Fundamentos de los sistemas de comunicación y modulación de señales

Resumen

El documento explica los elementos de la comunicación (emisor, receptor, canal y protocolo) y las diferencias entre señales analógicas y digitales. Después describe el filtrado de frecuencias, los medios de transmisión guiados y no guiados, y conceptos clave como atenuación, ancho de banda, velocidad y ruido. Por último, introduce la modulación, sus tipos analógicos y digitales, y técnicas avanzadas como la multinivel y la cuadratura.

Puntos clave

La comunicación es el intercambio de información entre personas o máquinas, con emisor, receptor, canal y protocolo.
La señal analógica varía de forma continua y puede tomar infinitos valores; la digital es discreta y toma valores limitados.
Banda base envía la señal en su frecuencia original; la modulación la transpone a otra frecuencia para evitar interferencias.
Los flujos de datos pueden ser simplex, half-duplex o full-duplex.
Los medios guiados son cables de cobre, fibra óptica y PLC; los no guiados son radiofrecuencia, infrarrojos y ultrasonidos.
La modulación modifica una portadora según la señal moduladora; en digital se usan ASK, FSK y PSK.
La modulación en cuadratura usa seno y coseno como portadoras simultáneas y permite duplicar la velocidad sin aumentar el ancho de banda.

Ponte a prueba

1. La comunicación y sus elementos

Es el proceso de intercambio de información entre personas o máquinas. Sus elementos esenciales son: emisor, receptor, canal y protocolo. El protocolo define las reglas (sintaxis y gramática) para que la información sea comprensible para ambas partes.

2. Objetivo y definición de sistema

Su objetivo primordial es el intercambio de información. Un sistema de comunicación es el conjunto de dispositivos y técnicas que permiten el transporte de dicha información.

3. Señal analógica vs. digital

Analógica: Variación continua en el tiempo; puede tomar infinitos valores (ej. la voz humana, radio AM/FM).
Digital: Variación discontinua (discreta); solo toma valores limitados (ej. código binario de ceros y unos).

4. Proceso de filtrado

Consiste en dejar pasar un rango específico de frecuencias eliminando las restantes. Los tipos principales son: paso bajo, paso banda, paso alto y rechazo de banda.

5. Componentes básicos

Transductor de entrada, emisor (transmisor), medio (canal), receptor y transductor de salida.

6. Banda base vs. Modulación

Banda base: La señal se envía en su frecuencia original (ej. telefonía fija).
Modulación: Se modifica la señal para transmitirla en una frecuencia distinta y evitar interferencias con otros emisores (ej. estaciones de radio).

7. Clasificación según el flujo de datos

Simplex: Flujo en un solo sentido (emisor a receptor).
Half-duplex: Flujo en ambos sentidos, pero no al mismo tiempo.
Full-duplex: Flujo simultáneo en ambos sentidos.

8. Medios guiados

La señal viaja por un soporte físico (cable). Se clasifican en:

Eléctricos: Cables de cobre.
Ópticos: Fibra óptica (haz de luz).
Corrientes portadoras (PLC): Uso de la red eléctrica para datos.

9. Medios no guiados

Comunicaciones inalámbricas por el espacio. Se clasifican en:

Radiofrecuencia: Ondas electromagnéticas.
Infrarrojos: Haz de luz (ej. controles remotos).
Ultrasonidos: Ondas de presión a frecuencias no audibles.

10. Conceptos clave: Atenuación, Ancho de Banda, Velocidad y Ruido

Atenuación: Pérdida de potencia de la señal al propagarse por el medio.
Ancho de banda: Rango de frecuencias que el canal permite transmitir.
Velocidad de transmisión: Rapidez con la que se transfiere la información digital (bits).
Ruido: Interferencia no deseada que se suma a la señal y puede degradar la calidad de la comunicación.

11. Transformación de señales

La información de la fuente debe ser convertida por un transductor en señal eléctrica porque:

Radiación: Las señales no pueden transmitirse directamente; necesitan frecuencias altas para ser radiadas por antenas de tamaño práctico.
Calidad: Es preciso mejorar las características para combatir ruidos e interferencias (como motores o inversores).
Compartir el medio: Permite que múltiples emisiones (FM, AM, celular) convivan en el mismo espacio radioeléctrico.

12. Modulación: Definición y propósito

Consiste en modificar las características de una señal portadora (analógica) usando una señal moduladora (información). Su propósito es obtener una onda adecuada para ser transmitida por el medio físico.

13. Tipos de modulación

Modulación analógica

AM (Amplitud): Se modifica la amplitud de la portadora.
Modulaciones Angulares: El ángulo de fase varía según la señal moduladora. Incluye PM (Fase) y FM (Frecuencia).

Modulación digital

ASK: Modulación por desplazamiento de amplitud.
FSK: Modulación por desplazamiento de frecuencia.
PSK: Modulación por desplazamiento de fase.

14. Técnicas avanzadas de modulación

Modulación con codificación multinivel: La señal se codifica con 2^n niveles (n > 1). Se duplica la velocidad de transmisión, pero el receptor se vuelve más costoso.
Sistemas de modulación en cuadratura: Utilizan funciones seno y coseno como portadoras de forma simultánea. Permite doblar la velocidad de transmisión sin afectar el ancho de banda ni la probabilidad de error.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la modulación en un sistema de comunicación?

Es el proceso de modificar las características de una señal portadora usando una señal moduladora que contiene la información. Su propósito es obtener una onda adecuada para transmitirse por el medio físico.

¿Cuál es la diferencia entre señal analógica y digital?

La señal analógica varía de forma continua en el tiempo y puede tomar infinitos valores, como la voz. La señal digital es discontinua y solo toma valores limitados, como los ceros y unos del código binario.

¿Qué son los medios guiados y los no guiados?

Los medios guiados transportan la señal por un soporte físico, como cables de cobre o fibra óptica. Los no guiados transmiten la señal a través del espacio, como las ondas de radiofrecuencia, los infrarrojos o los ultrasonidos.