INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”

ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRONICA

EXTENSIÓN MATURÍN

Alumno: Luis Anton. C.I V- 12.664.997

Electiva V

Escuela 44

Materia Virtual

Introducción

En el presente trabajo definiremos algunos conceptos básicos utilizados en el área

de telecomunicaciones, se detalla los enunciados de una manera sencilla y fácil de

entender la modulación en una señal y por qué se modula, mencionaremos los tipos de

modulación así como imágenes para su fácil interpretación de igual manera se menciona

la clasificación de ondas su longitud y velocidad de propagación aunque en esta sección

solo definimos para tener un concepto claro del mismo. Indicamos una breve explicación

del espectro electromagnético y sus como se utiliza cada banda con ejemplos de

utilización en la vida diaria, finalizando con los modos de transmisión y las limitaciones

que presentan en un diseño de un sistema de comunicaciones.

En lo siguiente la información en este trabajo están para presentadas lo más breve

posible para que el estudiante pueda entender de una manera rápida los conceptos más

utilizados en el campo de las comunicaciones.

Modulación

Engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre

una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Como a menudo no es práctico

propagar señales de información a través de cables metálicos o de fibra óptica, o a través

de la atmosfera terrestre, con frecuencia es necesario modular la información de la

fuente, con una señal analógica de mayor frecuencia, llamada portadora. En esencia, la

señal portadora transporta la información a través del sistema. La señal de información

modula a la portadora, cambiando su amplitud, su frecuencia o su fase. Modulación no es

más que el proceso de cambiar una o más propiedades de la portadora, en proporción con

la señal de información.

Por que se Modula

La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través de un

canal de comunicación a la mayor distancia y menor costo posible. Este es un proceso

mediante el cual dicha información (onda moduladora) se inserta a un soporte de

transmisión.

Existen varias razones para modular, entre ellas:

• Facilita la propagación de la señal de información por cable o por el aire.

• Ordena el radioespectro, distribuyendo canales a cada información distinta.

• Disminuye dimensiones de antenas.

• Optimiza el ancho de banda de cada canal.

• Evita interferencia entre canales.

• Protege a la información de las degradaciones por ruido.

• Define la calidad de la información trasmitida.

Tipos de Modulación

Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se

realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y

video en su forma eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de

señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

� Modulación Analógica: AM, FM, PM

� Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

MODULACIÓN POR AMPLITUD (AM):

Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas. Un modulador AM es un dispositivo con dos señales de entrada, una señal portadora de amplitud y frecuencia constante, y la señal de información o moduladora. El parámetro de la señal portadora que es modificado por la señal moduladora es la amplitud. En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.

MODULACIÓN POR FRECUENCIA (FM):

Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las

señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial. En este caso la

señal modulada mantendrá fija su amplitud y el parámetro de la señal portadora que

variará es la frecuencia, y lo hace de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal

moduladora. En otras palabras, la modulación por frecuencia (FM) es el proceso de

codificar información, la cual puede estar tanto en forma digital como analógica, en una

onda portadora mediante la variación de su frecuencia instantánea de acuerdo con la

señal de entrada.

MODULACIÓN POR FASE (PM)

Este también es un caso de modulación donde las señales de transmisión como las

señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial al igual que la

modulación de frecuencia. En este caso el parámetro de la señal portadora que variará de

acuerdo a señal moduladora es la fase. La modulación de fase (PM) no es muy utilizada

principalmente por que se requiere de equipos de recepción más complejos que en FM y

puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal

tiene una fase de 0º o 180º.

Velocidad de Propagación

La velocidad de propagación de las ondas, es la velocidad con la cual viaja una

onda. Ésta depende, de las propiedades del medio en el cual se produce la propagación.

Para determinarla, se usa la siguiente fórmula: V = λ * f

Donde:

V = Velocidad de propagación

λ = Longitud de onda (m)

f = Frecuencia (Hz)

Longitud de Onda

La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una onda)

en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el transcurrido entre

dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la onda. En el caso de las ondas

electromagnéticas esa propiedad física (que varía en el tiempo produciendo una

perturbación) puede ser, por ejemplo, su efecto eléctrico (su campo eléctrico) el cual,

según avanza la onda, aumenta hasta un máximo, disminuye hasta anularse, cambia de

signo para hacerse negativo llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta

hasta anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo). Esta variación del

efecto eléctrico en el tiempo, si la representamos en un papel, obtenemos "crestas" y

"valles" (obtenemos una curva sinusoidal) pero la onda electromagnética no "tiene"

crestas y valles.

Clasificación de las ondas

Las ondas se clasifican por su naturaleza y la forma de propagarse: 1.-Por su naturaleza:

a) Mecánicas: Son aquellas que para viajar necesitan de un medio físico (solido, líquido o gas). Se basan en la elasticidad de la materia.

Ejemplo: Una onda sísmica necesita un medio sólido (tierra) para propagarse. El sonido también se propaga, pero su medio normal es el gaseoso (aire)

b) Electromagnéticas: Son ellas que para poder viajar no necesitan de un medio físico. Son ondas creadas por campos eléctricos y magnéticos variables. Ejemplo: La luz visible, los rayos X y las microondas. 2.-Por su forma de propagarse:

a. Transversales: Son aquellas en las cuales la dirección de propagación es perpendicular a la dirección de la vibración. Ejemplo: Las ondas superficiales del agua, cuerdas de guitarra.

b. Longitudinales: Son aquellas en las cuales las partículas vibran en la misma dirección de propagación. Ejemplo: Sonido emitido por platillos de una batería. Estas perturbaciones hacen que las moléculas de aire oscilen en la misma dirección en que se propaga el sonido.

Espectro Electromagnético

Las ondas de radio reciben también el nombre de “corrientes de radiofrecuencia” (RF) y se localizan en una pequeña porción del denominado “espectro radioeléctrico” correspondiente al espectro de ondas electromagnéticas.

El espectro radioeléctrico o de ondas de radio comprende desde los 3 kHz de frecuencia, con una longitud de onda de 100 000 m (100 km), hasta los 30 GHz de frecuencia, con una longitud de onda de 0,001 m< (1 mm).

Porción de 3 kHz a 300 GHz de frecuencia del espectro electromagnético,

correspondiente al espectro. Radioeléctrico u ondas de radio. Aquí se puede apreciar la

división de las frecuencias en las bandas de radio en las que se divide esta parte del

espectro.

La porción que abarca el espectro de las ondas electromagnéticas de radio, tal

como se puede ver en la ilustración, comprende las siguientes bandas de frecuencias y

longitudes de onda:

DIVISIÓN DEL ESPECTRO RADIOELÉCTRICO EN BANDAS DE RADIO CON SUS RESPECTIVAS

FRECUENCIAS Y LONGITUDES DE ONDA

Mientras más alta sea la frecuencia de la corriente que proporcione un oscilador,

más lejos viajará por el espacio la onda de radio que parte de la antena transmisora,

aunque su alcance máximo también depende de la potencia de salida en watt que tenga el

transmisor.

Muchas estaciones locales de radio comercial de todo el mundo aún utilizan ondas

portadoras de frecuencia media, comprendidas entre 500 y 1 700 kilociclos por segundo o

kilohertz (kHz), para transmitir su programación diaria. Esta banda de frecuencias,

comprendida dentro de la banda MF (Medium. Frequencies - Frecuencias Medias), se

conoce como OM (Onda Media) o MW (Medium Wave). Sus longitudes de onda se miden

en metros, partiendo desde los 1 000 m y disminuyendo progresivamente hasta llegar a

los 100 m . Por tanto, como se podrá apreciar, la longitud de onda disminuye a medida

que aumenta la frecuencia.

Cuando el oscilador del transmisor de ondas de radio genera frecuencias más altas,

comprendidas entre 3 y 30 millones de ciclos por segundo o megahertz (MHz), nos

encontramos ante frecuencias altas de OC (onda corta) o SW (Short Wave), insertadas

dentro de la banda HF ( High Frequencies – Altas. Frecuencias), que cubren distancias

mucho mayores que las ondas largas y medias. Esas frecuencias de ondas cortas (OC) la

emplean, fundamentalmente, estaciones de radio comerciales y gubernamentales que

transmiten programas dirigidos a otros países. Cuando las ondas de radio alcanzan esas

altas frecuencias, su longitud se reduce, progresivamente, desde los 100 a los 10 metros.

Dentro del espectro electromagnético de las ondas de radiofrecuencia se incluye

también la frecuencia modulada (FM) y las ondas de televisión, que ocupan las bandas de

VHF (Very High Frequencies – Frecuencias Muy Altas) y UHF (Ultra High Frequencies –

Frecuencias Ultra Alta). Dentro de la banda de UHF funcionan también los teléfonos

móviles o celulares, los receptores GPS (Global Positioning System – Sistema de

Posicionamiento Global) y las comunicaciones espaciales. A continuación de la UHF se

encuentran las bandas SHF (Super High Frequencies – Frecuencias Superaltas) y EHF

(Extremely High. Frequencies – Frecuencias Extremadamente Altas). En la banda SHF

funcionan los satélites de comunicación, radares, enlaces por microonda y los hornos

domésticos de microondas. En la banda EHF funcionan también las señales de radares y

equipos de radionavegación.

Ancho de Banda

Para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz, de la

extensión de frecuencias en la que se concentra la mayor potencia de la señal.

Modos de Transmisión

Simplex: En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor.

Duplex o Semi-duplex: En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este tipo de comunicación se utiliza habitualmente en la interacción entre terminales y un computador central.

Full Duplex: El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos simultáneamente. Para ello ambos transmisores poseen diferentes frecuencias de transmisión o dos caminos de comunicación separados, mientras que la comunicación semi-duplex necesita normalmente uno solo. Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de comunicaciones son más eficientes que las transmisiones semi-duplex.

Limitaciones Fundamentales en la Comunicación

En el diseño de un sistema de comunicación o de cualquier sistema para esta

materia, el ingeniero se coloca frente a dos clases generales de restricciones: por un lado,

los factores tecnológicos, es decir, los factores vitales de la ingeniería y por otra parte, las

limitaciones físicas fundamentales impuestas por el propio sistema, o sean, las leyes de la

naturaleza en relación con el objetivo propuesto.

Puesto que la ingeniería es, o debe ser, el arte de lo posible, ambas clases de restricciones deben ser analizadas al diseñar el sistema. Hay más de una diferencia, pues los problemas tecnológicos son problemas de placibilidad que incluyen consideraciones tan diversas como disponibilidad del equipo, interacción con sistemas existentes, factores económicos, etc., problemas que pueden ser resueltos en Teoría, aunque no siempre de manera práctica. Pero las limitaciones físicas fundamentales son justamente eso; cuando aparecen en primer plano, no existen recursos, incluso en teoría. No obstante, los problemas tecnológicos son las limitaciones que en última instancia señalan si pueden o no ser salvadas. Las limitaciones fundamentales en la transmisión de la información por medios eléctricos son el ancho de banda y el ruido.

El ruido en un sistema de radiocomunicación puede definirse como una

perturbación eléctrica que limita la capacidad del sistema. Las diferentes fuentes de ruido

se pueden clasificar como naturales o artificiales. El ruido artificial aparece como

consecuencia de actividades

Industriales: tracción de vehículos, transporte y distribución de energía eléctrica, entre

muchos otros. El espectro del ruido artificial disminuye conforme aumenta la frecuencia,

al menos en las bandas de trabajo usuales en radiocomunicación. Un tipo de ruido

artificial que existe en todas las bandas de frecuencia es el ruido impulsivo que se genera

en fluorescentes, motores, pantallas de televisión y ordenador, y se caracteriza por su

elevada amplitud y corta duración.

Por su parte, las fuentes naturales de ruido se modelan con una densidad espectral

de potencia plana. Las fuentes naturales se clasifican en externas e internas al sistema. Las

fuentes externas se deben a la radiación producida por elementos naturales (Tierra, el sol

–considerados a efectos de ruido como cuerpos negros-) y a los efectos del medio (lluvia,

gases atmosféricos, vegetación).Las fuentes internas se encuentran en los propios

circuitos pasivos de conexión de la antena al receptor y en el propio receptor.

Descritas las fuentes de ruido en un sistema de radiocomunicación, a continuación

se procederá a caracterizarlas.

Definición de Ruido: Se define al ruido eléctrico como cualquier energía eléctrica

indeseable que queda entre la banda de paso de la señal.

Se puede clasificar al ruido en dos categorías correlacionado y no correlacionado.

La correlación implica una relación entre la señal y el ruido. Por consiguiente, el ruido

correlacionado sólo existe cuando hay una señal. Por otra parte, el ruido no

correlacionado está presente siempre, haya o no una señal. En la Figura se observa con

mejor detalles los tipos de ruido con sus clasificaciones:

La Limitación del Ancho de Banda

La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo de

transmisión, es decir, que se transmite una mayor información en el menor tiempo. Una

transmisión de información rápida se logra empleando señales que varían rápidamente

con el tiempo. Pero estamos tratando con un sistema eléctrico, el cual cuenta con energía

almacenada; y hay una ley física bien conocida que expresa que en todos los sistemas,

excepto en los que no hay perdidas, un cambio en la energía almacenada requiere una

cantidad definida de tiempo. Así, no podemos incrementar la velocidad de la señalización

en forma arbitraria, ya que en consecuencia el sistema dejará de responder a los cambios

de la señal.

Una medida conveniente de la velocidad de la señal es su ancho de banda, o sea, el

ancho del espectro de la señal. En forma similar, el régimen al cual puede un sistema

cambiar energía almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia útil, medida en

términos del ancho de banda del sistema. La transmisión de una gran cantidad de

información en una pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de banda ancha para

representarla información y sistemas de banda ancha para acomodar las señales. Por lo

tanto, dicho ancho de banda surge como una limitación fundamental.

Cuando se requiere de una transmisión en tiempo real, el diseño debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión. A lo largo de estas mismas líneas debe recalcarse que el diseño de equipo es un problema de ancho de banda absoluto o fraccionario, o sea, el ancho de banda absoluto dividido entre la frecuencia central. Si con una señal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se reduce el ancho de banda fraccional y con ello se simplifica el diseño del equipo. Esta es una razón porque en señales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 MHz se emiten sobre portadoras mucho mayores que en la transmisión de AM, donde el ancho de banda es de aproximadamente 10 Kilo Hz.

Conclusión

Saber con detalles lo que significa modulación y sus diferentes tipos en donde

Comúnmente hablamos de emisoras de AM y de FM, y se suelen confundir esto con las

bandas de radiodifusión en Onda Media y VHF respectivamente. AM y FM hacen

referencia al tipo de modulación que usan las emisoras en dichas bandas y no a la banda

en sí. Un diexista que explore distintas bandas en busca de diferentes tipos de emisoras

(radiodifusión, utilitarias, radioaficionados, etc.) se enfrentara con distintos tipos de

modulación (AM, FM, SSB, CW, RTTY,etc.) que su receptor deberá ser capaz de demodular

si desea oír la emisora.

Se concluye que detallar claramente con exactitud qué tipo de frecuencia se enlaza

cada dispositivo en el espectro electromagnético ya definido por ciertos estándares

internacionales y entender los modos de transmisión en las comunicaciones nos da una

visión más amplia de cómo observar nuestro entorno con la tecnología que se presenta en

las telecomunicaciones.