Conceptos previos: conceptos físicos

Espectro de una señal y ancho de banda

Ya hemos visto que las señales sinusoidales tienen asociado un parámetro fundamental denominado frecuencia. También hemos visto que cualquier señal continua y derivable se puede descomponer en suma (finita o infinita) de señales sinusoidales. Cada uno de estos componentes sinusoidales tendrá pues asociada también una amplitud máxima. El espectro de una señal no será otra cosa que la representación gráfica bidimensional de la amplitud vs la frecuencia. Así como las señales eléctricas se monitorizan en función del tiempo con un osciloscopio, se monitorizan en función de la frecuencia con un aparato de medida denominado Analizador de Espectros. Por tanto, cualquier señal tendrá una doble representación posible:

• En el dominio del tiempo.
• En el dominio frecuencial.

A partir de la definición de espectro de una señal, hacemos otra definición fundamental en el mundo de las comunicaciones y por tanto de la telemática: el ancho de banda.

Se define como ancho de banda de una señal la diferencia entre el valor máximo y el mínimo de las frecuencias de su espectro frecuencial.

Espectro de 8KHZ de ancho de banda: 1KHz -> -> 9 kHz.

2.1.1. Características básicas de los medios físicos

• Los elementos de un sistema de comunicación no dejan de ser componentes físicos que siguen las leyes de la Física:

Ley de Ohm

Todos las señales eléctricas sufren una disminución de su nivel energético cuando se transmiten mediante cualquier medio de transmisión. Esta atenuación viene dada por la Ley de Ohm:

R = V / I

Contaminaciones y deformación de la señal

En todo proceso de transmisión aparecen una serie de fenómenos físicos indeseados que deforman o alteran las señales originales transmitidas.

• Este hecho, evidentemente, puede llevar a la pérdida o incorrecta interpretación de la información transmitida.
• Entre los efectos negativos más comunes destacaremos los siguientes:
  Ø Atenuación.
  Ø Distorsión.
  Ø Interferencia.
  Ø Ruido.

Atenuación

• Es un efecto producido por el debilitamiento de la señal, debido a la resistencia eléctrica que presentan tanto el canal como el resto de elementos que intervienen en la transmisión.
• Este debilitamiento se manifiesta en forma de descenso de la amplitud (potencia) de la señal transmitida.
• Puede llegar un momento en que la amplitud baje tanto que la señal acabe siendo irreconocible por el receptor.

Distorsión

• Consiste en la deformación de la señal debido a que el canal no se comporta de igual manera con las diversas frecuencias.
• Ecualizar consiste en corregir los efectos de esta distorsión.

Interferencia

Es cualquier perturbación en la recepción de una señal causada por señales indeseables, naturales o artificiales, que aparece en el canal correspondiente a una transmisión.

Ruido

Es cualquier perturbación introducida por el propio canal de transmisión, debido a las imperfecciones de los materiales o medios, condiciones ambientales como la temperatura, etc.

Conceptos previos: codificación

• Codificar es expresar una información de acuerdo a una norma o código.
• Para que haya comunicación, es necesario que emisor y receptor se pongan de acuerdo en el código que utilizarán para expresar sus mensajes.
• Esta codificación implicará aspectos físicos como la amplitud y duración de la señal utilizada la transmisión.

Conceptos previos: modulación

Variando los tres parámetros fundamentales de una señal sinusoidal de forma lineal, obtenemos tres posibilidades de modulación lineal o continua.

• Modulación en amplitud. (AM, Amplitude Modulation).
• Modulación en frecuencia. (FM, Frequency Modulation).
• Modulación en fase. (PM, Phase Modulation).

• Cualquier canal de transmisión se comporta como un filtro que admite mejor determinadas frecuencias, y peor otras.
• La modulación intenta conseguir que la señal transmitida aproveche al máximo las características del canal de transmisión.

La longitud de onda ë [m, metros] es un parámetro físico de las señales periódicas que multiplicado por la frecuencia da la velocidad de propagación de la señal en un canal. En el vacío:

C = ë · f

• También podemos entender la longitud de onda como el espacio que recorre una señal sinusoidal en un intervalo de tiempo igual al período de la señal (T).
• Por otra parte, en ingeniería de Antenas, se puede verificar que una antena que debe radiar una determinada onda electromagnética debe tener una longitud de al menos 0,1 · _, donde _ es la longitud de onda de la señal electromagnética a transmitir.
• La modulación nos permite cambiar la frecuencia original de la señal a una nueva que nos permita construir antenas de tamaño razonable.
• Este cambio de frecuencia puede ser útil también para evitar bandas ruidosas o con presencia de fuertes interferencias.
• Además, el uso de la modulación nos permite separar en frecuencia canales de transmisión que de forma natural viajarían a las mismas frecuencias y por tanto interferirían entre ellos. De esta técnica se dice multiplexación en frecuencia. Más adelante hablaremos con más profundidad.

El espectro electromagnético

El espectro electromagnético es el mapa de posibles frecuencias de que disponemos para generar señales electromagnéticas.

La capa física

• El propósito de la capa física es transportar una corriente de bits en bruto de una máquina a otra.
• Cada medio físico de transmisión vendrá caracterizado por: Ancho de banda. Retraso. Coste. Facilidad de instalación y mantenimiento.

Clasificación de los medios de transmisión

• Básicamente, podemos clasificar los medios de transmisión en dos grandes grupos: Guiados (cable de cobre, fibra óptica) y No guiados (radio, infrarrojo).
• Los canales o medios guiados incluyen los cables metálicos (cobre, aluminio, etc.) y de fibra óptica. El cable se instala normalmente en el interior de los edificios o bien en conductos subterráneos. Los cables metálicos pueden presentar una estructura coaxial o de par trenzado, y el cobre es el material preferido como núcleo de los elementos de transmisión de redes. El cable de fibra óptica se encuentra disponible en plástico o fibra de vidrio.

Etiquetas: Ancho de banda, cable coaxial, espectro, fibra óptica, interferencia, medios de transmisión, modulación, telecomunicaciones