CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN A LAS TELECOMUNICACIONES Contenido 1.1. Información, Comunicación Comunicación y Telecomunicaciones Telecomunicaciones ................................................. ........................ ..................................... ............ 3
1.1.1.- La información información ..................................................... ............................ .................................................. ................................................... ............................. ...3 1.1.2.- La Comunicación. Comunicación. .......................................................... ................................. .................................................. ............................................. .................... 3 Proceso comunicativo comunicativo .......................................................... ................................. .................................................. ............................................. .................... 4 1.1.3.- Telecomunicaciones Telecomunicaciones .................................................................... ........................................ ..................................................... ............................... ......6 1.2. Sistema básico de telecomunicaciones telecomunicaciones ...................... ................................................ .................................................. ............................... .......7 1.2.1.- Modelo de un Sistema de Comunicaciones (Tumero, 2010) ........................................ ......................... ............... 7 1.2.2.- ELEMENTOS DEL SISTEMA ................................................................... .......................................... ................................................ ....................... 7 1.2.3.- Tipos de Señal Señal ............................................................... ...................................... .................................................. ............................................. .................... 8 1.2.4.- Tipos de Transmisión.................................................. ...................... ..................................................... ................................................ ....................... 9 1.2.5.- Contaminaciones Contaminaciones de la señal .............................................. ..................... .................................................. ...................................... ............. 10 1.2.6.- Frecuencias Frecuencias de transmisión ................................................... .......................... .................................................. ................................... .......... 10 Tipos de Frecuencia de transmisión:.................................................. ......................... ................................................... .............................. .... 11 1.3. Espectro electromagnético electromagnético................................................. ........................ .................................................. .............................................. ..................... 12 Onda electromagnética ............................................... ...................... .................................................. ................................................... ............................13 Longitud de onda ............................................................................................................ 13 Clasificación de las ondas .................................................. ......................... .................................................. .............................................. ..................... 13 1.3.1.- Tipos de propagación ................................................. ........................ .................................................. .............................................. ..................... 13 1.4. Medios de Transmisión Transmisión ......................................................... ................................ .................................................. ........................................... .................. 14 1.4.1. Medios Guiados............................ Guiados..................................................... .................................................. ................................................... ............................15 Cable metálico ................................................................................................................ 15 Cable coaxial ................................................................................................................... 16 Cable Par trenzado .............................................. ..................... .................................................. .................................................. ................................... .......... 18 Fibra óptica ..................................................................................................................... 20 Cableado estructurado ................................................ ....................... .................................................. ................................................... ............................21 1.4.2. Medios No Guiados ............................................... ...................... .................................................. .................................................. .............................22 1.5. Señales ............................................. .................... .................................................. .................................................. .................................................. .............................24 1.5.1. Señales analógicas analógicas y digitales ...................................... .......... ..................................................... .............................................. ..................... 29 Señal analógica ............................................................................................................... 29
Señal digital................................................. ........................ .................................................. ................................................... ........................................... ................. 30 1.5.2. Señales periódicas y aperiódicas.................................................. ......................... ................................................... .............................. .... 31 1.5.3. Dominio del Tiempo y la Frecuencia Frecuencia ....................................... .............. .................................................. ................................... .......... 34 1.5.4. Señales compuestas compuestas ....................................................... .............................. .................................................. ........................................... .................. 35 1.5.5. Espectro de frecuencia y ancho de banda ................................................ ....................... ........................................... .................. 36 1.6. Capacidad del Canal................................................. .................... .................................................... ................................................. .............................. ..... 37 1.7. Organizaciones Internacionales de Estándares. Estándares............................................. ................... ........................................... .................. 38 Unión Internacional de Telecomunicaciones UIT ............... .............................................. ......................... ..................... 38 Comisión Interamericana de Telecomunicaciones Telecomunicaciones CITEL .................................................. ............................. ..................... 39 Comité andino de autoridades de telecomunicaciones telecomunicaciones CAATEL ....................................... ............................. .......... 39 Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica ................................................................. ........................................ ...........................39 Organización Internacional de Normalización................................................ ....................... ........................................... .................. 39 Bibliografía ............................................................................................................................. 40
Señal digital................................................. ........................ .................................................. ................................................... ........................................... ................. 30 1.5.2. Señales periódicas y aperiódicas.................................................. ......................... ................................................... .............................. .... 31 1.5.3. Dominio del Tiempo y la Frecuencia Frecuencia ....................................... .............. .................................................. ................................... .......... 34 1.5.4. Señales compuestas compuestas ....................................................... .............................. .................................................. ........................................... .................. 35 1.5.5. Espectro de frecuencia y ancho de banda ................................................ ....................... ........................................... .................. 36 1.6. Capacidad del Canal................................................. .................... .................................................... ................................................. .............................. ..... 37 1.7. Organizaciones Internacionales de Estándares. Estándares............................................. ................... ........................................... .................. 38 Unión Internacional de Telecomunicaciones UIT ............... .............................................. ......................... ..................... 38 Comisión Interamericana de Telecomunicaciones Telecomunicaciones CITEL .................................................. ............................. ..................... 39 Comité andino de autoridades de telecomunicaciones telecomunicaciones CAATEL ....................................... ............................. .......... 39 Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica ................................................................. ........................................ ...........................39 Organización Internacional de Normalización................................................ ....................... ........................................... .................. 39 Bibliografía ............................................................................................................................. 40
Es un conjunto organizado de datos procesados, que constituyen un mensaje que cambia el estado de conocimiento del sujeto o sistema que recibe dicho mensaje. Existen diversos diversos enfoques para el estudio de la información:
En biología, la información se considera como estímulo sensorial que afecta al comportamiento comportamiento de los individuos. i ndividuos. En computación y teoría de la información, como una medida de la complejidad de un conjunto de datos. En comunicación social y periodismo, como un conjunto de mensajes intercambiados por individuos de una sociedad con fines organizativos concretos.
Los datos sensoriales una vez percibidos y procesados constituyen una información que cambia el estado de conocimiento, eso permite a los individuos o sistemas que poseen dicho estado nuevo de conocimiento tomar decisiones pertinentes acordes a dicho conocimiento. Desde el punto de vista de la ciencia de la computación, computación, la información es un conocimiento explícito extraído por seres vivos o sistemas expertos como resultado de interacción con el entorno o percepciones sensibles sensibles del mismo entorno. En principio la información, a diferencia de los datos o las percepciones sensibles, tienen estructura útil que modificará las sucesivas interacciones del que posee dicha información con su entorno. e ntorno. (WIKIPEDIA, 2017) 2017) La palabra información deriva del sustantivo latino informatio(-nis) (del verbo informare, con el significado de "dar forma a la mente", "disciplinar", "istruir", "enseñar"). Ya en latín la palabra informationis era usada para indicar un "concepto" o una "idea", pero no está claro si tal palabra pudiera haber influido en el desarrollo moderno de la palabra información. Por otra parte la palabra griega correspondiente correspondiente era "μορφή" (morfè, de la que por metatesis surgió la palabra latina forma), o si no "εἶδος" (éidos, de la cual deriva la latina idea), esto es: "idea", "concepto" o "forma", "imagen"; la segunda palabra fue notoriamente usada técnicamente en el ámbito filosófico por Platón y Aristóteles para indicar la identidad ideal o esencia de algo (véase Teoría de las ideas). Eidos se puede t ambién asociar a "pensamiento", "aserción" o "concepto". 1 El término comunicación procede del latín communicare que significa “hacer a otro partícipe de lo que uno tiene”. La comunicación es la acción de comunicar o comunicarse, se entiende como el proceso por el que se trasmite y recibe una información. Todo ser humano y animal tiene la capacidad de comunicarse con los demás. Para que un proceso de comunicación se lleve a cabo, es indispensable la presencia de seis elementos: que exista un emisor; es decir, alguien que trasmita la l a información; un receptor, alguien 1
El término indicaba originariamente "aquello que que aparece a la vista", derivando de la raíz indoeuropea *weid-/wid-/woid-, "ver" (confrontar con la palabra latina video). De modo que puede consiguientemente asumir una gran multiplicidad de significados (por ejemplo en Sócrates indica al "modelo teórico" de una oración).
a quien vaya dirigida la información y que la reciba; un contacto por medio de un canal de comunicación, que puede ser muy variado: el aire por el que circulan las ondas sonoras, el papel que sirve de soporte a la comunicación comunicación escrita, la voz, etc. Asimismo, que exista una información o mensaje a transmitir; un código o sistema de signos s ignos común al receptor y al emisor, donde el mensaje va cifrado, los signos pueden ser no lingüísticos (símbolos, señales e iconos) y lingüísticos (escrituras, sonidos, concepto asociado, sentido, etc.); y por último, que el mensaje tenga un referente o realidad, al cual alude mediante el código. Sin embargo, para que exista una comunicación han de darse, cuando menos, otras dos condiciones, tales como que el canal funcione adecuadamente y no exista ruido. Este último se entiende como toda perturbación que afecte la transmisión del mensaje, sea de carácter auditivo o de cualquier otro tipo. Las interferencias en el medio, la distracción del receptor, los errores lingüísticos son algunos factores que constituyen al ruido. Se tiene también que el receptor conozca el código en el que se cifra el mensaje, si desconoce el determinado código, pues ya no se tendría el significado del mensaje, y hace imposible la comunicación. La comunicación como valor social, es la base de la autoafirmación personal y grupal, ya que a través de ella intercambiamos opiniones y sentimientos con otras personas. Aprender a comunicarse es fundamental para el desarrollo de nuestra personalidad. Por eso, ante todo, una conversación debe estar rodeada de sinceridad y honestidad. A través de la palabra comunicamos nuestros pensamientos y sentimientos y establecemos relaciones personales con nuestros familiares, amigos, en la escuela, en el trabajo, y en la comunidad. Por lo tanto, cada día debemos esmerarnos esmerarnos más por lograr perfección en las habilidades de comunicación: hablar, escuchar, escribir y leer. Por otro lado, se tiene como comunicación al escrito breve en que se informa o notifica alguna cosa importante; por ejemplo, el presidente ha transmitido un comunicado oficial. (Definidor, 2014) Se conoce como proceso comunicativo, al conjunto de actividades vinculadas a este intercambio de datos. Dicho proceso requiere de, al menos, un emisor y de un receptor. El emisor envía ciertas señales (un texto escrito, palabras, un gesto) para difundir un mensaje; cuando estas señales llegan al receptor, éste debe decodificarlas para interpretar el mensaje. El proceso contempla una “devolución” del mensaje, a través de la cual el receptor se convertirá en emisor, y viceversa. En el marco de este proceso comunicativo, el emisor y el receptor comparten un código (una combinación de reglas y de signos que permiten la concreción de la comunicación) y apelan a un canal para transmitir el mensaje (el medio físico: desde al aire hasta un papel, pasando por un soporte digital). Si el proceso se ve dificultado por algún motivo, puede decirse que existe un ruido en la comunicación. comunicación. El proceso comunicativo más complejo es el que desarrollan los seres humanos. En este caso, la comunicación comienza con una actividad psíquica: el mensaje surge del pensamiento y se plasma
a través del lenguaje. En el desarrollo de la comunicación, entran en juego las habilidades psicosociales del individuo para comunicar.
Figura 1 Esquema del proceso de comunicación
Un ejemplo de proceso comunicativo se lleva a cabo cuando un hombre toma el teléfono y llama a un amigo para desearle un feliz cumpleaños. El hombre que llama se coloca, en primera instancia, en el rol de emisor y utiliza el teléfono como canal. Cuando el receptor lo escucha y contesta, pasa a ser el emisor. De este modo, a lo largo del proceso comunicativo, ambas personas intercambiarán sus roles en numerosas oportunidades. El contexto es uno de los elementos principales del proceso comunicativo, aunque a menudo se pasa por alto su importancia. Se trata de todos aquellos sucesos y circunstancias que pueden afectar al emisor y al receptor cuando el mensaje está siendo emitido o interpretado, con la consecuente alteración de su significado.
Los componentes del contexto son los mensajes que hayan tenido lugar antes del actual y los siguientes (que en conjunto se denominan contexto lingüístico), el tiempo, el espacio y las circunstancias socioculturales en las cuales tiene lugar la comunicación, o sea la educación y la cultura de los interlocutores, así como cualquier acontecimiento ajeno al proceso comunicativo que pueda afectarlo de una u otra forma y que determine la adecuada interpretación del mensaje. En otras palabras, no es posible aislar un mensaje de su contexto, ya que éste l o afecta antes de su creación, durante su emisión y a la hora de ser interpretado. Ciertos temas que no se trataban en público hace unas décadas por cuestiones de prejuicios sociales forman parte de las conversaciones más comunes de la actualidad, y pueden ser comprendidos gracias al avance sociocultural y a las herramientas que recibimos en el intercambio cotidiano de información, a diferencia de lo que habría sucedido en dicho tiempo pasado. Cabe señalar que el proceso comunicativo depende de más factores que sus elementos constitutivos. El tipo de relación que exista entre el emisor y el receptor, el interés que haya de ambas partes en los temas a tratar y la voluntad que cada uno tenga en desempeñar su rol con efectividad. Del mismo modo, la comunicación puede evolucionar y pasar por diferentes fases cuando los resultados son satisfactorios: un mensaje que comienza siendo oral puede dar lugar a uno gestual, sonoro, visual o escrito, y trascender en tiempo y espacio.
La telecomunicación («comunicación a distancia»), del prefijo griego tele, “distancia” y del latín communicare) es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el atributo típico adicional de ser bidireccional. El término telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, incluyendo radio, telegrafía, televisión, telefonía, transmisión de datos e interconexión de computadoras a nivel de enlace. El Día Mundial de la Telecomunicación se celebra el 17 de mayo. Telecomunicaciones, es toda t ransmisión, emisión o recepción de signos, señales, datos, imágenes, voz, sonidos o información de cualquier naturaleza que se efectúa a través de cables, medios ópticos, físicos u otros sistemas electromagnéticos. Desde el punto de vista de un usuario, su utilización se basa en una serie de terminales (teléfonos fijos, teléfonos móviles, smartphones, ordenadores, tabletas, etc.) mediante los cuales accede a una amplia gama de servicios de telecomunicaciones fijos o móviles, de voz o de datos. Como elemento complementario de los terminales, y para que sea posible disfrutar de los servicios, existe un conjunto de redes de telecomunicación que son creadas y mantenidas por los operadores y proveedores de Figura 2 Antena Microondas servicios. Aunque para el usuario final no es importante en muchas ocasiones el conocimiento de la existencia de las redes y de cuál está utilizando, son las que hacen posibles los servicios. Esas redes cuentan hoy en día con las tecnologías más avanzadas como la movilidad, la banda ancha, los protocolos de Internet (IP), la fibra óptica, los satélites de comunicaciones, los cables submarinos, etc. A partir de ellas es posible ofrecer al usuario lo que demanda: poder conectarse cuando quiera y donde quiera para acceder a la información y los servicios que quiera. Las telecomunicaciones sirven para transmitir información, pero esa información puede adquirir infinitas formas o empaquetarse de múltiples maneras, que se encuadran bajo el concepto de contenidos. Las redes y servicios de telecomunicación manejan los contenidos que pueden ser de cualquier naturaleza: películas, música, cursos de formación, páginas web, documentos, fotografías, vídeos o simple voz. Con las posibilidades tecnológicas actuales esos contenidos pueden estar almacenados en un servidor situado en cualquier lugar y ser accesibles desde todos los lugares del planeta. Es decir, están almacenados en la “nube”, lo que permite disponer de ellos con todo tipo de dispositivos y estés donde estés. Figura 3 Servicios de Telecomunicaciones
Con la creciente difusión y disponibilidad de tabletas y smartphones han tomado mucho
protagonismo las aplicaciones (apps). Se trata de programas más o menos sencillos, que permiten hacer cosas concretas, jugar o acceder a informaciones sobre temas específicos, tanto de ocio y entretenimiento como profesionales. Las aplicaciones pueden ser gratuitas o de pago, se descargan fácilmente y quedan instaladas en los terminales inteligentes, de forma que su uso es rápido e inmediato. Desde la aparición hace ya bastantes años de Internet, la Red es el mejor ejemplo de lo que significan las telecomunicaciones del siglo XXI, en cuanto a posibilidades, disponibilidad de contenidos e interés de acceso universal. Internet, junto a las redes sociales, la banda ancha y la movilidad, son los pilares de un elemento que está transformando la sociedad y llevándola a una sociedad de la información y del conocimiento y a un nuevo mundo digital. En resumen, ¿qué son las telecomunicaciones? Pues son una herramienta que está cambiando el mundo y todo lo que sucede en él y haciendo posibles cosas que hace poco no eran más que un sueño digital. (Chillida, 2006)
La Comunicación es la transferencia de información con sentido desde un l ugar (remitente, origen, fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte, 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, vista y 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.
Figura 4 Elementos básicos de un sistema d e comunicaciones
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 de 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, t odos 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. El Mensaje Información que se pretende llegue del emisor al receptor por medio de un sistema de comunicación. Puede ser en formas como ser texto, número, audio, gráficos, etc. Este también puede ser de forma verbal o no verbal.
Señal análoga: Usa variaciones (modulaciones) en una señal, para enviar información. Es especialmente útil para datos en forma de ondas como las ondas del sonido. Las señales análogas son las que usan normalmente su línea de teléfono y sus parlantes.
Figura 5 Señal análoga
Las señales análogas se pueden modular en: Amplitud Modulada: Se emplean dos niveles diferentes de voltajes para representar el 0 y el 1 respectivamente. Frecuencia Modulada: Se utilizan dos o más tonos diferentes. Señal Digital: Es una corriente de 0 y 1 toman un conjunto finito de valores en un intervalo de interés.
Figura 6 Señal Digital y otra análoga
La señal digital se puede modular por:
Modulación por Impulsos Codificados MIC Pulse Coded Modulation (PCM)
En telefonía tradicional, cuando se habla por teléfono sale una señal análoga normal que después se digitaliza mediante un Codec produciendo un numero de 7 u 8 bits. El Codec efectúa 8000 muestras por segundo (125 s /muestra) con este número de muestras es suficiente para capturar toda la información de un ancho de banda de 4Khz. Serie: Transmisión sobre un canal de una sola línea, la mayoría de las redes de comunicaciones utilizan la transmisión en serie entre terminales y computadoras. En la t ransmisión serie los bits van uno detrás de otro a través de un cable. Se requiere de una sincronización. Paralelo: Los datos pueden transmitirse entre ordenadores y terminales mediante cambios de corriente o tensión en un cable, salen un grupo de bits a la vez por varias líneas (Se pude decir que el paralelo es la unión de varias series), o sea cada bit de un carácter se traslada por su propio cable.
Hay una señal llamada Strobe o reloj que va sobre un cable adicional e indica al receptor cuando están presentes todos los bits sobre sus respectivos cables para que se pueda tomar una muestra de valores. La comunicación en paralelo es útil a corta distancia, siendo más rápida.
Figura 7 Componentes de una conexión
Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Algunos de ellos son la atenuación, 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 t res efectos, de la manera siguiente: Atenuación: Desgaste que sufre la señal de energía ocasionada por la distancia entre el emisor y el receptor. Toda señal eléctrica al ser transmitida por un medio físico o por espacio experimenta una pérdida de potencia denominada atenuación. Se mide normalmente en decibelios por unidad de distancia Distorsión: Es la deformación que experimenta la señal al ser transmitida por un canal debido a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y l a 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, sí bien no siempre práctica. Ruido: Interferencia externa sobre la señal transmitida. Por ruido se debe de entender las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma nat ural 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.
Frecuencia una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de éste, teniendo en cuenta un intervalo temporal, y luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a H einrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originalmente «ciclo por segundo» (cps). Otras unidades para indicar frecuencias son revoluciones por minuto (rpm o r/min según la notación del SI); las pulsaciones del corazón se miden en latidos por minuto (lat/min) y el tempo musical se mide en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés “beats per minute”).
1 1 =
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Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación. Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico. Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana. Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aquí las frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares. Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación aeronáutica y marina. Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz). Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro. Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2 al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hay varias bandas de radioaficionados en este rango. Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares. Frecuencias super altas: SHF, Super High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB.
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Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de 30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy difundidos aún.
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Figura 8 Espectro Electromagnético
Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío. La longitud de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso. Normalmente se consideran dos puntos consecutivos que poseen la misma fase: dos máximos, dos mínimos, dos cruces por cero (en el mismo sentido) Atendiendo a su naturaleza: Ondas mecánicas: requieren un medio material para propagarse, no se propagan en el vacío (son las que se propagan en una cuerda, en la superficie del agua, en el sonido, etc.) Ondas electromagnéticas: no requieren un medio material para desplazarse. Se propagan en el vacío (RX, UV, IR, luz visible,) Si asociamos una función de onda ð para describir formalmente una onda, según ð dependa de una, dos o tres coordenadas hablaremos de una, dos o tres dimensiones. Otra clasificación es atendiendo a su dependencia temporal. Destacan en este sentido las denominadas ondas armónicas, que son las que tienen una dependencia armónica o sinusoidal con el tiempo, y ondas con dependencia temporales de carácter más general. Otra subdivisión es la de ondas transversales y longitudinales según que la perturbación consista en una variación perpendicular o longitudinal a la dirección de propagación: Ondas transversales: serían las electromagnéticas o las generadas en una cuerda. Ondas longitudinales: serían el sonido y en general todas las que se propagan en medios fluidos. Teniendo en cuenta la dualidad onda-corpúsculo y el comportamiento simétrico de la naturaleza, puede pensarse que la materia exhiba esa dualidad Tipos de propagación La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos: Propagación en superficie. En la propagación en superficie, las ondas de radio viajan a través de la porción más baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias más bajas, las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura de la tierra. La distancia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar. Propagación troposférica. La propagación troposférica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) o se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la
tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores. Propagación Ionosférica. En la Propagación Ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida. Propagación por visión directa. En la Propagación por visión directa, se trasmite señales de muy alta frecuencia directamente de antena a antena, siguiendo una línea recta. Las antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre sí, y/o bien están suficientemente altas ó suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra. La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar completamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia abajo, así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora más tarde que la porción directa de la transmisión puede corromper la señal recibida. Propagación por el espacio. La Propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélite en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite situado en órbita, que la reenvía devuelta a la tierra para el receptor adecuado. La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa como un intermediario. La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incremente enormemente la distancia que puede ser cubierta por una señal.
Figura 9 Formas de Propagación
(Martínez, 2002)
La comunicación es la transferencia de información desde un lugar a otro. 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 un transmisor y capaz de ser detectado y entendido por un receptor. La información es transmitida a través de señales eléctricas o por medio de señales ópticas a través de un canal de comunicación o medio de transmisión. El medio de transmisión es el enlace eléctrico u óptico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio de comunicación puede ser un par de alambres, un cable coaxial, inclusive el aire mismo. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, ruido, interferencia, desvanecimiento y otros factores muy importantes que impiden que la señal sea propagada libremente por el medio. Todos estos factores son los que hay que contrarrestar al momento de transmitir cualquier información al canal con ruido. En este artículo describiremos los medios de transmisión más importantes, los cuales se clasifican en dos tipos: -
Guiados No Guiados
Aunque no es muy correcto decir medios alámbricos "es así como la mayoría los conocemos" debido a que no siempre son alambres el medio de conducción de las señales; tal es el caso de la fibra óptica que está construida con un material de fibra de vidrio, el otro caso es la guía de onda, la cual está construida de un material metálico. La mejor manera de clasificar a este tipo de medios es como medios confinados, es decir son medios tangibles confinados sobre conductos de cobre, fibra de vidrio o contenedores metálicos. En otras palabras, los medios confinados se ven limitados por el medio y no salen de él, excepto por algunas pequeñas pérdidas. Por otro lado, existen los medios no-confinados, es decir no están contenidos en ninguno de los materiales descritos anteriormente. Los medios no físicos o no-confinados son aquellos donde las señales de radio frecuencia (RF) originadas por la fuente se radian libremente a través del medio y se esparcen por éste " el aire, por ejemplo. El medio, aire, es conocido técnicamente como el espectro radioeléctrico o electromagnético. Comúnmente conocemos a este tipo de medios como medios inalámbricos; del inglés wireless o sin alambres.
En los medios guiados tenemos en primer lugar al alambre sin aislar. El alambre fue el primer medio de comunicación empleado tras haberse inventado el telégrafo en 1844. Hoy en día los alambres vienen protegidos con materiales aislantes. El material del conductor puede ser cobre, aluminio u otros materiales conductores y se emplea en diversas aplicaciones como conducción de electricidad, telefonía, redes, etc. Los semiconductores están construidos de materiales que se comportan como conductores y aislantes. Bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un solo sentido. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna,
detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital. Los semiconductores más empleados son el silicio (Si), el germanio (Ge), el selenio (Se) y Arseniuro de Galio (GaAs), sin embargo, se han desarrollado nuevos materiales compuestos que constituirán los medios de transmisión del futuro. Los conductores ofrecen una baja resistencia al paso de la corriente eléctrica. Entre los mejores conductores empleados se encuentra el cobre (Cu), el aluminio (Al), la plata (Ag), el mercurio (Hg), oro (Au), etc. Aunque, predomina el cobre por sus características eléctricas y su bajo costo, en la conducción de la electricidad en las r edes telefónicas y redes de datos. Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el método predominante en los Estados Unidos y en otros países sigue siendo el American Wire Gauge Standard (AWG), "gauge" significa diámetro. Mediante este sistema se puede distinguir un cable de otro mediante su diámetro. Por ejemplo, los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son del 10 al 14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22, 24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de redes son el 24 y 26 AWG. En este sistema entre mayor sea el número AWG me nor será su diámetro. El grosor del cable determina otras características eléctricas importantes tales es el caso de la resistencia o impedancia.
El cable coaxial tiene diversas aplicaciones en televisión por cable, circuitos cerrados de televisión y se utilizó, antes de aparecer el cable par trenzado, en redes locales de datos. Este tipo de cable consiste de un conductor central fijo (axial) sobre un forro de material aislante, que después lleva una cubierta metálica en forma de malla como segundo conductor. La capa exterior evita que las señales de otros cables o que la radiación electromagnética afecte la información conducida por el cable coaxial.
El uso de cable coaxial aplica en: ♦ Banda base (baseband) ♦ Banda ancha
(broadband)
El cable coaxial de banda base se utiliza en redes de datos de área local. El término banda base significa que, en este tipo de aplicaciones, las señales que viajan por el cable no se modulan. El cable coaxial de banda ancha se utiliza en aplicaciones de video de las compañías de televisión por cable, circuitos cerrados de TV y otras aplicaciones del tipo CATV (Community Antenna Television). El término banda ancha se refiere a que las señales que pasan por el cable son moduladas y amplificadas para aumentar, desde luego, la capacidad de ancho de banda y para e xtender la distancia de la propagación de la señal.
El cable coaxial puede transmitir información tanto en frecuencia intermedia (IF) como en banda base. En IF el cable coaxial se utiliza en aplicaciones de video, ya que es muy adecuado para enviar los canales de televisión en los sistemas de televisión por cable. En banda base el coaxial se utilizó en aplicaciones de datos en redes de área local (LAN) tanto en redes Token Ring como Ethernet. Los dos tipos de cables coaxiales más empleados para aplicaciones de LAN son el 10Base5 y el 10Base2. El 10Base5 es conocido comúnmente como cable coaxial grueso, en cambio el 10Base2 es conocido como cable coaxial delgado. En la siguiente tabla se hace una comparación entre estos dos tipos de cable. Tipos de cable coaxial para LAN Parámetro/Tipo de Cable Tasa de transmisión Longitud máxima Impedancia Diámetro del conductor
10Base5 10 Mbps 500 mts. 50 ohms 2.17 mm
10Base2 10 Mbps 185 mts. 50 ohms, RG58 0.9 mm
Los conectores de cable coaxial más utilizados son: el BNC (Bayonet Network Connector o BayoneNeill-Concelman) usado para redes de computadoras y equipos de prueba como analizadores de espectro, generadores de señal y osciloscopios y el conector tipo F, usado ampliamente en aplicaciones de video. El cable coaxial puede transmitir información tanto en frecuencia intermedia IF (Intermediate Frequency) como en banda base. La frecuencia intermedia es una frecuencia en la cual la frecuencia portadora es desplazada localmente como un paso intermedio entre transmisión y recepción; es generada al mezclar la señal de frecuencia de radio recibida con la frecuencia del oscilador local. El cable coaxial en banda base se utilizó como medio de transmisión en aplicaciones de redes de área local. Los tipos de cable coaxial para datos son los siguientes: -
Cable coaxial delgado (thinnet) Cable coaxial grueso (thicknet)
Cable coaxial delgado
El cable coaxial delgado es un medio flexible, económico y fácil de instalar. La mayoría de estos cables pertenecen a la familia del RG-58, el cual tiene 50 ohms de impedancia. La impedancia, es la oposición que presenta un conductor o circuito al paso de la corriente, en términos de corriente alterna. El cable delgado puede transmitir señales confiables hasta una distancia de 185 metros. El cable coaxial delgado típico es conocido como 10Base2. El diámetro del conductor central es de 6 mm
(0.25 pulgadas) equivalente a 9 AWG. La tasa de transmisión es de 10 Mbps y permite en términos prácticos un total de 30 nodos, en un segmento de 185 metros. Cable coaxial grueso
El cable coaxial grueso posee un conductor de mayor grosor, aproximadamente 13 mm (0.5 pulgadas). Tiene también una impedancia de 50 ohms y puede transmitir señales hasta 500 metros permitiendo un máximo de 100 nodos en todo el segmento. El cable estándar es conocido como 10Base5 y permite velocidades de 10 Mbps, al igual que el cable coaxial delgado. Para conectar cualquiera de los cables, el 10BaseT o el 10Base2, a una tarjeta de red tiene que emplearse un conector BNC en forma de T. Las primeras tarjetas de red traían por omisión un conector de 15 pins (DB15). Para conectar el BNC al DB15 era necesario un pequeño dispositivo conocido como AUI (Attachment Unit Interface); posteriormente se fabricaron tarjetas de red que traían directamente el conector BNC macho. Dado el costo y desempeño en las conexiones del cableado con coaxial, el par trenzado se convirtió en una alternativa viable para los administradores de la red. Este medio de comunicación tiene un amplio uso en la industria de las redes de computadoras y hasta la fecha, aún predomina. A continuación, se describen sus características. El cable par trenzado (twisted pair) está compuesto de conductores de cobre aislados por material plástico y trenzados en pares. Este trenzado ayuda a disminuir la diafonía, el ruido y la interferencia. El trenzado es en promedio de tres trenzas por pulgada. Para mejores resultados, el trenzado debe ser variado entre los diferentes pares. Este tipo de cables de par trenzado tienen la ventaja de no ser caros, ser flexibles y fáciles de conectar, entre otras más propiedades que no las tiene el coaxial en las aplicaciones de redes. Como medio de comunicación tiene la desventaja de tener que usarse a distancias limitadas (menos de 100 metros) ya que la señal se va atenuando y puede llegar a ser imperceptible si se rebasa ese límite. Los cables de par trenzado más comúnmente usados como interfaces de capa física son los siguientes: 10BaseT (Ethernet), 100BaseTX (Fast Ethernet), 100BaseT4 (Fast Ethernet con 4 pares) y 1000BaseT (Gigabit Ethernet). Existen dos tipos de cable par trenzado, el UTP (Unshielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado sin blindaje y el cable STP (Shielded Twisted Pair Cabling), o cable par trenzado blindado. En la siguiente tabla se muestran las diferentes categorías de cables UTP y su aplicación. Distintas categorías del cable UTP Tipo Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5
Aplicación Voz solamente (cable telefónico) Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple]) Datos hasta 10 Mbps (Ethernet) Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring) Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)
Categoría 5e Categoría 6 Categoría 6a
Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet) Datos hasta 1000 Mbps (Gigabit Ethernet) Datos hasta 10.000 Mbps (10Gigabit Ethernet)
Los cables UTP están disponibles en varias categorías:
Categoría 1: son cables de par trenzado utilizados comúnmente por las compañías telefónicas para aplicaciones exclusivas de voz. Funcionan en un intervalo de frecuencia menor a los 100 KHz. Categoría 2: funcionan en aplicaciones de voz y datos, con velocidades de información de hasta 1 Mbps en un intervalo de frecuencias de 1 MHz. Categoría 3: permite aplicaciones de voz y datos permitiendo velocidades de hasta 10 Mbps en un intervalo de frecuencias de 16 MHz. Categoría 4: posee características similares a la categoría anterior, pero alcanza velocidades de información de hasta 16 Mbps en un intervalo de frecuencias de 20 MHz. Categoría 5: actualmente, es la categoría más utilizada en redes locales de datos (LAN), permite velocidades de información de hasta 100 Mbps en un intervalo de frecuencias de 100 MHz. El cable más utilizado es el 100BaseT Categoría 5e: es una mejora (enhanced) de la categoría 5, tolera velocidades de hasta 1000 Mbps (1 Gigabit por segundo) en un intervalo de frecuencias de 100 MHz. Sus aplicaciones se centran en la interconexión de redes locales en el ambiente de redes de campus. El cable más utilizado es el 1000BaseT. Categoría 6: permite velocidades semejantes a la categoría 5e de 1000 Mbps pero cubre un intervalo de frecuencias de 250 MHz. La categoría 6 corresponde al estándar ANSI/TIA/EIA568-B.2-1. Categoría 6a: llamada comúnmente como 6 aumentada (Augmented) alcanza velocidades de información de 10 Gigabits en un intervalo de frecuencias de 550 MHz. Este tipo de cable ya permite aplicaciones de video y está cobijada bajo el estándar ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10.
Por lo general, los cables UTP categoría 5 (CAT5) utilizan sólo 2 pares (4 hilos), el resto de los conductores queda para otros usos y aplicaciones. Las categorías 5e, 6, 6a aprovechan por lo general los 4 pares de conductores para permitir velocidades más altas. Este tipo de cables, tienen mejoras notables en lo que respecta a la atenuación, NEXT (Near-End Crosstalk) y PSELFEXT (Power Sum Equal-Level Far End Crosstalk). NEXT es la diferencia en amplitud en decibeles entre una señal transmitida y la diafonía recibida en el otro par, en el mismo extremo del cable; dicho de otra manera, es la interferencia en dos pares de conductores medidos en el mismo extremo del cable del transmisor. Mayores valores de NEXT corresponden a mejor desempeño en el cable. FEXT (Far End Crosstalk) es similar a NEXT, excepto que ocurre en el lado receptor del cable. Por lo tanto, PSELFEXT es la suma de los valores FEXT de los 3 pares de conductores que afectan al par restante.
La fibra óptica es muy medio de comunicación que utiliza la luz confinada en una fibra de vidrio para transmitir grandes cantidades de información en el orden de Gigabits (1x109 bits) por segundo. Para transmitir los haces de luz se utiliza una fuente de luz como un LED (Light-Emitting Diode) o un diodo láser. En la parte receptora se utiliza un fotodiodo o fototransistor para detectar la luz emitida. También será necesario poner al final de cada extremo un conversor de luz (óptico) a señales eléctricas. Debido a que el láser trabaja a frecuencias muy altas, entre el intervalo de la luz visible e infrarroja, la fibra óptica es casi inmune a la interferencia y el ruido. La transmisión óptica involucra la modulación de una señal de luz " usualmente apagando, encendiendo y variando la intensidad de la luz " sobre una fibra muy estrecha de vidrio llamado núcleo " el diámetro de una fibra puede llegar a ser de una décima del diámetro de un cabello humano. La otra capa concéntrica de vidrio que rodea el núcleo se llama revestimiento. Después de introducir la luz dentro del núcleo ésta es reflejada por el revestimiento, lo cual hace que siga una trayectoria zigzag a través del núcleo. Por lo tanto, las dos formas de transmitir sobre una fibra son conocidas como transmisión en modo simple y multimodo. En el modo simple o monomodo, se transmite un haz de luz por cada fibra, mientras en una fibra multimodo más de un haz de luz puede ser transmitido. Dada las características de transmisión de las fibras monomodo, es posible la propagación del haz de luz a decenas de kilómetros. Este tipo de fibra es comúnmente utilizada para enlaces de larga distancia, por ejemplo, la interconexión de centrales telefónicas. La fibra multimodo en cambio se utiliza para distancias más cortas y sirve para interconectar redes de área local entre edificios, Inter campus, etc. La tecnología de la fibra óptica ha avanzado muy rápidamente y en la actualidad es posible incrementar la capacidad de una fibra y aumentar la distancia de propagación. Por ejemplo, los amplificadores de fibra dopada con erbio (EDFA, Erbium-doped Fiber Amplifiers) son repetidores/amplificadores que dopan a la fibra con el metal erbio a intervalos de 50 a 100 kilómetros. La introducción de los EDFAs ha hecho posible de los sistemas de fibra óptica de hoy en día operen a 10 Gbps. Los EDFAs abrieron el camino para WDM (Wavelength Division Multiplexing) o multicanalización por división de longitud de onda. WDM es el proceso de dividir el espectro de la fibra óptica en un número de longitudes de onda sin traslaparse una con la otra. Cada longitud de onda es capaz de soportar un canal de comunicaciones de alta velocidad. Otra tecnología innovadora en las fibras ópticas en el DWDM (WDM denso). Con esta tecnología se pueden soportar más de 16 longitudes de onda. Por ejemplo, los sistemas OC-48 (Optical Carrier, 2.5 Gbps) pueden soportar de 60 a 160 longitudes de onda. En la actualidad los sistemas pueden soportar más de 320 longitudes de onda equivalente a 320 canales de alta velocidad por fibra. Se están haciendo desarrollos para que en un futuro cercano se puedan transmitir más de 15,000 longitudes de onda por fibra con la tecnología conocida como "chirped-pulse WDM" de los laboratorios Bell. Con esta tecnología las fibras ópticas tendrán una capacidad inimaginable.
Los cables de fibra óptica submarina son otro ejemplo de la gran capacidad que existe en este medio. El primer cable submarino con fibra óptica (el TAT-8) fue puesto en servicio en 1988 y utilizaba tres pares de fibras con repetidores espaciados cada 65 millas, su capacidad es de 40,000 circuitos de voz bidireccionales. En el 2001 fue instalado otro cable trasatlántico el AC-2, el cual ofrece una capacidad de 10 Gbps en 32 longitudes de onda sobre 8 pares de fibras para un total de 2.5 Terabits por segundo (2.5 x 1012 bps) utilizando WDM. La fibra óptica como medio de transmisión en el área de las telecomunicaciones ha demostrado su potencialidad al cursar por éstas casi todo el tráfico de voz y datos del mundo, así como el tráfico de Internet. Pero también en el campo de la medicina la fibra óptica tiene un uso muy vasto, la laparoscopía, colposcopía y la endoscopía son sólo unos ejemplos. En el pasado había dos especificaciones principales de terminación de cableado: Los cables de datos y por otro lado, los cables de voz. En la actualidad, en el mundo de los sistemas de cableado estructurado existen diferentes tipos de servicios (ej. voz, datos, video, monitoreo, control de dispositivos, etc.) que pueden cursarse sobre un mismo tipo de cable. El estándar de cableado estructurado más utilizado y conocido en el mundo está definido por la EIA/TIA [Electronics Industries Association/ Telecommunications Industries Association] de Estados Unidos. Este estándar especifica el cableado estructurado sobre cable de par trenzado UTP de categoría 5, el estándar se llama EIA/TIA 568A. Existe otro estándar producido por AT&T "mucho antes de que la EIA/TIA fuera creada en 1985", el 258A, pero ahora es conocido bajo el nombre de EIA/TIA 568B. El estándar EIA/TIA 568A define 6 subsistemas de cableado estructurado los cuales se detallan a continuación: 1. Entrada al edificio: La entrada a los servicios del edificio es el punto en el cual el cableado externo hace interfaz con el cableado de la dorsal dentro del edificio. Este punto consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio (acometidas), incluyendo el punto de entrada a través de la pared y hasta el cuarto o espacio de entrada. Los requerimientos de la interface de red están definidos en el estándar TIA/EIA-569A. 2. Cuarto de equipos: El cuarto de equipos es un espacio centralizado dentro del edificio donde se albergan los equipos de red [enrutadores, conmutadores de paquetes (switches), concentradores (hubs), conmutadores telefónicos (PBXs), etc.], equipos de voz, video, etc. Los aspectos de diseño del cuarto de equipos está especificado en el estándar TIA/EIA 569A. 3. Cableado de la dorsal (backbone): El cableado de la dorsal permite la interconexión entre los gabinetes de telecomunicaciones, cuartos de telecomunicaciones y los servicios de la entrada del edificio. Consiste de cables de dorsal, terminaciones mecánicas, equipos principales y secundarios de conexión cruzada (cross-connects), regletas o puentes (jumpers) usados para la conexión dorsal a dorsal. Esto incluye: conexión vertical entre pisos (risers), cables entre un cuarto de equipos, cable de entrada a los servicios del edificio y cables entre edificios.
Los tipos de cables requeridos para la dorsal son:
UTP de 100 ohm (24 o 22 AWG), distancia máxima 800 metros (voz) STP de 150 ohm, distancia máxima 90 metros (datos) Fibra Multimodo 62.5/125 µm, distancia máxima 2,000 metros Fibra Monomodo 8.3/125 µm, distancia máxima 3,000 metros
4. Gabinete de Telecomunicaciones: El gabinete (rack) de telecomunicaciones es el área dentro de un edificio donde se alberga el equipo del sistema de cableado de telecomunicaciones. Este incluye las terminaciones mecánicas y/o equipos de conexión cruzada para el sistema de cableado a la dorsal y horizontal. 5. Cableado horizontal: El sistema de cableado horizontal se extiende desde el área de trabajo de telecomunicaciones hasta el gabinete de telecomunicaciones y consiste de lo siguiente:
Cableado horizontal Enchufe de telecomunicaciones Terminaciones de cable (asignaciones de guías del conector modular RJ-45 Conexiones de transición
Tres tipos de medios son reconocidos para el cableado horizontal, cada uno debe de tener una extensión máxima de 90 metros:
Cable UTP 100-ohm, 4-pares, (24 AWG sólido) Cable STP 150-ohm, 2-pares Fibra óptica 62.5/125 µm, 2 fibras
6. Área de trabajo: Los componentes del área de trabajo se extienden desde el enchufe de telecomunicaciones a los dispositivos o estaciones de trabajo.
Los componentes del área de trabajo son los siguientes:
Dispositivos: computadoras, terminales, teléfonos, etc. Cables de parcheo: cables modulares, cables adaptadores/conversores, jumpers de fibra, etc. Adaptadores: deberán ser externos al enchufe de telecomunicaciones.
Los medios no guiados utilizan el aire como medio de transmisión, y cada medio de transmisión viene siendo un servicio que utiliza una banda del espectro de frecuencias. A todo el rango de frecuencias se le conoce como espectro electromagnético. El espectro electromagnético ha sido un recurso muy apreciado y como es limitado, tiene que ser bien administrado y regulado. Los administradores del espectro a nivel mundial son la WRC (World Radiocommunication Conference) de la ITU-R (International Telecommunications Union Radiocommunications sector). Esta entidad realiza reuniones mundialmente en coordinación con los entes reguladores de cada país para la asignación de nuevas bandas de frecuencia y administración del espectro. Cada subconjunto o banda de frecuencias dentro del espectro electromagnético tiene propiedades únicas que son el resultado de cambios en la longitud de onda. Por ejemplo, las frecuencias medias (MF, Medium Frequencies) que van de los 300 kHz a los 3 MHz pueden ser radiadas a lo largo de la
superficie de la tierra sobre cientos de kilómetros, perfecto para las estaciones de radio AM (Amplitud Modulada) de la región. Las estaciones de radio internacionales usan las bandas conocidas como ondas cortas (SW, Short Wave) en la banda de HF (High Frequency) que va desde los 3 MHz a los 30 MHz. Este tipo de ondas pueden ser radiadas a miles de kilómetros y son rebotadas de nuevo a la tierra por la ionosfera como si fuera un espejo, por tal motivo las estaciones de onda corta son escuchadas casi en t odo el mundo. Las estaciones de FM (Frecuencia Modulada) y TV (televisión) utilizan las bandas conocidas como VHF (Very High Frequency) y UHF (Ultra High Frequency) localizadas de los 30 MHz a los 300 MHz y de los 300 MHz a los 900 MHz, este tipo de señales debido a que no son reflejadas por la ionosfera cubren distancias cortas, una ciudad, por ejemplo. La ventaja de usar este tipo de bandas de frecuencias para comunicaciones locales permite que docenas de estaciones de radio FM y televisoras " en ciudades diferentes " puedan usar frecuencias idénticas sin causar interferencia entre ellas. Espectro electromagnético Banda Significado VLF Very Low Frequency
Rango de Frecuencias 3 kHz - 30 kHz
LF
Low Frequency
30 kHz - 300 kHz
MF HF VHF
Medium Frequency High Frequency Very High Frequency
300 kHz - 3 MHz 3 MHz - 30 MHz 30 MHz - 300 MHz
UHF
Ultra High Frequency
300 MHz - 3 GHz
SHF
Super High Frequency
3 GHz - 30 GHz
EHF
Extremely High Frequency
30 GHz en adelante
LMDS
3 x 1012 - 4.3 x 1014 Hz 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 Hz 7.5 x 1014 - 3 x 1017 Hz
WPANs Fibras ópticas
Infrarojo Luz visible Ultravioleta
1 kHz = 1x103 Hz 1 MHz = 1x106 Hz 1 GHz = 1x109 Hz WLL = Wireless Local Loop MMDS = Multichannel Multipoint Distribution Service LMDS= Local Multipoint Distribution Service WPANs = Wireless Personal Area Networks
Servicios Conducción de electricidad Conducción de electricidad, navegación marítima, control de tráfico aéreo Radio AM Radio SW Radio FM, TV, radio dos vías TV UHF, telefonía celular, WLL, comunicaciones móviles Servicios por Satélite y microondas, MMDS, LMDS
Así cada una de las sub bandas del espectro electromagnético proveen un servicio diferente, lo que nos permite hablar por un teléfono celular, escuchar la radio, ver la televisión, sin interferirse un servicio con el otro. A continuación se describirá el medio de comunicación conocido como microondas terrestres, otros servicios que utilizan el espectro radioeléctrico (Ej. satélite, telefonía celular, MMDS, LMDS, WLL,..) se describirán en la sección de comunicaciones inalámbricas. Microondas terrestre Las microondas son todas aquellas bandas de frecuencia en el rango de 1 GHz en adelante, el término microondas viene porque la longitud de onda de esta banda es muy pequeña (milimétricas o micrométricas), resultado de dividir la velocidad de la luz (3x108 m/s) entre la frecuencia en Hertz. Pero por costumbre el término microondas se le asocia a la tecnología conocida como microondas terrestres que utilizan un par de radios y antenas de microondas. Los operadores tanto de redes fijas como móviles están utilizando las microondas para superar el cuello de botella de la última milla de otros medios de comunicación. Las microondas es un medio de transmisión que ya tiene muchas décadas de uso. En el pasado las compañías telefónicas se aprovechaban de alta capacidad para la transmisión de tráfico de voz. Gradualmente, los operadores reemplazaron el corazón de la red a fibra óptica, dejando como medio de respaldo la red de microondas. Lo mismo sucedió con el video, el cual fue sustituido por el satélite. Las microondas terrestres a pesar de todo siguen siendo un medio de comunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados, tiendas departamentales y radio bases celulares. Las estaciones de microondas consisten de un par de antenas con línea de vista conectadas a un radio transmisor que radian radio frecuencia (RF) en el orden de 1 GHz a 50 GHz. Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 10-15 GHz, 18, 23 y 26 GHz, las cuales son capaces de conectar dos localidades de hasta 24 kilómetros de distancia una de la otra. Los equipos de microondas que operan a frecuencias más bajas, entre 2-8 GHz, puede transmitir a distancias entre 30 y 45 kilómetros. La única limitante de estos enlaces es la curvatura de la tierra, aunque con el uso de repetidores se puede extender su cobertura a miles de kilómetros. Debido a que todas las bandas de frecuencias de microondas terrestres ya han sido subastadas, para utilizar este servicio es necesario la utilización de frecuencias concesionadas por las autoridades de telecomunicaciones; es muy frecuente el uso no-autorizado de este tipo de enlaces en versiones punto-punto y punto-multipunto.
(ALONSO, 1996) En el contexto de la información y las telecomunicaciones, las señales cobran una importancia esencial en el tratamiento de la información, aunque no solo en este campo, también se manejan en el campo de la electrónica, electricidad, multimedia y otros campos de la tecnología.
En cada una de esas áreas del conocimiento, las señales utilizadas son de distinta naturaleza: en acústica se trata de señales generadas por fuentes de sonido como la voz, la música o cualquier clase de ruido; en control de procesos pueden ser señales de tipo térmico, mecánico o eléctrico generadas por los procesos mismos; en medicina pueden ser señales eléctricas o magnéticas generadas por el organismo humano; en sismología se trata de señales mecánicas, es decir, movimientos de la corteza terrestre. Sin embargo, todas ellas tienen algo en común: cada señal tiene una o más características que reflejan el comportamiento de uno o varios fenómenos físicos; es decir, que en alguna de sus características contiene información acerca de los fenómenos físicos que entran en juego.
Existe una dependencia entre el tiempo y una señal: cualquier persona que haya estado presente durante un sismo, recordará que conforme avanza el tiempo los movimientos de la tierra cambian de sentido, se percibe una especie de "vaivén" o de "sube y baja", y, afortunadamente, también conforme avanza el tiempo, la intensidad de los movimientos disminuye hasta que todo vuelve a su estado inicial de reposo. Esta dependencia del tiempo es una de las características más importantes de casi todas las señales. En términos un poco más formales, las características de la señal son "una función del tiempo". Para ilustrar esto, en la figura 10 se presentan dos señales aparentemente iguales en forma, pero distintas entre sí porque su relación con el tiempo es diferente: la primera tiene una duración de 5 segundos, elevándose a su valor máximo en 3 segundos, mientras que la segunda sube a su valor máximo en 2 segundos y tiene una duración total de 11/3 segundos. En lo sucesivo, para indicar de manera explícita que la señal es función del tiempo, se utilizará la siguiente notación: y, x, u otra letra indica la amplitud de la señal; t representa el tiempo; y(t) o x(t) indica que y o x son función del tiempo.
Figura 10 Dos señales con igual forma, pero distinta relación temporal.
En los ejemplos mencionados, las señales varían de una manera continua en función del tiempo; esto significa que conforme avanza el tiempo la señal adquiere valores dentro de un intervalo continuo. Ello se puede aclarar si se analiza un ejemplo donde esto no ocurra. Considérese una señal
proveniente de un contador de vehículos al pasar por una caseta de peaje en una carretera. En este caso, el valor que adquiere la señal de conteo puede ser uno de los números asociados con un proceso de conteo: a lo largo del tiempo pueden haber pasado por la caseta 1, 82 ó 197 vehículos, pero el número de vehículos no puede haber sido 63.3. A diferencia del primer caso, en que se habla de "señales continuas en amplitud" o "señales analógicas", esta segunda clase de señales se denomina "señales continuas en el tiempo, discretas en amplitud": la señal únicamente puede tomar, a lo largo del tiempo, valores de un cierto conjunto, que en este ejemplo, son los números enteros 0, 1, 2, 3, 4, 5... etc. Los cambios entre los valores enteros pueden ocurrir en cualquier instante (este hecho es lo que la hace continua en el tiempo). En la figura 11 se ilustra una señal x(t) que es continua en el tiempo y continua en amplitud, y una señal y(t) que es continua en el tiempo, pero discreta en amplitud.
Figura 11 Señales x(t) y y(t).
Por otra parte, ambas clases de señales tienen un valor determinado para cada valor del tiempo. Sin embargo, existe la posibilidad de que una señal adquiera valores únicamente en ciertos instantes de tiempo (por ejemplo, cada segundo, cada minuto o cada año). Esto puede deberse, ya sea a que así es el fenómeno físico asociado, o bien porque no se tienen los mecanismos para medir las características de las señales más que en determinados instantes. Para ilustrar esta clase de señales, denominadas "discretas en el tiempo", a diferencia de las primeras que son "continuas en el tiempo", supongamos que la señal de interés proviene de las imágenes captadas por una cámara de cine. Una cámara de cine toma en realidad fotografías fijas a razón de entre 24 y 30 fotografías por segundo (esta velocidad es lo suficientemente grande como para engañar al ojo humano y dar la impresión de que se trata de imágenes de objetos en movimiento). En este ejemplo se trata de muestras de imágenes en movimiento, captadas lo suficientemente rápido como para que su contenido de información no se pierda. Este fenómeno, interesante e importante dentro de las telecomunicaciones, se denomina teorema del muestreo. H. Nyquist lo postula de la siguiente manera: No es necesario observar todo el tiempo una señal analógica o continua en el tiempo para poder decir cuál es su valor en cualquier momento, aunque la señal no haya sido observada en ese instante. Es suficiente observar sus valores en instantes suficientemente cercanos entre sí, para poder reconstruir la señal de la misma manera que si no se hubiera dejado de observar la señal en ningún instante. La restricción es que el tiempo entre las observaciones (técnicamente éstas se conocen como las "muestras" de la señal) debe ser lo suficientemente pequeño para poder captar aun las variaciones más rápidas
Este principio, si bien no es válido universalmente, sí es lo suficientemente general para ser aplicable a una gran cantidad de señales (las señales que de alguna manera son de interés práctico), y, de hecho, es uno de los pilares de las telecomunicaciones. Sus implicaciones son muy profundas: por ejemplo, en lugar de tener que guardar toda la evolución de una señal a lo largo del tiempo, es suficiente guardar un conjunto de las muestras de la señal, sin perder la posibilidad de reconstruir toda la señal a partir de sus muestras. En el ejemplo de la cámara de cine, cada cuadro de la película que representa una imagen fija de la escena filmada es una muestra de la realidad continua, y la reconstrucción de la señal a partir de dichos cuadros o muestras fijas la realizan el ojo y el cerebro humanos de manera tal que el observador en ningún momento se percata de la naturaleza discreta de lo que está viendo. En la figura 12 se ilustra una señal analógica x(t), así como su versión muestreada, que designaremos x[mT], donde las muestras ocurren en los instantes en que el tiempo t toma los valores T, 2T, 3T..., etc. Estos instantes se llaman tiempos de muestreo, y al tiempo entre muestras consecutivas se le llama intervalo de muestreo.
Figura 12 Teorema de muestreo.
Finalmente, cuando una señal discreta en el tiempo sólo puede tomar valores de amplitud discretos, entonces se trata de una señal discreta tanto en el tiempo como en amplitud. Este tipo de señales ha cobrado una gran importancia en las comunicaciones digitales, ya que los sistemas modernos de telecomunicaciones son eficientes y efectivos precisamente debido a este tipo de señales. A las señales que son discretas en el tiempo y en amplitud se les denomina señales digitales, y cuando la amplitud de la señal solamente puede tomar uno de dos valores entonces se trata de una señal digital binaria. Antes de seguir con la identificación y clasificación de las señales vale la pena introducir el concepto de sistema; por una parte, esto facilitará las explicaciones que siguen, y por la otra, es por medio de un sistema como se procesan las señales para realizar lo que de ellas se espera. Se denomina "sistema" al conjunto de componentes o dispositivos del mundo físico que interactúan entre sí, que aceptan señales como entradas, las transforman y generan otras señales a su salida. En la figura 13 x(t), S[x(t)], y(t), representan, respectivamente, la entrada al sistema, el sistema que transforma la señal de entrada, y la salida del sistema.
Figura 13 Entrada x(t), sistema S y s alida y (t).
Un sistema puede ser visualizado como una caja negra del mundo físico que transforma la señal a su entrada para generar la señal a su salida. Los siguientes son ejemplos sencillos de sistemas, y en cada caso se identifica cuál es la entrada y cuál la salida: a) Equipo de sonido. La entrada es una señal de música (codificada eléctrica, mecánica u ópticamente) que puede provenir de un disco fonográfico (conocido coloquialmente como LP), una cinta magnética, un disco compacto o una antena de radio; la salida es una señal de audio. De hecho, el equipo de sonido puede ser considerado como un conjunto de sistemas, donde las salidas de unos son las entradas de otros; por ejemplo, el primer sistema puede ser el reproductor de CD. Su entrada es una señal grabada precisamente en el CD; esta señal es procesada ópticamente por el sistema, y se genera a la salida una señal eléctrica que a su vez es la entrada del amplificador. La salida del amplificador es una réplica de la entrada. Si además se cuenta con altavoces, entonces la señal eléctrica amplificada es convertida por los altavoces en réplicas acústicas. b) Televisor. La entrada es una señal eléctrica proveniente de una antena, de un cable o de una videograbadora, y la salida es una señal visual en la pantalla del televisor y una señal acústica en los altavoces de éste. c) Muestreador. Este sistema, mencionado en párrafos anteriores, tiene como entrada una señal continua en el tiempo, y a su salida una señal discreta en el tiempo, donde cada muestra tiene una amplitud igual o proporcional a la de la señal original en el tiempo de muestreo (figura 14).
Figura 14 Muestreador como sistema.
d) Cuantizadores. También tienen funciones importantes en las telecomunicaciones. Visto como sistema, la entrada a un cuantizador es cualquier señal continua, y la salida es una versión cuantizada de la misma; si la entrada es continua en el tiempo y en amplitud, la salida es continua en el tiempo, pero discreta en amplitud (figura 15).
Figura 15 Cuantizador como sistema.
Los ejemplos del equipo de sonido y el televisor ilustran que es posible interconectar sistemas, de manera tal que la salida de unos sean las entradas de otros, generando de esta manera sistemas más generales. En la figura 16 se ilustra la conexión en serie de dos sistemas S1 y S2. Se puede observar que la salida de S1 es la entrada de S2, y que la salida de S2 es la transformación que realiza la conexión de ambos sistemas sobre la e ntrada de S1.
Figura 16 Cascada de Sistemas
(tuelectronica.es, 2008)
La señal analógica es aquella que pre senta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal e s continua). Toda señal variable en el tiempo, por complicada que ésta sea, se representa en el ámbito de sus valores (espectro) de frecuencia. De este modo, cualquier señal es susceptible de ser representada descompuesta en su frecuencia fundamental y sus armónicos. El proceso matemático que permite esta descomposición se denomina análisis de Fourier.
Un ejemplo de señal analógica es la generada por un usuario en el micrófono de su teléfono y que después de sucesivos procesos, es recibida por otro abonado en el altavoz del suyo.
Figura 17 Señal Analógica
Es preciso indicar que la señal analógica, es un sistema de comunicaciones de las mismas características, mantiene dicho carácter y deberá ser reflejo de la generada por el usuario. Esta necesaria circunstancia obliga a la utilización de canales lineales, es decir canales de comunicación que no introduzcan deformación en la señal original. Las señales analógicas predominan en nuestro entorno (variaciones de temperatura, presión, velocidad, distancia, sonido etc.) y son transformadas en señales eléctricas, mediante el adecuado transductor, para su tratamiento electrónico. La utilización de señales analógicas en comunicaciones todavía se mantiene en la transmisión de radio y televisión tanto privada como comercial. Los parámetros que definen un canal de comunicaciones analógicas son el ancho de banda (diferencia entre la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia media y de cresta. Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo. Sus parámetros son:
Altura de pulso (nivel eléctrico) Duración (ancho de pulso) Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)
Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, y como dijimos anteriormente, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.
Figura 18 Señal Digital
La utilización de señales digitales para transmitir información se puede realizar de varios modos: el primero, en función del número de estados distintos que pueda tener. Si son dos los estados posibles, se dice que son binarias, si son tres, ternarias, si son cuatro, cuaternarias y así sucesivamente. Los modos se representan por grupos de unos y de ceros, siendo, por tanto, lo que se denomina el contenido lógico de información de la señal. La segunda posibilidad es en cuanto a su naturaleza eléctrica. Una señal binaria se puede representar como la variación de una amplitud (nivel eléctrico) respecto al tiempo (ancho del pulso). Resumiendo, las señales digitales sólo pueden adquirir un número finito de estados diferentes, se clasifican según el número de estados (binarias, ternarias, etc.) y según su naturaleza eléctrica (unipolares y bipolares). (Jmatz2, 2012) Una señal es periódica si completa un patrón dentro de un marco de tiempo medible, denominado periodo, y repite ese patrón en periodos idénticos subsecuentes. Cuando se completa un patrón completo, se dice que se ha completado un ciclo. El periodo se define como la cantidad de tiempo (expresado en segundos) necesarios para completar un ciclo completo. La duración de un periodo, puede ser diferente para cada señal, pero es constante para una determinada señal periódica. Las señales reguladas por las funciones trigonométricas son de este tipo. En cada instante de tiempo se puede establecer el valor de la señal y su magnitud. Tales señales tienen tres características básicas que son: Amplitud, Período y Fase.
Cualquier señal que cumple con la condición x( t ) = x( t + nT ), con n = 1, 2, 3, ... donde T es una constante conocida como período fundamental, es clasificada como una señal periódica. Si una señal x( t ) no es periódica, se clasifica entonces como una señal aperiódica. Si se trata de una señal discreta, la condición x[ n ] = x[ n + kN ], con k = 1, 2, 3, ... determina la periodicidad o no de la señal. El valor entero constante N es entonces el período fundamental de la señal.
Figura 19 Expresión matemática de la señal en función al tiempo
Una señal x( t ), periódica, con período fundamental T, también es periódica con período 2T, 3T, 4T, ... La frecuencia fundamental, en radianes/seg, está relacionada con el período fundamental por:
Ejemplo:
x( t ) = 0.8 * sen( pi * t )
Ejemplo:
x( t ) = 0.8 * [ g(0,0.5) - g(0.5,1) ] ; T=1
Una señal aperiódica, o no periódica, cambia constantemente sin exhibir ningún patrón o ciclo que se repita en el tiempo. Sin embargo, se ha demostrado mediante una técnica denominada transformada de Fourier, que cualquier señal aperiódica puede ser descompuesta en un número infinito de señales periódicas. Las señales aperiódicas pueden ser: Estrictamente limitadas en el tiempo: Son aquellas señales que por sí mismas tienen un nacimiento y un final. Por ejemplo, un impulso eléctrico. Asintóticamente limitadas en el tiempo: Son aquellas que producto de ser racionales y como resultado de una división, en ciertos puntos, tienden a infinito. Ejemplo:
x[ n ] = 0.9 * sen( 6 * pi * n / 7 )
Ejemplo:
x[ n ] = { .8, .8, .8, .8, 0, 0, 0, 0 } ; N=8
La representación en el dominio del tiempo brinda las amplitudes de la señal en los instantes del tiempo durante los cuales fue muestreada. Sin embargo, en muchos casos, usted necesita saber el contenido de la frecuencia de una señal más que las amplitudes de las muestras individuales. (Instruments, 2016) La Transformada Rápida de Fourier (FFT) proporciona un método para examinar una relación en términos del dominio de frecuencia. El teorema de Fourier afirma que cualquier forma de onda en el dominio puede ser representada por la suma acumulada de senos y cosenos. Entonces la misma forma de onda puede ser representada en el dominio de frecuencia como un par de valores de amplitud y fase en la frecuencia de cada componente.
Figura 20 Dominio del Tiempo en comparación con el Dominio de Frecuencia
En el dominio de frecuencia, puede separar conceptualmente las ondas sinusoidales que añaden para formar la señal compleja en el dominio del tiempo. La Figura 1 muestra los componentes de la frecuencia, los cuales se separan en el dominio del tiempo, como impulsos distintos en el dominio de frecuencia. La amplitud de cada línea de frecuencia es la amplitud de la forma de onda del tiempo para este componente de frecuencia. La representación de una señal en términos de sus componentes de frecuencia individuales es la representación de la señal en el dominio de frecuencia. La representación del dominio de frecuencia podría proporcionar más comprensión sobre la señal y el sistema en el que fue generada. Las muestras de una señal obtenida desde el dispositivo de adquisición de datos constituyen la representación en el dominio del tiempo de la señal. Algunas medidas, como ruido o distorsión armónica, son difíciles de cuantificar al inspeccionar la forma de onda del t iempo. Cuando la misma señal es mostrada en el dominio de frecuencia por una FFT, usted fácilmente puede medir las frecuencias armónicas y las amplitudes. Si tiene un ruido en su señal medida, puede moverse del dominio del tiempo al dominio de frecuencia para aislar la alteración en su medida.
El dominio de la frecuencia es un término usado para describir el análisis de funciones matemáticas o señales o movimiento periódico respecto a su frecuencia.
Un gráfico del dominio temporal muestra la evolución de una señal en el tiempo, mientras que un gráfico frecuencial muestra las componentes de la señal según la frecuencia en la que oscilan dentro de un rango determinado. Una representación frecuencial incluye también la información sobre el desplazamiento de fase que debe ser aplicado a cada frecuencia para poder recombinar las componentes frecuenciales y poder recuperar de nuevo la señal original. El dominio de la frecuencia está relacionado con las series de Fourier, las cuales permiten descomponer una señal periódica en un número finito o infinito de frecuencias. El dominio de la frecuencia, en caso de señales no periódicas, está directamente relacionado con la Transformada de Fourier. Una señal analógica compuesta está formada por múltiples ondas seno. Una onda seno de frecuencia única no es útil para transmitir datos. Es necesario usar una señal compuesta, una señal formada por múltiples ondas seno (señales periódicas simples). De acuerdo con el análisis de Fourier, cualquier señal compuesta es realmente una combinación de ondas simples con distintas frecuencias, amplitudes y fases. Si la señal compuesta es periódica, la descomposición da una serie de señales con frecuencias discretas. En la descomposición generada de señales, la señal de frecuencia más baja se denomina frecuencia fundamental o primer armónico. El resto de armónicos serán múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. Si la señal es aperiódica, la descomposición da una combinación de ondas seno con frecuencias continuas. (Jmatz2, 2012)
El espectro de frecuencia se caracteriza por la distribución de amplitudes para cada frecuencia de un fenómeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagnético) que sea superposición de ondas de varias frecuencias. También se llama espectro de frecuencia al gráfico de intensidad frente a frecuencia de una onda particular. El espectro de frecuencias o descomposición espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado con frecuencia o movimientos ondulatorios como son los colores, las notas musicales, las ondas electromagnéticas de radio o TV e incluso la rotación regular de la tierra. (Forero, 2012) Las señales electromagnéticas desde el punto de vista de la transmisión de datos son funciones del tiempo y se pueden expresar también en función de la frecuencia, es decir, la señal esta constituida por componentes a diferentes frecuencias. Para comprender y caracterizar mejor el funcionamiento de la transmisión de datos el dominio de la frecuencia resulta ser más ilustrativo que el del tiempo, veamos la siguiente figura:
Figura 21 Señal Electromagnética
La señal electromagnética considerada como una función del tiempo puede ser tanto discreta como continua, una señal continua es aquella en la que su intensidad varía con el tiempo, esto es, que no se presentan saltos o discontinuidades. Una señal discreta es aquella cuya intensidad se mantiene constante durante un cierto intervalo de tiempo tras el cual la señal cambia a otro valor constante. Ancho de banda de señal
El ancho de banda de señal es medido en Hertz y se representa en el dominio frecuencial en el intervalo donde una señal tiene su mayor potencia (el eje vertical). Por ejemplo, el ancho de banda
de una señal de FM (Frecuencia Modulada) es de 200 KHz. Si tomamos por ejemplo una frecuencia portadora de 101.5 MHz (frecuencia media), la frecuencia más alta estará en f2=101.6 MHz y la más baja en f1=101.4 MHz. La resta de f2 - f1 nos da precisamente el ancho de banda de señal esperado de 200 KHz. En estos términos, el ancho de banda de señal es la diferencia de la frecuencia máxima y la frecuencia mínima (ABS= f2-f1), ver Figura.
(MARTINEZ, 2012) Ancho de banda de canal
Cuando hablamos de ancho de banda de canal (ABC) nos referimos al intervalo de frecuencias que un canal puede soportar o procesar. Es de nueva cuenta la diferencia entre la frecuencia máxima y mínima. Por ejemplo el ancho de banda de un canal telefónico es 4 KHz y el de un canal de TV es de 6 MHz. Para entender el concepto de ABC vamos a hacer una analogía con el concepto de “Gasto” que se utiliza en la energía hidráulica. El gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en un segundo. Al gasto, también se le denomina flujo y su símbolo es: Q = A*v (3.4) Donde A= área del conductor y v = velocidad con que fluye.
Entre mayor sea el área (diámetro) del tubo, mayor será la cantidad de líquido que lo atraviese en un segundo. De la misma manera, en telecomunicaciones, el ABC es la cantidad en Hz que un canal puede procesar; entre más capacidad tenga el canal, más bits por segundo pasarán por el. En resumen, cuando hablamos de ancho de banda, sus las unidades son Hertz, cuando nos referimos a capacidad de canal, las unidades son bits por segundo (bps). Los bps también se pueden expresar como Kbps (Kilobits por segundo), Mbps (Megabits por segundo), Gbps (Gigabits por segundo) o Tbps (Terabits por segundo). Excepto que como los bits son números binarios cuya base es 2, un Kbps no son 1,000 bits, sino 1024 bits o 2^10 bps. Si comparamos el ancho de banda de una señal de amplitud modulada (AM) de 10 KHz con uno de frecuencia modulada FM (200 KHz), observamos que el ancho de banda de la señal de FM es 20 veces mayor al de AM. ¿Qué representa esto? La señal de FM ocupa un mayor espacio para acomodar información y por lo tanto una mejor calidad del audio en l as señales de FM.
"La UIT, con sede en Ginebra (Suiza), es una organización internacional del sistema de l as Naciones Unidas en la cual los gobiernos y el sector privado coordinan los servicios y redes mundiales de telecomunicaciones." (tomado de la portada del site oficial) Internamente, la UIT está organizada por "sectores", que son áreas administrativas coordinadas desde una oficina, la cual no tiene posición de jerarquía respecto de los diferentes comités, grupos y demás que conforman el sector, sino que únicamente colabora con ellos para la operación armónica en interés de la comunidad internacional y de la UIT. Los sectores de la UIT son: Sector de Radiocomunicaciones o ITU-R, coordinado por la Oficina de Radiocomunicacionse o BR. En este sector deben destacarse las conferencias de radiocomunicaciones y uno de los productos estrellas de la UIT para las administraciones nacionales: el reglamento de radiocomunicaciones el cual es aprobado por la Junta del Reglamento de Radiocomunicaciones (RRB). Sector de Normalización o ITU-T, coordinado por la Oficina de Estandarización de Telecomunicaciones o TSB. Sector de Desarrollo o ITU-D, coordinada por la Oficina de Desarrollo de las Telecomunicaciones de la UIT BDT. Se encarga de apoyar políticas de desarrollo desde las telecomuniciciones, incluyendo temas como servicio universal. En este sector se encuentra, por ejemplo, el Grupo Asesor de Desarrollo de las Telecomunicaciones (GADT).
Dos instancias de gobierno de la UIT son la Conferencia de Plenipotenciarios, que se reúne cada cuatro años, y el Consejo de la UIT, el cual se reúne en el intervalo entre las conferencias. La coordinación interna general de la UIT está a cargo de un Secretario General. Para leer una página que sintetiza la labor de la UIT: "Communications Regulation : The Role of the International Telecommunication Union, Francis Lyall Professor of Public Law University of Aberdeen.
"La CITEL, entidad de la Organización de los Estados Americanos, es el principal foro de telecomunicaciones en el hemisferio donde los gobiernos y el sector privado se reúnen para coordinar los esfuerzos regionales para desarrollar la Sociedad Global de la Información de acuerdo a los mandatos de la Asamblea General de la Organización y los acordados por los Jefes de Estado y de Gobierno en las Cumbres de las Américas. " (fuente) La CITEL es el escenario regional por excelencia para Colombia. Ver estructura de la CITEL. "El CAATEL es el Comité Andino de Autoridades de Telecomunicaciones, creado por la VI Reunión de Ministros de Transportes, Comunicaciones y Obras Públicas de los Países Miembros del Acuerdo de Cartagena, mediante la (Resolución VI.144). El CAATEL se encarga de estudiar y proponer políticas andinas de telecomunicaciones, a fin de facilitar la interconectvidad de dichos servicios. El CAATEL actúa de manera coordinada con ASETA, para hacer compatible y complementarios los lineamientos de las Políticas Subregionales de Telecomunicaciones con las expectativas y necesidades de las Empresas Andinas encargadas de las operaciones del sector." Institute of Electrical and Electronics Engineers El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, conocido por sus siglas IEEE, en inglés Institute of Electrical and Electronics Engineers, es una asociación mundial de ingenieros dedicada a la estandarización y el desarrollo en áreas técnicas. Con cerca de 425 000 miembros y voluntarios en 160 países, es la mayor asociación internacional sin ánimo de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros eléctricos, ingenieros en electrónica, científicos de la computación, ingenieros en computación, matemáticos aplicados, ingenieros en biomedicina, ingenieros en telecomunicación, ingenieros en mecatrónica, ingenieros en telemática, ingenieros sociales, cibernéticos, ingenieros de sistemas, etc. Su creación se remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a personalidades de la talla de Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre de IEEE al fusionarse asociaciones con el AIEE (American Institute of Electrical Engineers) y el IRE (Institute of Radio Engineers). La Organización Internacional de Normalización (originalmente en inglés: International Organization for Standardization, conocida por las siglas ISO) es una organización para la creación de estándares internacionales compuesta por diversas organizaciones nacionales de estandarización. Fundada el 23 de febrero de 1947, la organización promueve el uso de estándares propietarios, industriales y comerciales a nivel mundial. Su sede está en Ginebra (Suiza) y hasta 2015 trabajaba en 196 países. Fue una de las primeras organizaciones a las que se le concedió estatus consultivo general en el Consejo Económico y Social de las Naciones Unidas.
