Las discontinuidades causan pérdidas.

Líneas Incidentes y No Resonantes

• Líneas incidentes: La energía se refleja entre la carga y la fuente.
• Líneas no resonantes: No presentan potencia reflejada.

Relación de Ondas Estacionarias (SWR)

Relación del voltaje máximo con el voltaje mínimo.

Ondas Estacionarias

Si las ondas alcanzan una terminación abierta, se reflejan hacia la fuente.

Microcinta

Conductor plano separado de un plano de tierra con un dieléctrico.

Sistema de Comunicación

Un sistema de comunicación básico incluye:

• Fuente: Origina el mensaje.
• Transmisor: Convierte la señal de banda base.
• Canal de comunicaciones: Medio de transmisión.
• Ruido/transferencia: Agentes externos que modifican la información.
• Receptor: Procesa la señal del canal.
• Destinatario: Recibe el mensaje.

Señales y Espectro de Frecuencia

• Señales: Respuesta de un sistema a un estímulo externo.
• Espectro de frecuencia: Ubicación de los rangos de frecuencia de las señales.
• Longitud de onda: Describe la longitud de la onda.

Ruido Blanco y Movimientos Vibratorios

• Ruido blanco: Ruido Gaussiano con densidad espectral plana.
• Movimientos vibratorios: Movimiento de un cuerpo alrededor de su posición de equilibrio.

Regulación

• Ministerio de Transporte y Comunicaciones (Perú): Otorga licencias para el uso del espectro electromagnético.
• OSIPTEL: Regula el uso de servicios de telecomunicaciones y sanciona a empresas que no ofrecen calidad.

Comunicación Síncrona y Sistemas de Telecomunicaciones

• Comunicación síncrona: Respuesta rápida y simultánea (ej: chat en línea).
• Sistemas de telecomunicaciones: Transmiten información a grandes distancias en diversos canales.

Conceptos Clave Adicionales

• La atenuación se mide en dB/m.
• La información se transporta en forma senoidal, en ondas.
• Las señales digitales se usan para enviar información comprimida.
• Amplitud y frecuencia son características de las ondas.
• El dBw se usa para referirse a la relación señal/ruido en watts.
• El ruido/transferencia es una conversación no deseada en una llamada.
• La tasa de transmisión se puede incrementar con los tipos de señales.
• El cable o el aire son el canal.
• El ancho de banda es la capacidad del canal.
• La atenuación es la pérdida de señal.
• El ruido/interferencias son distorsiones en la señal.

Práctica

1. Aquello que es distribuido o intercambiado por la comunicación: señal de banda base.
2. Fenómeno físico en el que se transforma o codifica el mensaje: transducción.
3. Onda senoidal: Representa el valor de la tensión a través de un tiempo variable.
4. La fase indica la situación instantánea en el ciclo de una magnitud que varía cíclicamente.
5. La longitud de onda disminuye en un movimiento ondulatorio.
6. Un codificador de línea convierte datos digitales en señales digitales.
7. Las EMT viajan principalmente en el no conductor (dieléctrico).
8. Características de las ondas EMT: velocidad, frecuencia, longitud de onda.
9. Se necesitan balunes para frecuencias altas.
10. Líneas uniformemente distribuidas: Determinadas por sus propiedades eléctricas y físicas.
11. La constante de propagación se usa para expresar la atenuación y el desplazamiento de fase.