Fundamentos de los Sistemas de Comunicación y Modulación de Señales

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.