Texto Guia Resumen Comunicaciones ESPE

ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO

DEPARTAMENTO DE SEGURIDAD Y DEFENSA

COMUNICACIONES EN SEGURIDAD TEMA:

NOTA DE AULA DEL PRIMER PARCIAL MODALIDAD DE ESTUDIOS A DISTANCIA

AUTOR:

- RECOPILACIN DE VARIAS FUENTES DE CONSULTA EN LINEA

http://www.eveliux.com/mx/historia-de-las-telecomunicaciones.php http://www.eveliux.com/mx/modelo-de-un-sistema-de-comunicaciones.php http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/bandas.htm http://members.fortunecity.es/unitec/probasic.htm http://www.electronicafacil.net/tutoriales/MODULACION-DIGITAL-FSK-PSK-QAM.php http://nacc.upc.es/navegacion-aerea/x360.html

FECHA: 01 DE AGOSTO DE 2013

Comunicaciones en Seguridad 2013

2 Departamento de Seguridad y Defensa

Contenido 1. INTRODUCCIN ........................................................................................ 4

1.1 QUE ES LA COMUNICACIN ELECTRONICA ........................................... 5

1.2 LA HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRNICAS ....................... 5

1.3 SEALES PRESENTES EN LAS COMUNICACIONES ..................................... 8

1.4. SISTEMAS DE COMUNICACIONES ......................................................... 9

1.4.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES ....................... 9

1.4.2 SISTEMA DE COMUNICACIONES ANALGICO .................................... 9

1.4.3 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN ANALOGICA ........ 10

1.4.5 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN DIGITAL ............. 11

1.5. PROBLEMEAS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES ..... 11

1.5.1 RUIDO ...................................................................................... 11

1.5.2 FUENTES DE RUIDO ................................................................... 12

1.5.3 RELACIN SEAL - RUIDO .......................................................... 13

1.5.4 SELECTIVIDAD ........................................................................... 14

1.5.5 SENSIBILIDAD ........................................................................... 14

1.5.6 RANGO DINMICO ..................................................................... 15

1.5.7 FIDELIDAD ................................................................................ 15

1.6 PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS ................................ 15

1.6.1 REFLEXIN Y REFRACCIN .......................................................... 16

1.6.2 DIFRACCIN .............................................................................. 17

1.6.3 IMPEDANCIA CARACTERSTICA .................................................... 18

1.6.4 ELEMENTOS DE UNA ONDA ......................................................... 18

1.6.5 TRANSMISIN ATMOSFRICA ......................................................... 19

1.6.5.1 ONDA DE TIERRA ................................................................. 19

1.6.5.2 ONDA IONOSFRICA ............................................................ 20

1.6.5.3 ONDA TROPOSFERICA .......................................................... 21

1.7 MODULACIN Y DEMODULACIN ....................................................... 22

1.7.1 PORQUE SE MODULA? .................................................................. 24

1.7.2 COMO SE MODULA? ..................................................................... 25

1.7.3 TIPOS DE MODULACIN ................................................................. 25

1.7.3.1 MODULACION ANALOGICA .................................................... 25

1.7.3.1.1 AM - AMPLITUD MODULADA ............................................ 25

1.7.3.1.2 FM - FRECUENCIA MODULADA ......................................... 27

1.7.3.2 MODULACION DIGITAL ......................................................... 28

1.7.3.2.1 TRANSMISIN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK) ................................................................................................. 28

1.7.3.2.2 TRANSMISIN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK) ......... 28

1.7.3.2.3 MODULACIN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM) ........ 29



1.8 MODOS DE TRANSMISIN .................................................................. 29

1.8.1 SIMPLEX (SX) ............................................................................ 29

1.8.2 HALF-DUPLEX (HDX) .................................................................... 29

1.8.3 FULL-DUPLEX (FDX) ..................................................................... 30

1.8.4 FULLFULL-DUPLEX (F/FDX) .............................................................. 30

1.9 ESPECTRO ELECTROMAGNTICO ............................................................. 30

1.9.1 FRECUENCIAS DE TRANSMISIN ..................................................... 31

1.9.2 DIVISION DEL ESPECTRO RADIOELECTRICO ................................. 32

1.10 LA ANTENA .................................................................................... 34

1.10.1. CMO FUNCIONA UNA ANTENA? .............................................. 35

1.10.2 TIPOS DE ANTENAS PARA BANDA CIUDADANA ............................. 35

1.10.3 TIPOS DE ANTENAS PARA RADIOAFICIN ................................... 36



TEXTO GUIA RESUMEN PRIMER PARCIAL

1. INTRODUCCIN Hoy en da las comunicaciones digitales estn desplazando definitivamente a las comunicaciones analgicas. Basta repasar algunos de los sistemas de comunicaciones que nos rodean a diario para ver que quedan muy pocos que sean analgicos. Podemos nombrar a las transmisiones de radio AM y FM, por algunos pocos aos ms la televisin (que ya est siendo desplazada por la TV digital de alta definicin) y las lneas telefnicas de abonado. Y an as en este ltimo caso existen los servicios ISDN (en espaol RDSI, Red Digital de Servicios Integrados) en donde la comunicacin que llega al aparato del abonado es ntegramente digital. Tambin la telefona celular analgica est emigrando definitivamente hacia la tecnologa digital. Y la telefona fija tradicional, analgica, (conocida en la jerga como PSTN, Public Switched Telephone Network, es decir, Red Telefnica Pblica Conmutada) poco a poco est comenzando a ser desplazada por la telefona IP (VoIP, Voice Over IP, es decir, Voz Sobre IP). El resto de las comunicaciones son digitales. Enlaces satelitales, troncales telefnicas, redes de computadoras, Internet, telefona celular, videoconferencia, telemetra y hasta los CDs de msica que tambin almacenan la informacin en forma digital (obviamente, la reproduccin del sonido en el parlante es en forma analgica). Tambin los sistemas de sealizacin en telefona son digitales, como el SS7 (Sistema de Sealizacin N 7). Por qu las comunicaciones van emigrando definitivamente hacia los sistemas digitales? Hay varias razones. Una de ellas es la facilidad con que se regeneran las seales digitales, comparadas con las analgicas. La forma de onda que enva un transmisor se va degradando a lo largo del canal de comunicacin (sea ste de cualquier medio: fibra ptica, aire, cable coaxial, etc.). Esto se debe por un lado a que los medios de comunicacin y los circuitos asociados no son lineales, y por otro lado a los efectos del ruido elctrico indeseado que aparece en cualquier medio. Estos dos mecanismos distorsionan la seal transmitida. Sin embargo, en el caso de las comunicaciones digitales, a pesar de que el ruido y las alinealidades tambin degradan la seal, es mucho ms fcil reconstruir la seal degradada ya que la transmisin parte de un conjunto de seales discreto y finito.



1.1 QUE ES LA COMUNICACIN ELECTRONICA

La comunicacin es el proceso mediante el cual el emisor y el receptor establecen una conexin en un momento y espacio determinados para transmitir, intercambiar o compartir ideas, informacin o significados que son comprensibles para ambos. La gente se comunica para transmitir a otros sus pensamientos, ideas y sentimientos. El proceso de comunicacin es inherente a toda la vida humana.

En esencia, telecomunicaciones electrnicas son la transmisin, recepcin y procesamiento de informacin usando circuitos electrnicos.

La informacin se define como el conocimiento, la sabidura o la realidad y puede ser en forma analgica (proporcional o continua), tal como la voz humana, informacin sobre una imagen de vdeo, o msica, o en forma digital (etapas discretas), tales como nmeros codificados en binario, cdigos alfanumricos, smbolos grficos, cdigos operacionales del microprocesador o informacin de base de datos. Toda la informacin debe convertirse a energa electromagntica, antes de que pueda propagarse por un sistema de comunicaciones electrnicas.

1.2 LA HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRNICAS

La teora sobre las comunicaciones electrnicas comenz a mediados del siglo XIX con el fsico ingls, James Clerk Maxwell. Las investigaciones matemticas de Maxwell indicaron que la electricidad y la luz viajan en forma de ondas electromagnticas, y por lo tanto, estn relacionadas una con otra. Maxwell predijo que era posible propagar ondas electromagnticas por el espacio libre utilizando descargas elctricas.

Sin embargo, la propagacin de ondas fue lograda hasta 1888 cuando Heinrich Hertz, un cientfico alemn, pudo radiar energa electromagntica desde una mquina que l llamaba oscilador. Hertz desarroll el primer transmisor de radio y, usando estos aparatos, pudo generar radiofrecuencias entre 31 MHz y 1.25 GHz. Hertz tambin desarroll la primera antena rudimentaria, la cual an se usa de manera modificada hoy en da.

En 1892, E. Branly, de Francia, desarroll el primer detector de radio y, exactamente un ao despus un experimentador ruso, A. S. Popoff, grab ondas de radio emanadas de relmpagos.

El primer sistema de comunicaciones electrnicas fue desarrollado en 1837 por Samuel Morse. Morse, usando la induccin electromagntica, pudo transmitir informacin en forma de puntos, guiones y espacios por medio de un cable metlico. Le llam a su invento el telgrafo.

En 1876, un canadiense educador y terapeuta del lenguaje llamado Alexander Graham Bell y su asistente, Thomas A. Watson (un inventor tambin muy conocido), transmitieron exitosamente una conversacin humana a travs de un sistema telefnico funcional usando cables metlicos como medio de transmisin.



Figura 1.1 Dibujo inicial del telfono por Alexander G. Bell en 1876

En 1894, Guglielmo Marconi, un joven cientfico italiano, logr las primeras comunicaciones electrnicas inalmbricas cuando transmiti seales de radio a tres cuartos de milla por la atmsfera de la Tierra atravesando la propiedad de su padre. Por 1896, Marconi estaba transmitiendo seales de radio hasta dos millas desde los barcos a tierra, y en 1899 envi el primer mensaje inalmbrico por el Canal de la Mancha de Francia a Dover, Inglaterra.

En 1902, las primeras seales trasatlnticas fueron enviadas de Poldu, Inglaterra, a Newfoundland. Lee DeForest invent el tubo de vaco de trodo en 1908, el cual permiti la primera amplificacin prctica de las seales electrnicas.

La emisin regular de la radio comenz en 1920, cuando las estaciones de radio AM (Amplitud Modulada) WWJ en Detroit, Michigan y, KDKA en Pittsburgh, Pennsylvania, comenzaron las emisiones comerciales.

En 1933, el mayor Edwin Howard Armstrong invent la frecuencia modulada (FM), y la emisin comercial de las seales FM comenz en 1936.

En 1948, el transistor fue inventado en los Laboratorios de Telfonos Bell por William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen. El transistor llev al desarrollo y refinamiento del circuito integrado en la dcada de 1960.

A continuacin un pequeo resumen de los principales acontecimientos en el campo de las comunicaciones:

5000 A.C. PREHISTORIA. El hombre prehistrico se comunicaba por medio de gruidos y otros sonidos (primera forma de comunicacin). Adems, con seales fsicas con las manos y otros movimientos del cuerpo.

3000 A.C. Egipcios: representaban las ideas mediante smbolos (hieroglyphics), as la informacin podra ser transportada a grandes distancias al ser transcritas en medios como el papel papiro, madera, piedras, muros etc.

1,700 - 1,500 A.C Un conjunto de smbolos fue desarrollado para describir sonidos individuales, y estos smbolos son la primera forma de ALFABETO que ponindolos juntos forman las PALABRAS. Surgi en lo que es hoy Siria y Palestina.

GRIEGOS Desarrollan la Heliografa (mecanismo para reflejar la luz del sol en superficies brillosas como los espejos).

430 D.C. Los ROMANOS utilizaron antorchas (sistema ptico telegrfico) puestas en grupos apartados a distancias variantes, en la cima de las montaas para comunicarse en tiempos de guerra.



1500s. AZTECAS Comunicacin por medios mensajes escritos y llevados por hombres a pie. (Heraldos). Los reyes aztecas los hacan correr grandes distancias (entre lo que hoy es la CD. de Mxico y el puerto de Veracruz), para traer mensajes y pescado fresco.

1800s. NORTEAMRICA Los indios de Norteamrica hacan uso de seales de humo.

1860s. Sistemas pticos Telegrficos (uso de banderas, o semforos) por la caballera de EUA.

COMUNICACIONES ELCTRICAS

1752 Descubrimiento de la electricidad (pararrayos) por Benjamn Franklin en los E.U.

1800-1837 Descubrimientos preliminares: Volta descubre los principios de la batera; Tratados matemticos de Fourier, Cauchy y Laplace. Experimentos con electricidad y magnetismo por Oersted, Ampere, Faraday, y Henry. La Ley de Ohm. Primeros Sistemas telegrficos por Gauss, Weber, Wheatstone y Cooke.

1844 El nacimiento de la TELEGRAFA. El Telgrafo, primera forma de comunicacin elctrica. Inventado por Samuel Morse.

1845. Son enunciadas las Leyes de Kirchhoff. 1864. James Clerk Maxwell desarrolla la "Teora Dinmica del campo

electromagntico". Predice la radiacin electromagntica. 1876 Marzo 7, se otorga la patente #174,465 a Alexander Graham Bell.

El nacimiento de la TELEFONA, la mayor contribucin al mundo de las comunicaciones.

1888 Heinrich Rudolph Hertz mostr que las ondas electromagnticas existan y que ellas podran ser usadas para mover informacin a muy grandes distancias.

1889 Almon B. Strowger, inventa el telfono de marcado que se perfecciona en 1896.

1898 En 1898 Marconi hace realidad la tecnologa inalmbrica cuando el segua la regata de Kingstown y manda un reporte a un peridico de Dublin, Irlanda.

1920-1928 Se desarrolla la "Teora de transmisin seal a ruido" por J.R. Carson, H. Nyquist, J.B. Johnson, y R. V. Hartley.

1931 Se inicia el servicio de Teletipo (predecesor del FAX). 1934 Se crea la Federal Communication Commision (FCC) en los E.U.,

organismo que regula las comunicaciones en ese pas. Roosevelt firma el acta.

1937 Alec Reeves concibe la Modulacin por Codificacin de Pulsos (PCM) usada hoy en da en telefona.

1940 Primer computadora, llamada Z2 por Konrad Zuse (Alemn). 1948 Quizs el mayor evento en las comunicaciones del mundo ocurre,

cuando Claude Shannon desarroll su "Teora matemtica de las comunicaciones" Shannon desarrolla el concepto "Teora de la Informacin.

1948-1951 Es inventado el transistor por Bardeen, Brattain, y Shockley; con este descubrimiento se reduce significativamente el tamao y la potencia de los equipos de comunicaciones.

1958 Desarrollo de Sistemas de Transmisin de Datos a Larga Distancia para propsitos militares.

1960 Aparecen los telfonos de marcacin por tonos. 1962-1966 El nacimiento de las comunicaciones digitales de alta velocidad.

1969 (Enero 2), El gobierno de los Estados Unidos le da vida a INTERNET cuando un equipo de cientficos empieza a hacer investigaciones en redes de computadoras. La investigacin fue fundada por la Advanced Research



Projects Agency -ARPA, una organizacin del Departamento de Defensa de los E.U., mejor conocida como ARPANET.

1979 Se crea el consorcio INMARSAT (INternational MARitime SATellite organization), provee comunicaciones y servicios de navegacin a embarcaciones va satlite.

1981 Nace la TELEFONA CELULAR 2008. (octubre). Se cumplen 25 aos en EUA del primer servicio de

telefona celular comercial 2009. (Feb, 17). Los Estados Unidos apagan la televisin analgica para dar

paso a la Televisin Digital.

Aunque los conceptos generales de las comunicaciones electrnicas no han cambiado mucho desde su comienzo, los mtodos por los cuales estos conceptos se han implantado han sufrido cambios dramticos y sorprendentes recientemente. No hay realmente lmites sobre las expectativas para los sistemas de comunicaciones electrnicas del futuro.

1.3 SEALES PRESENTES EN LAS COMUNICACIONES

Existen dos tipos bsicos de seales: analgica y digital.

El trmino ANALGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cmputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello que se puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto lmite, superior e inferior.

El trmino DIGITAL de la misma manera involucra valores de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. Es el caso de las comunicaciones digitales y el cmputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (Binary Digits).

Figura 1.2 Seal analgica y digital



1.4. SISTEMAS DE COMUNICACIONES

1.4.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES

En toda comunicacin existen tres elementos bsicos (imprescindibles uno del otro): el transmisor, el canal de transmisin y el receptor.

Cada uno tiene una funcin caracterstica.

Figura 1.3 Elementos de un sistema de comunicaciones

El Transmisor o fuente pasa el mensaje al canal en forma se seal. Para lograr una transmisin eficiente y efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la seal. La ms comn e importante es la modulacin, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la seal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

El Canal de Transmisin o medio es el enlace elctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unin entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisin se caracterizan por la atenuacin, la disminucin progresiva de la potencia de la seal conforme aumenta la distancia.

La funcin del Receptor o destino es extraer del canal la seal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las seales son frecuentemente muy dbiles, como resultado de la atenuacin, el receptor debe tener varias etapas de amplificacin. En todo caso, la operacin clave que ejecuta el receptor es la demodulacin, el caso inverso del proceso de modulacin del transmisor, con lo cual vuelve la seal a su forma original.

Cuando se transmite informacin a partir de muchas fuentes sobre un medio de transmisin comn, la informacin debe combinarse en una seal de informacin compuesta sencilla. El proceso de combinar la informacin en una seal de informacin compuesta se le llama multicanalizacin, y al proceso de separar la informacin se le llama desmulticanalizacin.

1.4.2 SISTEMA DE COMUNICACIONES ANALGICO

Es un sistema en el cual la energa electromagntica se transmite y recibe en forma analgica (una seal variando continuamente tal como una onda senoidal). Ejemplo: Los sistemas de radio comerciales emiten seales analgicas.

Un sistema analgico contiene dispositivos que manipulan cantidades fsicas representadas en forma analgica. En un sistema de este tipo, las cantidades varan sobre un intervalo continuo de valores.



La mayora de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analgica. Un ejemplo de ello es la temperatura: a lo largo de un da la temperatura no vara entre, por ejemplo, 20 C o 25 C de forma instantnea, sino que alcanza todos los infinitos valores que entre ese intervalo. Otros ejemplos de magnitudes analgicas son el tiempo, la presin, la distancia, el sonido.

1.4.3 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN ANALOGICA El objetivo de la modulacin (mas adelante trataremos especficamente) es el de adaptar la seal que se va a transmitir al canal de comunicaciones que hay entre la fuente y el destinatario. Se introducen, por tanto, dos operaciones suplementarias a la de la figura anterior; entre la fuente y el canal, una primera operacin llamada modulacin, y entre el canal y el destinatario, una segunda denominada desmodulacin. La cadena de transmisin global queda entonces como se representa en la figura siguiente. El objetivo de la transmisin es el de hacer llegar el mensaje emitido m(t) al destinatario. En el caso ideal, se tiene: y(t) = m(t). En la prctica, esto no es as, y tenemos que y(t) es distinto de m(t).

Figura 1.4 Elementos de un sistema anlogo La diferencia reside principalmente en la presencia de ruido debido a las perturbaciones que afectan al canal de transmisin y en las imperfecciones de los procesos de modulacin y desmodulacin. La seal m(t) es la seal en banda base que se va a transmitir. Puede ser representada tanto en forma temporal como en forma de espectro de frecuencias.

1.4.4 SISTEMA DE COMUNICACIONES DIGITAL

Es un sistema destinado a la generacin, transmisin, procesamiento o almacenamiento de seales digitales (niveles discretos tal como +5 V y tierra) Los sistemas binarios utilizan seales digitales que slo tienen dos niveles discretos (bi significa dos) Frecuentemente la informacin de la fuente original est en una forma que no es adecuada para la transmisin y debe convertirse en una forma ms adecuada antes de la transmisin. Por ejemplo, con los sistemas de comunicaciones digitales, la informacin analgica se convierte a una forma digital antes de la transmisin, y con los sistemas de comunicaciones analgicas, la informacin digital se convierte a la forma analgica antes de la transmisin.



Para el anlisis y la sntesis de sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el lgebra de Boole.

Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:

Sistemas digitales combinacionales: Son aquellos en los que la salida del sistema slo depende de la entrada presente. Por lo tanto, no necesita mdulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas previas.

Sistemas digitales secuenciales: La salida depende de la entrada actual y de las entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la informacin de la ' historia pasada' del sistema.

Los sistemas de comunicaciones analgicas fueron los primeros en desarrollarse; sin embargo, en los ltimos aos los sistemas de comunicaciones digitales se han hecho ms comunes.

1.4.5 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN DIGITAL

Figura 1.5 Elementos de un sistema digital

1.5. PROBLEMEAS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES

1.5.1 RUIDO Una de las consideraciones ms importantes en cualquier sistema de comunicaciones es el ruido. El ruido (en las comunicaciones electrnicas) es la energa aleatoria que interfiere con la seal de informacin. Se puede or cmo es tal efecto girando el selector de cualquier receptor de AM o de FM, y sintonizando en cualquier posicin entre dos estaciones. El siseo o esttica que se escucha en el parlante, es el ruido. Tal alteracin tambin aparece en una imagen de televisin como nieve blanca o coloreada, conocida como "confeti". Si el



nivel de ruido es demasiado alto o la seal es muy dbil, el ruido puede predominar y hacer que la recepcin no sea confiable. El ruido puede ser tan fuerte como para borrar por completo la seal. El ruido que ocurre en las transmisiones de datos digitales se conoce como errores de bits. Por ello, la informacin que est siendo transmitida se pierde o es incorrecta. El ruido constituye un problema en los sistemas de comunicaciones simplemente por lo reducida que es la amplitud de las seales recibidas. Cuando la transmisin se hace a distancias cortas, o cuando se usan transmisores de potencia muy alta, la intensidad de la seal es adecuada y el ruido no es problema. Pero en la mayora de los sistemas de comunicaciones, las seales dbiles son normales, por lo que el ruido se convierte en un factor importante en el diseo del equipo de comunicaciones. El ruido es ms problemtico en el receptor, ya que ste tiene la funcin de amplificar la seal dbil y de recuperar la informacin de manera confiable. En cualquier anlisis de sistemas de comunicacin y del funcionamiento de un receptor, se emplea el concepto de relacin seal a ruido (S/N, signal-to-noise), que es un nmero (cociente) que indica las intensidades relativas de la seal y del ruido. Cuanto ms intensa sea la seal y ms dbil sea el ruido, tanto ms alta ser la relacin S/N. Si la seal es dbil y el ruido es intenso, la relacin SIN ser baja y la recepcin ser menos confiable. El diseo de equipo de comunicaciones tiene como objetivo producir la relacin S/N ms alta posible.

1.5.2 FUENTES DE RUIDO El ruido proviene de dos fuentes bsicas. Primera, existe el ruido que se genera en el exterior del receptor. Despus est el ruido interno que se produce dentro del propio receptor. El ruido externo suele provenir de fuentes industriales, atmosfricas y extraterrestres o espaciales. El ruido industrial lo produce equipo manufacturado, como el sistema de ignicin de un automvil y los motores y los generadores elctricos. Todo equipo elctrico que hace que altos voltajes o corrientes sufran cambios abruptos, produce "transitorios" que crean ruido. Las lmparas fluorescentes y otras formas de lmparas elctricas de gas son otra fuente comn de ruido. Independientemente de su origen, el ruido se manifiesta como un voltaje aleatorio de CA (corriente alterna). De hecho, puede observarse en un osciloscopio. La amplitud vara en un amplio margen al igual que la frecuencia. El ruido industrial lo producen principalmente los transitorios de voltaje que son, en general, seales que contienen una enorme cantidad de energa de armnica. Podra decirse que el ruido en general tiene todas las frecuencias, las cuales varan en forma aleatoria. Otra fuente de ruido son las perturbaciones elctricas que ocurren de manera natural en la atmsfera de la Tierra. Es comn referirse al ruido atmosfrico como "esttica". La esttica suele originarse a partir de los rayos, que son las descargas elctricas que ocurren entre las nubes, o entre la superficie terrestre y las nubes. Se forman enormes cargas electrostticas, y cuando la diferencia de potencial es lo bastante grande, se crea un arco o descarga en el que la electricidad fluye a travs del aire. Los rayos son muy parecidos a las cargas estticas que aparecen en temporadas secas durante el invierno, slo que los voltajes que intervienen son enormes. Esto da como resultado una seal elctrica transitoria que genera armnicas que pueden recorrer muy grandes distancias.



Al igual que el ruido industrial, el ruido atmosfrico se manifiesta principalmente como variaciones de amplitud que se incorporan a una seal e interfieren con ella. El ruido atmosfrico tiene su impacto ms notorio en seales a frecuencias menores de 30 MHz. El ruido extraterrestre proviene de fuentes localizadas en el espacio exterior. Por ejemplo, una de las principales fuentes de ruido es el Sol. Este astro irradia un amplio intervalo de seales en un extenso espectro de ruido. La intensidad del ruido producido por el Sol vara en el tiempo. De hecho, el Sol tiene un ciclo peridico de ruido de 11 aos. Durante el pico del ciclo, el astro solar genera una impresionante cantidad de ruido que produce severa interferencia con las seales de radio, haciendo que muchas frecuencias sean inutilizables para las comunicaciones. Durante otros aos, el ruido se encuentra en un nivel mnimo. Las estrellas son otra fuente de ruido. El ruido estelar suele conocerse como ruido csmico, y su nivel no es tan alto debido a las grandes distancias entre las estrellas y la Tierra. No obstante, es una fuente importante de perturbacin que debe considerarse. Se presenta principalmente en el intervalo de 10 MHz a 1.5 GHz, pero causa las mayores perturbaciones en el intervalo de 15 MHz a 150 MHz. El ruido externo es un hecho de la vida y debe tratarse con l. Sencillamente, los ruidos atmosfrico y espacial no pueden eliminarse. El ruido industrial, debido a que proviene de productos manufacturados, en ocasiones puede eliminarse desde su origen, si se tiene control sobre la fuente. En general, debido al gran nmero de fuentes de ruido industrial, no hay forma de controlarlo. Entonces, la clave para comunicaciones confiables es generar la seal con una potencia lo bastante alta para vencer tal perturbacin. Como si no fuera suficiente el ruido externo, los diseadores de sistemas de comunicaciones electrnicas tambin deben enfrentar el ruido interno, es decir, el que se genera dentro de un receptor de comunicaciones. Componentes electrnicos como resistencias, diodos y transistores son fuentes importantes de ruido. Aun cuando se trata de un efecto de bajo nivel, muchas veces es lo bastante intenso para interferir con seales dbiles. Sin embargo, puesto que se conocen bien las fuentes del ruido interno, el diseador tiene cierto control sobre el mismo. La mayor parte del ruido interno lo causa un fenmeno denominado agitacin trmica, el cual se refiere al movimiento aleatorio de los tomos y electrones de un componente electrnico producido por el calor. El incremento de temperatura acenta este movimiento. Puesto que los componentes son conductores, el movimiento de los electrones constituye un flujo de corriente que produce un pequeo voltaje en los mismos. El nivel de ruido es directamente proporcional al ancho de banda de cualquier circuito al que se aplique. Aun cuando la filtracin reduce dicho nivel, no lo elimina por completo.

1.5.3 RELACIN SEAL - RUIDO El ruido suele expresarse como una potencia debido a que la seal recibida tambin se expresa en trminos de potencia. Si se conocen las potencias de la seal y del ruido, puede calcularse la razn S/N. En vez de expresarla como un simple nmero, en general se ver indicada en trminos de la unidad decibel. Se usan diversos mtodos para expresar la calidad de ruido de un receptor. Uno de ellos se conoce como cantidad de ruido, que es el cociente de la potencia S/N en la



entrada y la potencia S/N en la salida. El dispositivo en consideracin puede ser el receptor completo o una etapa de amplificacin particular. Dicha cantidad, F, tambin llamada factor de ruido, puede calcularse con la expresin

La cantidad de ruido puede expresarse como un simple nmero, pero la mayora de las veces se indica en decibeles (dB).

1.5.4 SELECTIVIDAD La selectividad es la medida de la habilidad de un receptor, para aceptar una banda de frecuencias determinada y rechazar las otras. Por ejemplo, en la banda comercial de radiodifusin de AM, a cada transmisor de la estacin se le asigna un ancho de banda de 10 kHz (la portadora 5 kHz) Por lo tanto, para que un receptor seleccione solamente aquellas frecuencias asociadas a un solo canal, la entrada al demodulador tiene que estar limitada en banda deseada con filtros pasa-banda de 10 kHz. Si el pasa-banda del receptor es mayor que 10 kHz, se puede recibir ms de un canal y remodular simultneamente. Si el pasa-bandas del receptor es menor que 10 kHz, una porcin de la informacin de la fuente, para ese canal, se rechaza o se bloquea desde la entrada al demodulador y, por consecuencia, se pierde. La selectividad se define como la medida de la extensin que un receptor es capaz de diferenciar entre las seales de informacin deseada y las perturbaciones o seales de informacin en otras frecuencias. Puede expresarse cuantitativamente como el ancho de banda y la relacin del ancho de banda del receptor en algn factor de atenuacin predeterminado (comnmente -60 dB) al ancho de banda en los puntos de -3 dB (media potencia) Esta relacin frecuentemente se llama el factor de figura (SF) y se determina por el nmero de polos y los factores Q de los filtros de entrada del receptor. El factor de figura define la forma de la ganancia contra el trazo de frecuencia para un filtro y se expresa matemticamente como

A veces la selectividad se indica sencillamente como la relacin del ancho de banda real, para un sistema en particular al ancho de banda mnimo necesario para propagar las seales de informacin a travs del sistema. Matemticamente, esto se indica como

1.5.5 SENSIBILIDAD La sensitividad o sensibilidad de un receptor es el nivel mnimo de seal de RF que puede detectarse en la entrada del receptor y todava producir una seal de informacin demodulada utilizable. Es algo arbitrario, lo que constituye una seal de informacin utilizable. Generalmente, la relacin de seal a ruido y la potencia



de la seal en la salida de la seccin de audio se utilizan para determinar la calidad de una seal recibida y si se puede utilizar o no. Para receptores de la banda de radiodifusin en AM comerciales, una relacin de seal a ruido de 10 dB o mayor con 1/2 W de potencia (27 dBm) a la salida de la seccin de audio se considera que se puede utilizar. Sin embargo, para receptores de microondas de banda ancha, una relacin de seal a ruido de 40 dB o mayor con aproximadamente 5mW de potencia (7 dBm) de la seal es el valor mnimo aceptable. La sensitividad de un receptor generalmente se indica en microvoltios de seal recibida. Por ejemplo, una sensitividad tpica para un receptor comercial de radiodifusin en banda AM es de 50 mV, y un receptor de radio mvil de dos vas generalmente tiene una sensitividad que est entre 0.1 y 10 mV. La sensitividad del receptor se llama umbral del receptor.

1.5.6 RANGO DINMICO El rango dinmico de un receptor se define, como la diferencia en decibeles entre el nivel mnimo de entrada necesario para discernir una seal y el nivel de entrada que sobrecarga el receptor y produce una distorsin.

1.5.7 FIDELIDAD La fidelidad es la medida de la habilidad de un sistema de comunicacin para producir, en la salida del receptor, una rplica exacta de la informacin de la fuente original. Cualquier variacin en la frecuencia, fase o amplitud que est presente en la forma de onda demodulada invertida y que no estaba en la seal original de informacin se considera como distorsin. Esencialmente, hay tres formas de distorsin que pueden deteriorar la fidelidad de un sistema de comunicacin: amplitud, frecuencia y fase. La distorsin de fase particularmente no es importante para la transmisin de voz, porque el odo humano es relativamente insensible a las variaciones de fase. Sin embargo, la distorsin de fase puede ser devastadora para la transmisin de datos. La causa predominante de la distorsin de fase es el filtrado (tanto deseado como

La distorsin de amplitud ocurre cuando las caractersticas de amplitud contra frecuencia de la seal, en la salida de un receptor, difieren de la seal original de informacin. La distorsin de amplitud es el resultado de la ganancia no uniforme en los amplificadores y filtros.

La distorsin de frecuencia ocurre cuando estn presentes en una seal recibida las frecuencias que no estaban presentes en la informacin de la fuente original. La distorsin de frecuencia es un resultado de la distorsin de armnicas y de intermodulacin y es provocada por la amplificacin no lineal.

1.6 PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS La transferencia de energa en un medio depende de ciertas propiedades electromagnticas de ste, as como de propiedades similares del medio circundante. De esta forma, la transferencia de ondas electromagnticas depender en diversos grados de las propiedades del terreno sobre el cual tiene lugar la transmisin.



Figura 1.6 Capas Atmosfricas

1.6.1 REFLEXIN Y REFRACCIN

Al estudiar los cambios que ocurren en un frente de onda mientras este avanza a travs de un medio de una sola densidad, es posible predecir los efectos que se produciran cuando la onda encuentra un medio de densidad diferente, el cual puede reflejar, refractar o absorber energa.

El comportamiento de la onda al llegar a una superficie reflejante se puede determinar mediante una adaptacin de la construccin de Huygens. En la figura 1.7 se muestra una onda electromagntica reflejndose en algn lugar del terreno entre las antenas transmisora y receptora. Una observacin ms cercana en el punto de reflexin muestra el frente AB llegando a la superficie del terreno, a travs del cual no puede penetrar. Si no hubiera existido esta superficie la onda hubiera avanzado sin cambio en su direccin, y en cierto intervalo de tiempo hubiera alcanzado la posicin A' B, sin embargo la presencia de la superficie de la Tierra causa un cambio en la direccin del frente de onda ilustrado por la lnea gruesa AOB. La lnea OB representa el frente de onda incidente, y la lnea AO, el frente de onda reflejado. El ngulo i (incidente) y el ngulo r (reflejado) son iguales y estn en el mismo plano.

Figura 1.7 Onda reflejada en el terreno



En la figura 1.8 se ilustra una onda la cual es refractada en una masa de aire con una densidad mayor que el aire circundante. En aras de la simplicidad se muestra que toda la accin tiene lugar en la interfaz entre la masa de aire y la atmsfera envolvente; en realidad la refraccin ocurre gradualmente ya que no existe una frontera claramente definida entre las dos masas de aire. Como la masa de aire con la cual se encuentra la onda es ms densa, la onda disminuye su velocidad y en consecuencia, se flexiona.

Figura 1.8 Onda Refractada

1.6.2 DIFRACCIN La difraccin electromagntica es, la flexin de las ondas al rozar la superficie de la Tierra o cualquier otro obstculo involucrado en la trayectoria. En la figura 4 se muestra la difraccin de las ondas electromagnticas hacia la regin de sombra por detrs del pico de una montaa.

Figura 1.9 Difraccin



1.6.3 IMPEDANCIA CARACTERSTICA

Es el valor de la oposicin total al flujo de energa de campo electromagntico, que ofrece un medio de transmisin. Se mide en Ohms. La impedancia caracterstica del espacio libre est dada por:

Z0 = raz ( m 0 / e 0 ) = 377 Ohms. m 0 y e 0 = permeabilidad y constante dielctrica del vaco La impedancia caracterstica del espacio libre tambin expresa la relacin entre los campos elctrico y magntico asociados, esto es:

Z0 = E / H = 377 Ohms. Esto es, para ondas electromagnticas en una atmsfera normal sin obstrucciones, el campo elctrico en Volts / metro en cualquier punto del espacio es numricamente, 377 veces mayor que el valor del campo magntico en Amperes / metro asociado, en el mismo punto del espacio.

1.6.4 ELEMENTOS DE UNA ONDA

El desplazamiento mximo de la onda se denomina amplitud (A). La distancia entre dos puntos consecutivos de la onda que se encuentran en el mismo estado de vibracin se llama longitud de onda (). En el esquema se observa que la onda es una oscilacin que va pasando por mximos (crestas) y mnimos (valles); la longitud de onda corresponde a la separacin existente entre dos valles o dos crestas consecutivas.

Elementos principales de una onda

El tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia igual a la longitud de onda se denomina perodo (T). Si entendemos la onda como una sucesin de oscilaciones,



el perodo es el tiempo que tarda en transcurrir una oscilacin. La magnitud inversa del perodo recibe el nombre de frecuencia (f) y se mide en hercios (Hz).

f = 1 T

La frecuencia representa el nmero de ondas que se propagan en un segundo. Es una magnitud especialmente interesante, pues se utiliza habitualmente para caracterizar las ondas de radio, que se clasifican en rangos o bandas de frecuencia.

Las ondas se propagan a una velocidad v. Si consideramos que las ondas se desplazan con velocidad constante, el producto de la velocidad por el perodo es igual a la longitud de onda.

= v . T

La velocidad de las ondas electromagnticas en el vaco es de 300.000 km/s.

1.6.5 TRANSMISIN ATMOSFRICA

La onda electromagntica que llega a la antena receptora se puede propagar en la forma de cualquiera de tres ondas diferentes, o por una combinacin de ellas. Estas son:

Onda de tierra (ground wave), que se propaga justo sobre el terreno. Onda ionosfrica (sky wave), por medio de la ionosfera Onda troposfrica, propagada por reflexin desde un lugar con un cambio

abrupto en la constante dielctrica, o su gradiente en la troposfera.

Figura 1.9 Transmisin Atmosfrica

1.6.5.1 ONDA DE TIERRA

La onda de tierra incluye todas las ondas de radio excepto las de tx ionosfrica o troposfrica. Se logra casi siempre una mejor transmisin sobre el agua que sobre el terreno, y sobre suelos con alta conductividad en comparacin con aquellos de conductividad baja. Dicha onda tambin puede ser refractada a causa de



variaciones en la constante dielctrica (la cual determina el ndice de refraccin) de la troposfera, incluyendo una condicin conocida como ducto de superficie.

A frecuencias por debajo de unos 3 MHz se puede obtener propagacin de la onda de tierra hasta unas 200 millas a causa de la difraccin de la onda debajo del horizonte de radio. A frecuencias ms altas prevalece ms el efecto de la refraccin que el de la difraccin en cuanto a la propagacin de la onda de tierra ms all del horizonte de la Tierra.

Figura 1.10 Ondas de tierra

1.6.5.2 ONDA IONOSFRICA

Puede ser empleada para comunicacin a mayores distancias pues se puede reflejar en la ionosfera, retornando as a la Tierra hacia puntos remotos de la fuente transmisora. Generalmente mientras mayor es la frecuencia, menor es la reflexin en la ionosfera, y a frecuencias sobre 100 MHz solo una parte extremadamente pequea de la seal es, si acaso, reflejada. El retorno en la ionosfera para tales frecuencias no ocurre a menudo y cuando sucede es errtico en su naturaleza. Las frecuencias arriba de 100 MHz son afectadas, sin embargo, por la troposfera.

Figura 1.11 Onda Ionosfrica



1.6.5.3 ONDA TROPOSFERICA

Se extiende por encima de la superficie de la Tierra hasta unas 6 millas y contiene casi todas las condiciones y cambios atmosfricos conocidos como "clima". Las capas ionizadas de aire ocurren raramente en la parte superior de la Troposfera y no ocurren en absoluto en la parte inferior. Por esta razn, las ondas devueltas desde la troposfera son casi siempre el resultado de cambios en las caractersticas atmosfricas, ms bien que reflexin desde capas ionizadas.

Una fuente de reflexin en la troposfera es una masa de aire con constante dielctrica muy diferente de la del aire circundante. Las ondas as reflejadas se denominan ondas troposfricas y pueden interferir seriamente con la propagacin de radio.

Las ondas propagadas por la parte baja de la troposfera (ondas de tierra) no son reflejadas, sino desviadas. La curvatura es causada por el cambio gradual en el ndice de refraccin del aire en funcin de la elevacin. Este ndice depende de la temperatura, la presin atmosfrica y la presin de vapor de agua en el aire, y ordinariamente disminuye uniformemente con la elevacin. Esto resulta en una curvatura del haz de radio, usualmente hacia abajo. Dicha curvatura obedece la ley de refraccin que establece que un rayo que pasa de un medio ms ligero a uno ms denso, se refracta hacia la normal (perpendicular) a la superficie entre los dos medios.

Figura 1.12 Refraccin en una Atmsfera Estndar.

La trayectoria real por la cual se propagan las ondas de radio se denomina trayectoria de radio, y el horizonte de radio es el punto en el cual dicha trayectoria es tangente a la Tierra.

Se ha encontrado que los valores de horizontes de radio y la atenuacin en la trayectoria calculados basndose en 4/3 veces el radio verdadero de la Tierra,



concuerdan con los valores determinados por mediciones de intensidad de campo, y la mayora de las expresiones de clculo y nomogramas se basan en este radio.

1.7 MODULACIN Y DEMODULACIN

Comnmente hablamos de emisoras de AM y de FM, y se suelen confundir esto con las bandas de radiodifusin en Onda Media y VHF respectivamente.

AM y FM hacen referencia al tipo de modulacin que usan las emisoras en dichas bandas y no a la banda en s. Un investigador que explore distintas bandas en busca de diferentes tipos de emisoras (radiodifusin, utilitarias, radioaficionados, etc.) se enfrentara con distintos tipos de modulacin (AM, FM, SSB, CW, RTTY,etc.) que su receptor deber ser capaz de demodular si desea orlas.

Figura 1.13 Espectro audible Muchas seales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transmisor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicacin en cuestin, para representar el mensaje. Por lo tanto, con las comunicaciones de radio, es necesario superponer una seal de inteligencia de frecuencia relativamente baja a una seal de frecuencia relativamente alta para la transmisin.

La onda moduladora es una seal de frecuencia baja cuyas variaciones contienen la informacin que se desea transmitir.

La onda portadora es una seal de frecuencia ms alta que acta como soporte en la transmisin.

En los sistemas de comunicaciones electrnicas analgicas, la informacin de la fuente (seal de inteligencia) acta sobre o modula una seal senoidal de frecuencia nica.

La modulacin es la alteracin sistemtica de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (seal modulada) y puede ser tambin una codificacin". Por lo tanto, la informacin de la fuente de frecuencia relativamente baja se llama seal moduladora o de modulacin, la seal de frecuencia relativamente alta, sobre la cual se acta (modulada) se llama la seal portadora, y la seal resultante se llama la onda modulada o seal (en amplitud o en frecuencia).



Figura 1.13 Modulacin

En esencia, la informacin de la fuente se transporta a travs del sistema sobre la portadora.

Es interesante hacer hincapi en que muchas formas de comunicacin no elctricas tambin encierran un proceso de modulacin, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos de la boca ocurren de una manera ms bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden producir ondas acsticas que se propaguen. La transmisin de la voz se hace por medio de la generacin de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados por los msculos y rganos de la cavidad oral. Lo que el odo capta como voz, es una onda acstica modulada, muy similar a una onda elctrica modulada.



Con los sistemas de comunicaciones analgicas, la modulacin es el proceso de variar o cambiar alguna propiedad de una portadora analgica de acuerdo con la informacin original de la fuente.

Existen varios sistemas de modulacin, que podemos dividir en 2 grupos: los sistemas de transmisin de audio (voz): AM, FM, BLU, y los sistemas "sin voz": CW (Morse), RTTY (Radioteletipo) que sirven para transmisin de textos, imgenes, etc.

Recprocamente, la demodulacin es el proceso de convertir los cambios en la portadora analgica a la informacin original de la fuente. La modulacin se realiza en el transmisor, en un circuito llamado modulador, y la demodulacin se realiza en el receptor, en un circuito llamado demodulador. La seal de informacin que modula la portadora principal se llama seal de banda base o simplemente banda base.

Fiura 1.14 Demodulacin

La banda base es una seal de informacin, como un canal telefnico sencillo, y la seal de banda base compuesta es la seal para la informacin total, como varios cientos de canales telefnicos. Las seales de banda base se convierten a partir de su banda de frecuencia original a una banda ms adecuada para transmisin a travs del sistema de comunicaciones.

Las seales de banda base se convierten en frecuencia alta en el transmisor y se convierten en frecuencia baja en el receptor. La traslacin de frecuencia es el proceso de convertir una frecuencia sencilla o una banda de frecuencias a otra ubicacin en el espectro de la frecuencia total.

Un MODEM es un dispositivo de transmisin que contiene un modulador y un demodulador.

1.7.1 PORQUE SE MODULA?

Es necesario modular las seales por diferentes razones:

Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la seal original o moduladora, no ser posible reconocer la informacin inteligente contenida en dicha seal, debido a la interferencia entre las seales transmitidas por diferentes usuarios.

A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisin, de acuerdo al medio que se emplee.

Se aprovecha mejor el espectro electromagntico, ya que permite la multiplexacin por frecuencias.



En caso de transmisin inalmbrica, las antenas tienen medidas ms razonables.

1.7.2 COMO SE MODULA?

Frecuentemente se utilizan dispositivos electrnicos SEMICONDUCTORES con caractersticas no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias, capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos elctricos cuyo funcionamiento es descrito de su representacin matemtica.

s(t) = A sen (wt + @ )

donde: A es la ampitud de la portadora (volts) w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg) @ ngulo de fase de la portadora (rad)

1.7.3 TIPOS DE MODULACIN

Existen bsicamente dos tipos de modulacin: la modulacin ANALGICA, que se realiza a partir de seales analgicas de informacin, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma elctrica y la modulacin DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de seales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

Modulacin Analgica: AM, FM, PM Modulacin Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

1.7.3.1 MODULACION ANALOGICA La informacin procedente de la fuente puede ser analgica. Por ejemplo, puede tratarse de una seal de audio analgica, de una seal de vdeo, tambin analgica.

1.7.3.1.1 AM - AMPLITUD MODULADA

Es el modo ms antiguo de transmisin de voz y el standard usado entre las emisoras de radio en Onda Larga, Media y Corta.

Figura 1.15 Emisin de informacin con modulacin AM



Como su nombre lo indica este mtodo de modulacin utiliza la amplitud de onda para "transportar" el audio. Como muestra la figura, la seal generada por el transmisor (portadora) es mezclada con la seal de audio que se desea emitir haciendo variar la amplitud de las ondas de la portadora (eje vertical de la grafica) mientras la frecuencia de ciclos se mantiene constante (eje horizontal).

Figura 1.16 Amplitud modulada

Figura 1.17 a Seal Portadora

Figura 1.17 b Seal Moduladora

Figura 1.17.c Seal Modulada



1.7.3.1.2 FM - FRECUENCIA MODULADA

Es el modo utilizado por las emisoras en VHF, Canales de TV y muchos "transceptores" porttiles ("walkie-talkie", "handy", telefona inalmbrica). Modular en FM es variar la frecuencia de la portadora al "ritmo" de la informacin (audio), lo cual significa que en una seal de FM, la amplitud y la fase de la seal permanecen constante y la frecuencia cambia en funcin de los cambios de amplitud y frecuencia de la seal que se desea transmitir(audio) como muestra la siguiente figura que muestra la seal en FM equivalente para el ejemplo anterior. Notes como la frecuencia de ciclos varia (eje horizontal) mientras la amplitud de la onda es siempre la misma (eje vertical).

Figura 1.18 a Seal Moduladora (Datos)

Figura 1.18 b Seal Portadora

Figura 1.18.c Seal Modulada



1.7.3.2 MODULACION DIGITAL

El trmino comunicaciones digitales abarca un rea extensa de tcnicas de comunicaciones, incluyendo transmisin digital y radio digital. La transmisin digital es la transmisin de pulsos digitales, entre dos o ms puntos, de un sistema de comunicacin. El radio digital es la transmisin de portadoras analgicas moduladas, en forma digital, entre dos o ms puntos de un sistema de comunicacin. Los sistemas de transmisin digital requieren de un elemento fsico, entre el transmisor y el receptor, como un par de cables metlicos, un cable coaxial, o un cable de fibra ptica. En los sistemas de radio digital, el medio de transmisin es el espacio libre o la atmsfera de la Tierra.

En un sistema de transmisin digital, la informacin de la fuente original puede ser en forma digital o analgica. Si est en forma analgica, tiene que convertirse a pulsos digitales, antes de la transmisin y convertirse de nuevo a la forma analgica, en el extremo de recepcin. En un sistema de radio digital, la seal de entrada modulada y la sedal de salida demodulada, son pulsos digitales.

Los elementos que distinguen un sistema de radio digital de un sistema de radio AM, FM, o PM, es que en un sistema de radio digital, las seales de modulacin y demodulacin son pulsos digitales, en lugar de formas de ondas analgicas. E1 radio digital utiliza portadoras analgicas, al igual que los sistemas convencionales. En esencia, hay tres tcnicas de modulacin digital que se suelen utilizar en sistemas de radio digital: transmisin (modulacin) por desplazamiento de frecuencia (FSK), transmisin por desplazamiento de fase (PSK), y modulacin de amplitud en cuadratura (QAM).

1.7.3.2.1 TRANSMISIN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)

El FSK binario es una Forma de modulacin angular de amplitud constante, similar a la modulacin en frecuencia convencional, excepto que la seal modulante es un flujo de pulsos binarios que vara, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analgica que cambia de manera continua.

Figura 1.19 Transmisor FSK

1.7.3.2.2 TRANSMISIN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)

Transmitir por desplazamiento en fase (PSK) es otra forma de modulacin angular, modulacin digital de amplitud constante. El PSK es similar a la modulacin en fase convencional, excepto que con PSK la seal de entrada es una seal digital binaria y son posibles un nmero limitado de fases de salida.



1.7.3.2.3 MODULACIN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)

La modulacin de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulacin digital en donde la informacin digital est contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.

1.8 MODOS DE TRANSMISIN

Los sistemas de comunicaciones electrnicas pueden disearse para manejar la transmisin solamente en una direccin, en ambas direcciones pero slo uno a la vez, o en ambas direcciones al mismo tiempo. Estos se llaman modos de transmisin. Cuatro modos de transmisin son posibles: simplex, half-duplex, full-duplex-y full/full-duplex.

1.8.1 SIMPLEX (SX)

Con la operacin simplex, las transmisiones pueden ocurrir slo en una direccin. Los sistemas simplex son, algunas veces, llamados sistemas de un sentido, slo para recibir o slo para transmitir. Una ubicacin puede ser un transmisor o un receptor, pero no ambos. Un ejemplo de la transmisin simplex es la radiodifusin de la radio comercial o de televisin; la estacin de radio siempre transmite y el usuario siempre recibe.

Figura 1-20 Tx Simplex

1.8.2 HALF-DUPLEX (HDX)

Con una operacin half-duplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones, pero no al mismo tiempo. A los sistemas half-duplex, algunas veces se les llaman sistemas con alternativa de dos sentidos, cualquier sentido, o cambio y fuera. Una ubicacin puede ser un transmisor y un receptor, pero no los dos al mismo tiempo. Los sistemas de radio de doble sentido que utilizan los botones oprima para hablar (PTT), para operar sus transmisores, como los radios de banda civil y de banda policiaca son ejemplos de transmisin half-duplex.

Figura 1.21 Half Duplex



1.8.3 FULL-DUPLEX (FDX)

Con una operacin full-duplex, las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones al mismo tiempo. A los sistemas de full-duplex algunas veces se les llama lneas simultnea de doble sentido, dplex o de ambos sentidos. Una ubicacin puede transmitir y recibir simultneamente; sin embargo, la estacin a la que est transmitiendo tambin debe ser la estacin de la cual est recibiendo.

Un sistema telefnico estndar es un ejemplo de una transmisin full-duplex.

Figura 1.21 Tx Full Duplex

1.8.4 FULLFULL-DUPLEX (F/FDX)

Con una operacin full/full-duplex, es posible transmitir y recibir simultneamente, pero no necesariamente entre las mismas dos ubicaciones (es decir, una estacin puede transmitir a una segunda estacin y recibir de una tercera estacin al mismo tiempo) Las transmisiones full/full-duplex se utilizan casi exclusivamente con circuitos de comunicaciones de datos.

El Servicio Postal de Estados Unidos es un ejemplo de una operacin full/full-duplex.

1.9 ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

El propsito de un sistema de comunicaciones electrnico es comunicar informacin entre dos o ms ubicaciones (generalmente llamadas estaciones) Esto se logra convirtiendo la informacin de la fuente original a energa electromagntica y despus transmitiendo la energa a uno o ms destinos, en donde se convierte de nuevo a su forma original. La energa electromagntica puede propagarse en varios modos: como un voltaje o una corriente a travs de un cable metlico, como ondas de radio emitidas por el espacio libre o como ondas de luz por una fibra ptica.

La energa electromagntica est distribuida a travs de un rango de frecuencias casi infinito. El espectro de frecuencias electromagnticas total que muestra las localizaciones aproximadas de varios hertzios dentro de la banda. Puede verse que el espectro de frecuencias se extiende desde las frecuencias subsnicas (unos cuantos Hz) a los rayos csmicos. (1022 Hz) Cada banda de frecuencias tiene una caracterstica nica que la hace diferente de las otras bandas.

Cuando se trata de ondas de radio, es comn usar las unidades de la longitud de onda en vez de la frecuencia. La longitud de onda es la longitud que un ciclo de una onda electromagntica ocupa en el espacio (es decir, la distancia entre los puntos semejantes



en una onda repetitiva). La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda y directamente proporcional a la velocidad de propagacin (la velocidad de propagacin de la energa electromagntica en el espacio libre se asume que sea la velocidad de la luz. 3 X 108 m/s).

Figura 1.22 Espectro Electromagntico La relacin entre la frecuencia velocidad y longitud de onda se expresa matemticamente como:

f = c /

en donde : = longitud de onda (metros ) proporcional al Tamao de la antena c = velocidad de la luz (300,000,000 m/s) f = frecuencia (hertz)

Se observa que frecuencias bajas tienen longitudes de onda largas y frecuencias altas longitudes de onda cortas.

1.9.1 FRECUENCIAS DE TRANSMISIN

Figura 1.23 Frecuencias



El espectro total de la frecuencia electromagntica est dividido en subsectores o bandas. Cada banda tiene un nombre y lmites. En Estados Unidos, las asignaciones de frecuencias para la propagacin de radio en espacio libre, son asignadas por la Comisin Federal de Comunicaciones (FCC) dem en Argentina. Por ejemplo, la banda de radiodifusin de FM comercial se extiende de 88 a 108 MHz. Las frecuencias exactas asignadas a transmisores especficos funcionando en las diversas clases de servicios estn constantemente actualizndose y alterndose, para cubrir las necesidades de comunicaciones de la nacin. Sin embargo, la divisin general del espectro de frecuencia totalmente utilizable se decide en las Convenciones Internacionales de Telecomunicaciones, las cuales son realizadas aproximadamente cada 10 aos.

1.9.2 DIVISION DEL ESPECTRO RADIOELECTRICO

Todos sabemos que nuestras radios sintonizan distintas bandas de frecuencias que generalmente denominamos: Onda Media, Onda Corta, FM (VHF), etc. Estas bandas son divisiones del espectro radioelctrico que por convencin se han hecho para distribuir los distintos servicios de telecomunicaciones. Cada una de estas gamas de frecuencias poseen caractersticas particulares que permiten diferentes posibilidades de recepcin; por esto es de inters que conozca las caractersticas principales de cada una de ellas.

Antes de empezar con las caractersticas de cada Banda de Frecuencias; conviene aclarar que se denomina Espectro Radioelctrico a la porcin del Espectro Electromagntico ocupado por las ondas de radio, o sea las que se usan para telecomunicaciones.

El Espectro Electromagntico est compuesto por las ondas de radio, las infrarrojas, la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamas: todas estas son formas de energa similares, pero se diferencian en la FRECUENCIA y la LONGITUD de su onda (como se indica en la figura).

Figura 1.24 Longitud de Onda

Las Frecuencias se miden en Hertzios (o ciclos por segundo): en telecomunicaciones se usan los siguientes mltiplos de esta medida para las frecuencias de radio:

Mltiplo abreb. Hertz tambin denominado:

Kilo-Hertz Mega-Hertz Giga-Hertz

KHz MHz GHz

1.000Hz 1.000KHz 1.000MHz

Kilociclos (Kc/s) Megaciclos(Mc/s) Gigaciclos (Gc/s)



La longitud de onda se mide en metros (en ondas de radio se usan: metros, centmetros y milmetros); la relacin entre frecuencia y amplitud es inversa y la relacin entre ambas se expresa en la siguiente ecuacin:

300.000 = Frecuencia en KHz longitud de onda en metros

DISTRIBUCIN CONVENCIONAL DEL ESPECTRO RADIOELECTRICO SIGLA DENOMINACION LONGITUD DE ONDA

GAMA DE FRECUENC. CARACTERISTICAS USO TIPICO

VLF VERY LOW

FRECUENCIES Frecuencias Muy

Bajas

30.000 m a

10.000 m

10 KHz a

30 KHz

Propagacin por onda de tierra, atenuacin dbil. Caractersticas estables.

ENLACES DE RADIO A GRAN DISTANCIA

LF LOW

FRECUENCIES Frecuencias Bajas

10.000 m. a

1.000 m.

30 KHz a

300 KHz

Similar a la anterior, pero de caractersticas menos estables.

Enlaces de radio a gran distancia, ayuda a la navegacin area y martima.

MF MEDIUM

FRECUENCIES Frecuencias Medias

1.000 m. a

100 m.

300 KHz a

3 MHz

Similar a la precedente pero con una absorcin elevada durante el da. Prevalece propagacin ionosfrica durante la noche.

RADIODIFUSIN

HF HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Altas

100 m. a

l0 m.

3 MHz a

30 MHz

Prevalece propagacin Ionosfrica con fuertes variaciones estacionales y en las diferentes horas del da y de la noche.

COMUNICACIONES DE TODO TIPO A MEDIA Y LARGA DISTANCIA

VHF VERY HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Muy

Altas

10 m. a

1 m.

30 MHz a

300 MHz

Prevalece propagacin directa, ocasionalmente propagacin Ionosfrica o Troposfrica.

Enlaces de radio a corta distancia, TELEVISIN, FRECUENCIA MODULADA

UHF ULTRA HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Ultra

Altas

1 m. a

10 cm.

300 MHz a

3 GHz

Solamente propagacin directa, posibilidad de enlaces por reflexin o a travs de satlites artificiales.

Enlaces de radio, Ayuda a la navegacin area, Radar, TELEVISIN

SHF SUPER HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Superaltas

10 cm. a

1 cm.

3 GHz a

30 GHz

COMO LA PRECEDENTE

Radar, enlaces de radio

EHF EXTRA HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Extra-

Altas

1 cm. a

1 mm.

30 GHz a

300 GHz

COMO LA PRECEDENTE

COMO LA PRECEDENTE

EHF EXTRA HIGH

FRECUENCIES Frecuencias Extra-

Altas

1 mm. a

0,1 mm.

300 GHz a

3.000 GHz

COMO LA PRECEDENTE

COMO LA PRECEDENTE

Esta divisin del ESPECTRO DE FRECUENCIAS fue establecida por el CONSEJO CONSULTIVO INTERNACIONAL DE LAS COMUNICACIONES DE RADIO



(CCIR) en el ao 1953. Debido a que la radiodifusin naci en los Estados Unidos de Amrica las denominaciones de las divisiones se encuentran en idioma ingls y de all las abreviaturas tal cual las conocemos adoptadas en la Convencin de Radio celebrada en Atlantic City en 1947.

A su vez la UNIN INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES (UIT-ITU) dividi al planeta en tres regiones, en las cuales la distribucin de las frecuencias para los distintos usos y servicios son similares para los pases que integran una regin determinada. La REGIN 1 es Europa, Africa, El Medio Oriente, Mongolia y las Repblicas de la ex-Unin Sovitica. La REGIN 2 son los pases de las Amricas. La REGIN 3 es el resto del Mundo, principalmente Asia y Oceana.

Figura 1.26 Regiones de Frecuencias

Hecha la distribucin del Espectro Radioelctrico, veamos qu tipo de emisoras se pueden recepcionar en cada una de las divisiones:

o VLF - Frecuencias muy bajas. o LF - Bajas frecuencias (onda larga). o MF - Frecuencias medias (onda media). o HF - Altas frecuencias (onda corta). o VHF/UHF - Muy/Ultra altas frecuencias. o Sistemas de modulacin.

1.10 LA ANTENA

Una Antena convierte la energa elctrica de alta frecuencia, entregada por el transmisor, en ondas electromagnticas que pueden viajar por el espacio, llevando la informacin hacia uno o varios receptores.

Cuando Hertz realiz sus primeros experimentos sobre la transmisin inalmbrica de ondas electromagnticas, empez a utilizar las antenas. Pero las antenas, tal como las conocemos hoy, se originaron en los experimentos de Marconi y Popov, que desarrollaron las primeras tecnologas sobre este importante aspecto de las radiocomunicaciones.



Una antena es bsicamente un pedazo de material conductor que est conectado al transmisor. Este conductor es generalmente un alambre de cobre o una varilla de aluminio, material muy utilizado debido a su buena resistencia y bajo peso.

Una antena, para que cumpla su funcin correctamente, debe tener un determinado tamao, forma y estar construida con materiales especiales.

1.10.1. CMO FUNCIONA UNA ANTENA?

Las antenas se basan en el principio de la radiacin producida al circular una corriente elctrica por un conductor. Esta corriente produce un campo magntico alrededor del conductor, cuyas lneas de fuerza estn en ngulo recto con respecto al conductor y su direccin est determinada por la direccin de la corriente. Este campo magntico es variable y sigue las mismas ondulaciones de la corriente elctrica de alta frecuencia que se le entrega a la antena.

1.10.2 TIPOS DE ANTENAS PARA BANDA CIUDADANA

Los tipos bsicos de antenas para Banda Ciudadana son: las de ltigo vertical, las coaxiales, las de plano de tierra y las de haces verticales.

Las de ltigo vertical reciben ese nombre debido a su flexibilidad y movimiento, y se utilizan principalmente en las instalaciones mviles o vehiculares. La antena coaxial se usa principalmente para instalaciones fijas de base, pero se utilizan en algunos casos para operacin mvil. Su construccin es ms compleja y casi no se ha popularizado su uso.

La antena de plano de tierra es la ms popular entre los tipos bsicos en todas las instalaciones de Banda Ciudadana. Esta antena, en su forma bsica, es omnidireccional y no tiene ganancia. Sin embargo, con algunas modificaciones se le puede introducir ganancia y hacerla semidireccional. Esta es la antena ms econmica y con un rendimiento muy aceptable para comunicados locales y an internacionales. Estas antenas se utilizan especialmente en las estaciones fijas o bases. La antena de haces verticales est formada por varios elementos en forma de parrilla o arreglo de varillas paralelas. En su forma es muy similar a las antenas que se utilizan para los receptores de televisin; estas antenas reciben el nombre de "YAGI", debido a que fueron ideadas por los japoneses Yagi y Uda.



1.10.3 TIPOS DE ANTENAS PARA RADIOAFICIN

Los principales tipos de antenas que utilizan los radioaficionados en las bandas de HF son la dipolo, la vertical, la direccional (YAGI) y la cbica.

La antena dipolo es la ms sencilla que se puede construir y est derivada de la forma fundamental de antena formada por un solo conductor cuya longitud es igual a la mitad de la longitud de onda de la seal transmitida. Esta antena est formada por dos conductores cuya longitud total es igual a la longitud de media onda de la seal. Los conductores estn aislados en los extremos de cualquier superficie conductora y separado en el centro por otro aislador. De estos dos terminales centrales se conecta la lnea de transmisin que va al equipo.

Las antenas verticales se utilizan principalmente en casos de problemas de espacio o montaje y para uso en vehculos de todo tipo. Existen dos tipos bsicos de antenas verticales: la antena vertical conectada a tierra y la antena vertical con plano de tierra. La antena vertical conectada a tierra debe tener una longitud aproximada de media onda y la antena con plano de tierra se puede construir con una longitud de un cuarto de onda, pero adems posee en su parte inferior un plano de tierra formado por alambres gruesos o por tubos de aluminio delgados que se distribuyen en forma radial. Este plano de tierra metlico simula o reemplaza el efecto de la superficie de la tierra en el proceso de creacin de las ondas electromagnticas en la antena. Igualmente, estas antenas verticales pueden ser construidas multibanda a travs del uso de circuitos resonantes (bobinas y condensadores intercalados) colocados en puntos especficos de la antena.



La antena direccional para radioaficin ms difundida es la tipo "YAGI", compuestas por un elemento principal, derivado de la antena dipolo y de varios elementos adicionales llamados parsitos, que reciben la energa por induccin del elemento principal y refuerzan su transmisin en el mismo sentido.

Las antenas direccionales cudricas o cbicas estn formadas por cuadros de alambre sostenidos por elementos aislantes en forma de cruz. Cada cuadro tiene una longitud de un cuarto de onda por cada lado. En la configuracin ms comn se tienen dos cuadros; uno se utiliza como elemento principal o excitador y el otro como reflector. Este tipo de antena es muy popular debido a su fcil construccin, bajo peso y gran rendimiento para comunicados lejanos. En cuanto a ganancia, se puede comparar una cbica de dos elementos con una YAGI de tres elementos. Este tipo de antena fue desarrollada por Clarence Moore en 1942 cuando trabaj como ingeniero para la emisora HCIB en Quito, Ecuador.

Una de sus principales limitaciones es su gran tamao cuando se trata de la banda de 40 metros y an en la de 20 metros, por lo que se recomienda inicialmente utilizarla en las bandas de 15 y 10 metros en configuracin multibanda.



BIBLIOGRAFIA: http://www.eveliux.com/mx/historia-de-las-telecomunicaciones.php http://www.eveliux.com/mx/modelo-de-un-sistema-de-comunicaciones.php http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/bandas.htm http://members.fortunecity.es/unitec/probasic.htm http://www.electronicafacil.net/tutoriales/MODULACION-DIGITAL-FSK-PSK-QAM.php http://nacc.upc.es/navegacion-aerea/x360.html

1. INTRODUCCIN1.1 QUE ES LA COMUNICACIN ELECTRONICA1.2 LA HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRNICAS1.3 SEALES PRESENTES EN LAS COMUNICACIONES1.4. SISTEMAS DE COMUNICACIONES1.4.1 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES1.4.2 SISTEMA DE COMUNICACIONES ANALGICO1.4.3 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN ANALOGICA1.4.5 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN DIGITAL

1.5. PROBLEMEAS INHERENTES A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES1.5.1 RUIDO1.5.2 FUENTES DE RUIDO1.5.3 RELACIN SEAL - RUIDO1.5.4 SELECTIVIDAD1.5.5 SENSIBILIDAD1.5.6 RANGO DINMICO1.5.7 FIDELIDAD

1.6 PROPAGACION DE ONDAS ELECTROMAGNETICAS1.6.1 REFLEXIN Y REFRACCIN1.6.2 DIFRACCIN1.6.3 IMPEDANCIA CARACTERSTICA1.6.4 ELEMENTOS DE UNA ONDA

1.6.5 TRANSMISIN ATMOSFRICA1.6.5.1 ONDA DE TIERRA1.6.5.2 ONDA IONOSFRICA1.6.5.3 ONDA TROPOSFERICA

1.7 MODULACIN Y DEMODULACIN1.7.1 PORQUE SE MODULA?1.7.2 COMO SE MODULA?1.7.3 TIPOS DE MODULACIN1.7.3.1 MODULACION ANALOGICA1.7.3.1.1 AM - AMPLITUD MODULADA1.7.3.1.2 FM - FRECUENCIA MODULADA

1.7.3.2 MODULACION DIGITAL1.7.3.2.1 TRANSMISIN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)1.7.3.2.2 TRANSMISIN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)1.7.3.2.3 MODULACIN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)

1.8 MODOS DE TRANSMISIN1.8.1 SIMPLEX (SX)1.8.2 HALF-DUPLEX (HDX)1.8.3 FULL-DUPLEX (FDX)1.8.4 FULLFULL-DUPLEX (F/FDX)

1.9 ESPECTRO ELECTROMAGNTICO1.9.1 FRECUENCIAS DE TRANSMISIN1.9.2 DIVISION DEL ESPECTRO RADIOELECTRICO

1.10 LA ANTENA1.10.1. CMO FUNCIONA UNA ANTENA?1.10.2 TIPOS DE ANTENAS PARA BANDA CIUDADANA1.10.3 TIPOS DE ANTENAS PARA RADIOAFICIN

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