MODULACIÓN

MODULACIÓN:
La modulación se ha definido como el proceso de combinar una señal de entrada m(t) y una portadora de frecuencia fc para producir una señal S(t) cuyo ancho de banda esté (normalmente) centrado en torno a fc. Para el caso de datos digitales,la justificación de la modulación debe estar clara: es necesaria cuando existe solo la posibilidad de transmisión análoga, para convertir los datos digitales en análogos. Sin embargo, cuando los datos son analógicos la justificación no es tan evidente. Después de todo, las señales de voz se transmiten a través de líneas telefónicas usando su espectro original (esto se denomina transmisión en banda base). Hay dos razones principales: Para llevar a cabo una transmisión más efectiva puede que se necesite una frecuencia mayor para medios no guiados, es prácticamente imposible transmitir señales en banda-base ya que el tamaño de las antenas tendría que ser de varios kilómetros de diámetro. La modulación permite la multiplicación por división de frecuencias, técnica muy importante. Para convertir las señales de análogas a digitales y viceversa, se requiere de varios tipos de modulación.
Conversión de analógico a digital A veces es necesario, digitalizar una señal analógica. Por ejemplo, para enviar la voz humana a larga distancia, es necesario digitalizarlas puesto que las señales digitales son menos vulnerables al ruido. Esto se denomina conversión de analógico a digital o digitalización de una señal analógica. Para llevarla a cabo es necesario efectuar una reducción del número de valores, potencialmente infinito en un mensaje analógico, de forma que puedan ser representados como un flujo digital con una pérdida mínima de información. Hay varios métodos para efectuar la conversión de análogo a digital. En la figura 2.24 se muestra un conversor de analógico a digital, denominado un códec (codificador y decodificador).

Modulación por amplitud de pulsos (PAM)
Esta técnica toma una señal analógica, la muestra y genera una serie de pulsos basados en los resultados del muestreo. El término muestreo significa medir la amplitud de la señal en intervalos iguales. El método usado en PAM es más útil para otras series de ingenierías que para transmisión de datos. Sin embargo PAM es el fundamento de un método de conversión de analógico a digital muy importante denominado modulación por codificación en pulsos (PCM). En PAM, la señal original se muestra en intervalos iguales de tiempo, como se muestra en la figura 2.25. PAM usa una técnica denominada muestrear y retener. En un determinado momento, se lee el nivel de la señal y se mantiene brevemente.

Modulación por codificación de pulsos (PCM) PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente digital. Para hacerlo, PCM cuantifica primero los pulsos PAM. La cuantificación es el método para asignar valores integrales dentro de un rango específico de instancias muestreadas.


Conversión de digital a analógico
La conversión de digital a analógico, o modulación digital analógico, es el proceso de cambiar una de las características de una señal de base analógica en informaciOn basada en una señal digital(ceros y unos). Por ejemplo, cuando se transmiten datos de una computadora a otra a través de una red telefónica pública, los datos originales son digitales, pero, debido a que los cables telefónicos transportan señales análogas, es necesario convertir dichos datos. Los datos digitales deben ser modulados sobre una señal analógica que ha sido manipulada para aparecer como dos valores distintos correspondientes a 0 y al 1 binario. La figura 2.29 muestra la relación entre la información digital, el hardware de modulación de digital a analógico y el valor de la señal analógica resultante.

Radiotransmisión

Las ondas de radio son fáciles de generar, pueden viajar distancias largas y penetrar edificios sin problemas, de modo que se utilizan mucho en la comunicación, tanto en interiores como en exteriores. Las ondas de radio también son omnidireccionales, lo que significan que viajan en todas las direcciones desde la fuente, por lo que el transmisor y el receptor no tienen que alinearse con cuidado fisicamente. Las propiedades de las ondas de radio dependen de la frecuencia. A bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien los obstáculos, pero la potencia se reduce drásticamente con la distancia a la fuente, aproximadamente en proporción 1/r3 en el aire. A frecuencias altas, las ondas de radio tienden a viajar en línea recta y a rebotar en los obstáculos. También son absorbidas por la lluvia. En todas las frecuencias, las ondas de radio están sujetas a interferencia por los motores y otros equipos eléctricos. Por la capacidad del radio de viajar distancias largas, la interferencia entre usuarios es un problema. Por esta razón los gobiernos legislan estrictamente el uso de radiotransmisores. En las bandas VLF, LF y MF, las ondas de radio siguen el terreno, como se muestra en la figura 2.16 (a). Estas ondas se pueden detectar quizás en 1000 km en las frecuencias más bajas, y a menos en frecuencias más altas. La difusión de radio AM usa la banda MF, y es por ello que las estaciones de radio AM de Boston no se pueden oír con facilidad en Nueva York. Las ondas de radio en estas bandas cruzan con facilidad los edificios, y es por ello que los radios portátiles funcionan en interiores. El problema principal al usar estas bandas para comunicación de datos es el ancho de banda relativamente bajo que ofrecen.

Transmisión por microondas.

Por encima de los 100 MHz las ondas viajan en línea recta y, por tanto, se pueden enfocar en un haz estrecho. Concentrar la energía en un haz pequeño con una antena parabólica (como el tan familiar plato de televisión satélite) produce una señal mucho más alta en relación con el ruido, pero las antenas transmisoras y receptora deben estar muy bien alineadas entre sí. Además esta direccionalidad permite a transmisores múltiples alineados en una fila comunicarse con receptores múltiples en filas, sin interferencia. Antes de la fibra óptica, estas microondas formaron durante décadas el corazon del sistema de transmisión telefónica de larga distancia. De hecho, el nombre de la empresa de telecomunicaciones de larga distancia MCI proviene de Microwave Communications, Inc, porque su sistema entero se basó originalmente en torres de microondas (desde entonces ha modernizado las principales porciones de su red empleando fibras). Ya que las microondas viajan en línea recta, si las torres están muy separadas, partes de la tierra estorban. En consecuencia, se necesitan repetidoras periódicas. Cuando más altas sean las torres, más separadas pueden estar. La distancia entre la repetidora se elevan en forma muy aproximada con la raíz cuadrada de la altura de las torres. Con torres de 100 m de altura, las repetidoras pueden estar espaciadas a 80 km de distancia.


Transmisión por ondas de luz (rayo láser) La señalización óptica sin guías se ha usado durante siglos. Paul Revere utilizó señalización óptica binaria desde la vieja iglesia del Norte justo antes de su famoso viaje. Una aplicación más modernas es conectar las LAN de dos edificios por medio de láseres montados en sus azoteas. La señalización óptica coherente con láseres e inherentemente unidireccional, de modo que cada edificio necesita su propio láser y su propio fotodetector. Este esquema ofrece un ancho de banda muy alto y un costo muy bajo. También es relativamente fácil de instalar y, a diferencia de las microondas no requiere una licencia de la FCC (Federal communications Comisión, Comisión Federal de Comunicaciones). La ventaja del láser, un haz muy estrecho, es aquí también una debilidad. A puntar un rayo láser de 1mm de anchura a un blanco de 1mm a 500 metros de distancia requiere la puntería de una Annier Oakley moderna. Por lo general, se añaden lentes al sistema para desenfocar ligeramente el rayo. Una desventaja es que los rayos láser no pueden penetrar la lluvia ni la niebla densa, pero normalmente funciona bien en días soleados.
Satélite Las transmisiones vía satélites se parecen mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en la que las estaciones son satélites que están orbitando la tierra. El principio es el mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite actuando como una antena súper alta y como repetidor (véase la figura 2.18). Aunque las señales que se transmiten vía satélite siguen teniendo que viajar en línea recta, las limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra son muy reducidas. De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos como un único salto.

MEDIOS DE TRANSMISIÓN

Los medios guiados son aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro e incluyen cables de pares trenzados, cables coaxiales y cables de fibra óptica. Una señal viajando por cualquiera de estos medios es dirigida y contenida por los límites físicos del medio. El par trenzado y el cable coaxial usan conductores metálicos (de cobre) que aceptan y transportan señales de corriente eléctrica. La fibra óptica es un cable de cristal o plástico que acepta y transporta señales en forma de luz.
Cable de par trenzado:
El cable de par trenzado se presenta en dos formas: sin blindaje y blindado. Cable par trenzado sin blindaje (UTP) El cable UTP (Unshielded Twisted Pair) es el tipo más frecuente de medio de comunicación que se usa actualmente. Aunque es el más familiar por su uso en los sistemas telefónicos, su rango de frecuencia es adecuado para transmitir tanto datos como voz, el cual va de 100Hz a 5MHz. Un par trenzado está conformado habitualmente por dos conductores de cobre, cada uno con un aislamiento de plástico de color. El aislamiento de plástico tiene un color asignado a cada banda para su identificación véase la figura No. 2.10. Los colores se usan tanto para identificar los hilos específicos de un cable como para indicar qué cables pertenecen a un par y cómo se relacionan con los otros pares de un manojo de cables.
Categoría 1. El cable básico del par trenzado que se usa en los sistemas telefónicos. Este nivel de calidad es bueno para voz pero inadecuado para cualquier otra cosa que no sean comunicaciones de datos de baja velocidad. Categoría 2. El siguiente grado más alto, adecuado para voz y transmisión de datos hasta 4 Mbps. Categoría 3. Debe tener obligatoriamente al menos nueve trenzas por metro y se puede usar para transmisión de datos hasta 10Mbps. Actualmente es el cable estándar en la mayoría de los sistemas de telecomunicaciones de telefonía. Categoría 5. Usada para la transmisión de datos hasta 100 Mbps.
Conectores UTP. Los cables UTP se conectan habitualmente a los dispositivos de la red a través de un tipo de conector y un tipo de enchufe como el que se usa en las clavijas telefónicas. Los conectores pueden ser machos (el enchufe) o hembras (el receptáculo). Los conectores machos entran en los conectores hembras y tienen una pestaña móvil (denominada llave) que los bloque cuando quedan ubicados en un sitio. Cada hilo de un cable está unido a estos enchufes son los RJ45, que tienen ocho conductores, uno para cada hilo de cuatro pares trenzados.
Cable de par trenzado blindado (STP)
El cable STP tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que rodea cada par de conductores aislados. Véase la figura 2.11. la carcasa de metal evita que penetre ruido electromagnético. También elimina un fenómeno denominado interferencia, que es un efecto indeseado de un circuito (o canal) sobre otro circuito (o canal). Se produce cuando una línea (que actúa como antena receptora) capta algunas de las señales que viajan por otra línea (que actúa como antena emisora)Este efecto se experimenta durante las conversaciones telefónicas cuando se oyen conversaciones de fondo. Blindando cada par de cable de par trenzado se pueden eliminar la mayor parte de las interferencias.
Cable coaxial
El cable coaxial (o coax) transporta señales con rangos de frecuencias más altos que los cables de pares trenzados que van de 100KHz a 500MHz, en parte debido a que ambos medios están construidos de forma bastante distinta. En lugar de tener dos hilos, el cable coaxial tiene un núcleo conductor central formado por un hilo sólido o enfilado (habitualmente cobre) recubierto por un aislante de material dieléctrico, que está, a su vez, recubierto por una hoja exterior de metal conductor, malla o una combinación de ambas (también habitualmente de cobre). La cubierta metálica exterior sirve como blindaje contra el ruido y como un segundo conductor, lo que completa el circuito. Este conductor exterior está cubierto también por un escudo aislante y todo el cable está protegido por una cubierta de plástico.




Medios guiados
Telefonía celular La telefonía celular se diseñó para proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos móviles o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria (tierra). Un proveedor de servidores debe ser capaz de localizar y seguir al que llama, asignando un canal a la llamada y transfiriendo la señal de un canal a otro a medida que el dispositivo se mueve fuera del rango de un canal y dentro del rango de otro.
Bandas Celulares La transmisión celular tradicional es analógica. Para minimizar el ruido, se usa modulación en frecuencia (FM) entre los teléfonos móviles y la central de célula. La FCC asigna dos bandas para uso celular. La banda entre 824 y 849 Mhz lleva todas las comunicaciones que se inician en dispositivos móviles. La banda entre 869 y 894 Mhz transporta las comunicaciones que se inician desde los teléfonos fijo. Las frecuencias portadoras se reparten cada 30Khz, lo que permite que cada banda pueda soportar hasta 833 portadoras. Transmisión Para hacer una llamada desde un teléfono móvil, el usuario introduce un código de 7 o 10 digitos (un número de teléfono) y aprieta el botón de enviar. En ese momento, el teléfono móvil barre la banda, buscando un canal de inicio con una señal potente y envía los datos (número de teléfono) a la central de célula más cercana que usa ese canal. La central de la célula retransmite los datos a la MTSO. La MTSO envía los datos a la central telefónica central. Si el destinatario de la llamada está disponible, se establece conexión y se devuelven los resultados a la MTSO. En ese momento, la MTSO asigna un canal de voz sin usar a la llamada y se establece la conexión. El teléfono móvil ajusta automáticamente su sintonía para el nuevo canal y comienza la transmisión de voz. Recepción Cuando un teléfono fijo hace una llamada a un teléfono móvil, la central telefónica envía el número a la MTSO. La MTSO localiza al teléfono móvil enviando preguntas a cada célula en un proceso denominado radiolocalización (paging). Una vez que se ha encontrado el dispositivo móvil, la MTSO transmite una señal de llamada y cuando responde el dispositivo móvil, le asigna un canal de voz, permitiendo que comiencen las transmisiones. Transferencia
Puede ocurrir que durante una conversación, el dispositivo móvil se mueva de una célula a otra. Cuando lo hace, la señal se puede debilitar. Para resolver este problema, la MTSO monitoriza el nivel de la señal cada pocos segundos.
Digital Los servicios analógicos celulares (FM) se basan en un estándar denominado circuito conmutado celular analógico (ACSC). Para transmitir datos digitales usando un servicio ACSC es necesario tener un módem con una velocidad máxima de 9.600 a 19.200 bps. Sin embargo desde 1993, varios proveedores de servicios empezaron a usar un estándar de telefonía celular denominado paquetes de datos digitales celulares (CDPD). CDPD proporciona un servicio digital de baja velocidad a través de la red celular existente. Se basa en el modelo OSI, el cual se estudiará en la segunda unidad del modulo. Para usar los servicios digitales existentes, tales como servicios de conmutación de 56kbps, CDPD usa lo que se denomina un trisector. Un trisector es una comunicación de tres células, cada una de las cuales usa 19.2 kbps, que permite obtener un total de 57,6 Kbps (que se pueden acomodar sobre una línea conmutada de 56K eliminando alguna sobre carga). Siguiendo este esquema, los Estados Unidos se han dividido en 12.000 trisectores. Hay un encaminador para cada 60 trisectores.

TRANSMISIÓN DE DATOS

SEÑALES (ANALÓGICAS Y DIGITALES)

La información se transmite en forma de señales electromagnéticas a través de un medio de transmisión. Tanto si se están recolectando estadísticas numéricas de otras computadoras, como sí se están enviando gráficos animados desde una estación de diseño o haciendo sonar un timbre en un centro de control distante, se está realizando transmisión de información a través de conexiones de red. La información puede ser voz, imagen, datos numéricos, caracteres o códigos, cualquier mensaje que sea legible y tenga significado para el usuario destino, tanto si es humano como si es una máquina.

SEÑALES ANALOGICAS

Una señal analógica es una forma de onda continua que cambia suavemente en el tiempo. A medida que la onda se mueve de A a B, pasa a través de, e incluye un número infinito de valores en, su camino. Entonces un dato analógico por ejemplo es la voz humana. Cuando alguien habla se crea una onda continúa en el aire. Esta onda puede ser capturada por un micrófono y convertida en una señal analógica.

SEÑALES DIGITALES

Una señal digital es discreta, es decir, solamente puede tener un número de valores definidos, a menudo tan simples como ceros y unos. La transición entre los valores de una señal digital es instantánea, como una luz que se enciende y se apaga. En la figura No. 1.10 se ilustra una señal digital. Las líneas verticales de la señal digital demuestran que hay un salto repentino entre un valor y otro de la señal. Las regiones planas y altas indican que estos valores son fijos. Una gran diferencia que existe entre la señal análoga y digital, es que la señal análoga cambia continuamente con respecto al tiempo, mientras que la señal digital cambia instantáneamente.

MODELOS DE COMUNICACIÓN

QUE ES UNA RED DE COMUNICACIONES:

Una red es un conjunto de computadoras conectadas a través de un medio de transmisión, con el objetivo de transmitir y recibir información de otras computadoras de la red. También se puede definir una red como un conjunto de dispositivos (a menudo denominados nodos) conectados por enlaces de un medio físico. Un nodo puede ser una computadora, una impresora o cualquier otro dispositivo capaz de enviar y/o recibir datos generados por otros nodos de la red. Los enlaces conectados con los dispositivos se denominan a menudo canales de comunicación.

La fuente: Este dispositivo genera los datos a transmitir: por ejemplo teléfonos o computadores personales. Transmisor: Normalmente los datos generados por la fuente no se transmiten directamente como son generados. Al contrario, el transmisor transforma y codifica la información produciendo señales electromagnéticas susceptibles de ser transmitidas a través de algún sistema de transmisión. El sistema de transmisión: Que puede ser desde una simple línea de transmisión hasta una compleja red que conecte la fuente con el destino. El receptor: Que acepta la señal proveniente del sistema de transmisión y la convierte de tal manera que pueda ser manejada por el dispositivo destino. Por ejemplo, un MODEM aceptará la señal análoga de la red o línea de transmisión y la convertirá en una cadena de bits. El destino, que toma los datos del receptor.