Comunicación y Transmisión de Señales: Una Guía Completa

Comunicación

La comunicación es el intercambio de información entre dos o más entidades a través de un medio físico, utilizando un código establecido por todas las partes involucradas.

Elementos de la Comunicación

• Fuente: Genera la información.
• Destino: Recibe la información.
• Mensaje: Información que se transmite.
• Código: Sistema de signos y reglas que se utilizan para codificar y decodificar el mensaje.
• Canal: Medio físico por el cual se transmite la información.

Transductores

Los transductores son dispositivos que convierten una magnitud física en otra, por ejemplo, de una magnitud física a una eléctrica.

• Transmisor: Adapta la señal al medio de transmisión (modulación).
• Medio de transmisión: Transmite las señales eléctricas/ópticas.
• Receptor: Recibe la señal y la convierte de nuevo a una forma que el destino pueda entender (demodulación).

Canal de Comunicación

El canal de comunicación está formado por el transmisor, el medio de transmisión y el receptor.

Efectos Indeseados en la Transmisión

• Pérdida de información: La señal puede perder intensidad o calidad a medida que viaja por el canal.
• Ruido: Señales no deseadas que se mezclan con la señal original, pueden ser externas o internas al sistema.
• Interferencias: Señales de otras fuentes que interfieren con la señal deseada.
• Distorsión: Alteraciones en la forma de la señal que pueden afectar a la calidad de la información transmitida.

Medios de Transmisión

El medio de transmisión es el canal físico por donde se transmite la información.

Clasificación

• Guiados (cables): La señal se transmite a través de un medio físico como un cable.
  • Par trenzado
  • Coaxial
  • Fibra óptica
• No guiados (radiocomunicación): La señal se transmite a través del espacio libre utilizando ondas electromagnéticas.

Parámetros de los Medios de Transmisión

• Atenuación: Pérdida de potencia de la señal a medida que viaja por el medio.
• Ancho de banda: Rango de frecuencias que el medio puede transmitir con una atenuación aceptable.
• Función de transferencia del canal: Describe cómo el canal afecta a las diferentes frecuencias de la señal.
• Impedancia característica: Resistencia que ofrece el medio al paso de la señal.
• Tasa de error: Número de errores que se producen en la transmisión de la información.
• Relación señal/ruido: Medida de la calidad de la señal en presencia de ruido.
• Distorsión: Alteraciones en la forma de la señal.

Señales

Una señal es una variación de una magnitud física (como la tensión o la corriente) en el tiempo, que se utiliza para transmitir información.

Tipos de Señales

• Señales periódicas: Se repiten en el tiempo.
  • Periodo (T): Tiempo que tarda en completar un ciclo (segundos).
  • Frecuencia (f): Número de ciclos por segundo (Hz = Hertzios). Se calcula como f = 1/T.
• Señales aperiódicas: No se repiten en el tiempo.

Parámetros de las Señales

• Fase: Posición relativa de la señal en el tiempo (grados o radianes).
• Amplitud (A): Valor máximo de la magnitud física (voltios, amperios).
• Potencia (P): Energía que transmite la señal por unidad de tiempo (W = Vatios).

Ondas

Las ondas son la propagación de una señal en el espacio.

Velocidad de Propagación

La velocidad de propagación (v) de una onda depende del medio por el que se propaga.

Señales Continuas y Discretas

• Señal continua: Puede tomar cualquier valor dentro de un rango.
• Señal discreta: Solo puede tomar valores específicos dentro de un rango.

Atenuación

La atenuación es la pérdida de potencia de una señal a medida que viaja por un medio de transmisión. Depende de la frecuencia de la señal, la distancia recorrida y las características del medio.

• Medios guiados: La atenuación es proporcional a la distancia.
• Medios no guiados: La atenuación es proporcional al cuadrado de la distancia y se ve afectada por factores como la lluvia, los gases y la vegetación.

Ancho de Banda del Canal

El ancho de banda del canal se define como el rango de frecuencias en el que la potencia de la señal se mantiene por encima del 50% (3 dB).

Distorsión

La distorsión es el efecto por el cual un medio de transmisión se comporta de forma no lineal, alterando la forma de la señal.

Tipos de Distorsión

• Distorsión por amplitud: Las diferentes componentes de frecuencia de la señal se atenúan de forma diferente.
• Distorsión de retardo: Las diferentes componentes de frecuencia de la señal experimentan un retardo diferente al propagarse por el medio. Esto puede producir interferencia entre símbolos y limitar la velocidad de transmisión.

Capacidad del Canal

La capacidad del canal se define como la velocidad máxima de transmisión de datos que se puede alcanzar con una tasa de error aceptable.

Cable Par Trenzado

El cable par trenzado es un tipo de cableado utilizado en telecomunicaciones que consiste en dos alambres conductores aislados individualmente y trenzados entre sí. Se utiliza principalmente en telefonía y redes de datos.

Características

• Inicialmente diseñado para telefonía: común y económico.
• Dos conductores aislados y trenzados para reducir las interferencias.
• Poca protección frente a interferencias externas.
• La resistencia del cable depende del diámetro y el tipo de conductor, lo que afecta al ancho de banda.
• Puede tener blindaje para mejorar la protección contra interferencias.

Tipos de Cable Par Trenzado

• Dos o cuatro hilos (cuadretes).
• Cables multipares: de 6 a 2200 pares.

Cable Coaxial

El cable coaxial es un tipo de cable que se utiliza para transmitir señales eléctricas de alta frecuencia. Consiste en un conductor central rodeado por un aislante dieléctrico, una malla conductora y una cubierta exterior.

Características

• Dos conductores concéntricos.
• Se utiliza en la transmisión de señales de televisión por cable y en redes locales (Ethernet).
• Menor atenuación que el cable de pares trenzados, lo que permite distancias de transmisión más largas.
• Mejor respuesta en frecuencia.
• Mayor inmunidad al ruido.
• Mayor ancho de banda que el cable de pares trenzados.
• Más caro y pesado que el cable de pares trenzados.

Guías de Onda

Las guías de onda son tubos huecos que se utilizan para transmitir ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (microondas).

Características

• Transmiten ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia.
• La frecuencia de corte depende del tamaño de la guía: solo se pueden transmitir frecuencias mayores que la frecuencia de corte.
• Transmisión con muy bajas pérdidas.

Fibra Óptica

No guiados (radiocomunicación) ● Parámetros Atenuación Ancho de banda y función de transferencia del canal Impedancia característica Tasa de error o relación señal/ruido Distorsión

Señal -> variación de una magnitud física (tensión/corriente) en el tiempo Señales periódicas: Periodo (T) = tiempo que tarda en completar un ciclo (segundos) Frecuencia (f) = número de ciclos por segundo -> f = 1/T (Hz = Hertzios) Fase -> posición relativa en el tiempo (grados o radianes) Amplitud (A) -> valor máximo de la magnitud física (voltios, amperios) Potencia (P) -> energía que transmite por unidad de tiempo (W = Watios)

Ondas -> propagación de la señal en el espacio Velocidad de propagación (v) -> depende del medio Señales continuas y discretas: Continua -> puede tomar cualquier valor dentro de un rango Periodicidad Señal periódica -> se repite en el tiempo Señal aperiódica -> no se repite 

Atenuación = pérdida de potencia de la señal Depende de la frecuencia → función de transferencia del canal → modifica la señal Depende de la distancia Medios guiados → proporcional a la distancia (atenuación por Km) Medios no guiados → proporcional a distancia2 Medios no guiados → muchos factores: lluvia, gases, vegetación, etc. ● Ancho de banda del canal → potencia 50% ( 3dB) 

Efecto por el cual el medio se comporta de forma no lineal (altera la forma de la señal) ● Distorsión por amplitud → se atenúan de distinta forma las componentes de distinta frecuencia

Distorsión de retardo:  Retardo distinto para las distintas componentes  Produce interferencia entre símbolos  Limita la velocidad Capacidad = velocidad máxima de transmisión 

Características Inicialmente pensado para telefonía: común y económico. Dos conductores aislados y trenzados. Van trenzados para evitar que hagan de antenas. Poca protección frente a interferencias. Resistencia  Diámetro  Ancho de banda. Blindaje. Composición Dos o cuatro hilos (cuadretes). Cables multipares -> de 6 a 2200 pares Dos conductores concéntricos. Señales TV, redes locales (Ethernet). Características Menor atenuación -> repetidores cada Km o hasta decenas de Km, según frecuencia Mejor respuesta en frecuencia. Inmunidad al ruido. Mayor ancho de banda que cable de pares Más caro y pesado. 

Guias de onda Son tubos huecos Transmiten ondas electromagnéticas de muy alta frecuencia (microondas) Frecuencia de corte : λ debe “caber” en la guía -> sólo frecuencias mayores (λ menores) Transmisión con muy bajas pérdidas

Formado por una o varias hebras de cristal o plástico. Transmisión por luz infrarroja