Introducción a los Sistemas de Telecomunicación

El objeto de este capítulo es presentar las
nociones básicas relacionadas con los sistemas
eléctricos de comunicaciones, partiendo de los conceptos
básicos e introduciendo las ideas fundamentales sobre los
componentes genéricos de todo sistema de comunicaciones:
transmisores, receptores, medios de transporte, etc. y se resumen
las principales clasificaciones de estos sistemas, de acuerdo a
sus diversas características y aplicaciones. Se introduce
también el concepto de modulación y la necesidad de
su empleo en el transporte de información, así como
los aspectos básicos relativos al uso del espectro
radioeléctrico.

Conceptos
generales

El concepto de comunicación no es
fácil de definir y con frecuencia se asume que todos
tenemos intuitivamente la idea de lo que es. Para las personas y
animales, puede definirse como el intercambio de
información entre individuos mediante un sistema
común de símbolos, bien sea mediante leguaje,
signos o gestos. La defini- ción anterior puede extenderse
también a la comunicación entre máquinas, en
cuyo caso los símbolos que representan la
información deben reunir características espe-
ciales. La ingeniería de telecomunicación
o ingeniería de comunicaciones es la rama de la
ingeniería que se ocupa de la generación,
transmisión, recepción y pro- cesado de
señales ya sea por medios eléctricos,
elctromagnéticos, electroacústicos, ópticos,
etc., y los sistemas de telecomunicación son
aquéllos que mediante el empleo de técnicas y
dispositivos adecuados realizan el transporte de
información entre una fuente y uno o más
destinatarios finales.

Información. Aunque también
intuitivamente se tiene el concepto de
información, el significado puede ser muy
diferente según el contexto en que se maneje. Así,
para una buena cantidad de gente el término se asocia
generalmente con el campo periodístico, radiofónico
o televisivo. De hecho, en numerosas instituciones se cursan
carreras designadas como Ciencias de la
Comunicación o Ciencias y Técnicas de la
Información que poco o nada tienen que ver con la
ciencia o la ingeniería de comunicaciones. No es
extraño, por tanto, que Jurgen Ruesch haya identificado 40
variedades de los enfoques interdisplinarios para el tema,
incluyendo tópicos tan variados como los aspectos
informales de la comunicación, implícitos en la
atrac- ción sexual o en el comportamiento ante el juego e
identificando al menos 50 mo- dos de comunicación
interpersonal. Entre los aspectos de importancia tratados en este
contexto cabe mencionar la importancia que se da en los medios
masivos de comunicación (radio, televisión, prensa
y actualmente Internet) al efecto de los mensajes sobre la
audiencia y al estudio de técnicas de persuasión
con el fin de influir en la disposición de los individuos
hacia la modificación de hábitos de con- sumo,
simpatía política o creencias religiosas entre
otros. Con excepción de la prensa escrita, los sistemas de
comunicaciones transportan información para estos y otros
fines. En este caso puede decirse que el ingeniero de
telecomunicación se ocupa de diseñar, instalar y
mantener el vehículo, pero no tiene influencia alguna
sobre lo que dicho vehículo transporta, es decir, el
contenido. En algunos casos, el ingeniero de
telecomunicación debe ocuparse también del
contenido, por ejemplo en algunos sistemas de comunicación
entre máquinas.

Dada la variedad de interpretaciones que se pueden dar
al término información, conviene definirlo
con algo más de precisión para los fines y
objetivos de un curso de sistemas de comunicaciones. Así,
por información se entiende aquí el
conjunto de señales, producidas por
fenómenos físicos, registrados, clasificados,
organiza- dos y relacionados, con un significado preciso para un
destinatario específico.

Con frecuencia se habla también de elementos
de información. En una comunica- ción de voz
la información fluye de manera continua entre el
transmisor y el recep- tor. Los elementos de información
son en este caso los aumentos infinitesimalmen- te
pequeños entre dos instantes, también
infinitesimalmente pequeños, de la presión del aire
producida por las cuerdas vocales del locutor o sobre el
tímpano del oyen- te. En estas condiciones la
información da lugar a una señal continua
en el tiempo, o señal analógica y los
elementos de información pueden asociarse con elementos
silábicos de la voz; sin embargo en el caso de
música esta asociación resulta más
difícil. En los sistemas digitales, por otra
parte, los elementos de información son discretos y
fáciles de identificar. Un ejemplo simple de un sistema
digital de comu- nicaciones es la telegrafía y es
interesante notar que éste fue anterior a la
telefonía en varias décadas. En telegrafía
los elementos de información son pulsos de corta y larga
duración (puntos y rayas) que, combinados de diversas
formas representan de manera discreta los caracteres
alfabéticos y numéricos, así como algunos
símbo- los ortográficos y de control en la forma
que se ilustra en la Tabla 1.1.

El conjunto de varios elementos de información
constituye un símbolo y, a su vez, el conjunto de
varios símbolos constituye un mensaje. El
alfabeto Morse, utilizado desde hace más de 150
años, no es mas que una de las muchas formas posibles de
codificar los caracteres alfabéticos mediante
elementos discretos. En términos muy simples, puede
decirse que un mensaje está compuesto por elementos de in-
formación y que ésta puede fluir de forma continua
o discreta entre el transmisor y el receptor. Asimismo, un
mensaje es algo que el receptor o el destinatario de la
información entiende y que, en general no
conocía previamente. Esta es una de las
características fundamentales de la información, es
decir, el desconocimiento pre- vio de su contenido o, expresado
en términos más técnicos, su aleatoriedad.
Un mensaje contiene más información cuanto
más impredecible sea ésta. Algo que se conoce de
antemano, en realidad contiene muy poca o ninguna
información.

Tabla 1.1. Alfabeto Morse. Los puntos
representan señales de cortaduración y las rayas,
de mayor.

Señales. Asimismo, por
señal se entiende la representación de una
magnitud física, detectable, variable en el tiempo, el
espacio o ambos, a la que se puede asignar un determinado
significado o contenido de información. Aquí, el
término señal se refiere a señales
eléctricas, aunque en su forma original sean de otra
naturaleza; por ejemplo, acústicas, mecánicas,
ópticas, etc., que, en general, pueden convertirse a
señales eléctricas mediante transductores
adecuados.

Las señales pueden caracterizarse en el
dominio del tiempo o en el de frecuencia. Ambas
caracterizaciones representan el mismo fenómeno. En los
sistemas de telecomunicación es usual la
representación en el dominio de frecuencia, ya que
ésta proporciona información sobre el ancho de
banda en que está contenida la energía de la
señal. En general, cuando aquí se habla del dominio
de frecuencia, se entiende por él la transformada de
Fourier de la función que describe a la señal en el
do- minio del tiempo. En algunas aplicaciones, principalmente de
procesado de señales se emplean otras transformaciones
como las del coseno discreto, la de Hilbert, Haddamard, etc., que
también suele hablarse de frecuencia. El
tratamiento de estas otras transformadas queda fuera del contexto
de este curso y siempre que se hable de frecuencia se
entenderá que la transformación aplicable es la de
Fourier. Debido a que la transformada de Fourier es compleja, la
representación completa de la señal en el dominio
de frecuencia debe hacerse en términos de amplitud y de
fase, si bien en la mayor parte de los casos prácticos, es
suficiente la representación del espectro de amplitud. El
aparato utilizado para esto se designa como analizador de
espectro. En la figura 1.1 se muestra una señal de
televisión de color en el dominio del tiempo, como se
vería en un osciloscopio y en el de frecuencia, como se
vería en un analizador de espectro.

Las señales generadas por una fuente de
información y convertidas a señales eléc-
tricas, por ejemplo la voz o una imagen son señales de
paso bajo y a menudo se designan también como
señales en banda base. Sin embargo las
señales en banda base en los sistemas de comunicaciones
tienen un significado más amplio, ya que pueden estar
constituidas por combinaciones de señales de paso bajo.
Tal es el caso de la telefonía multicanal en que la
señal en banda base multicanal puede estar
formada por centenares de señales de voz. La señal
en banda base de televisión contiene al menos tres
señales: vídeo monocromático o luminancia,
color y sonido. Aquí se entenderá por señal
en banda base aquella que se aplica a la entrada del modulador de
un transmisor.

Transmisión en banda base. Cuando
se tiene más de una señal en banda base, por
ejemplo señales de voz, no pueden transmitirse
simultáneamente por un mismo canal de comunicación
utilizando el mismo espectro de frecuencia, a menos que se las
separe de alguna forma, ya que no hacerlo se interferirían
mutuamente y el re- ceptor sería incapaz de discernir cada
señal individual. Esta situación se aprecia
claramente cuando varias personas hablan a la vez, en el mismo
espacio y con el mismo nivel de voz. Lo mismo ocurriría si
varias personas utilizan simultáneamente una misma
línea telefónica. De esto se infiere que si la
transmisión se realiza en banda base, se requieren tantos
canales de comunicación independientes como señales
haya.

El concepto de
canal de comunicaciones

El canal de comunicaciones puede definirse en
términos generales, como el conjun- to de recursos en
espectro, espacio, tiempo y equipos, necesarios para realizar una
comunicación. En su forma más general, se reduce a
un transmisor, un receptor y un medio de transporte de la
energía electromagnética.

Transmisor. Su función es
acondicionar las señales de información en ancho de
banda y potencia para entregarlas al medio de
transporte.

Receptor. Su función es
capturar las señales en el medio de transporte,
amplificar- las y acondicionarlas a fin de que resulten
inteligibles al usuario final, bien sea este una persona, un
animal, una máquina, etc.

Medio de transporte. Puede ser el
vacío, el aire, un cable, el agua u otro medio material.
La mayoría de las comunicaciones eléctricas emplean
como medio de transporte el aire, cables metálicos o
fibras ópticas.

La definición anterior del canal de
comunicaciones es muy amplia y en la práctica, con
frecuencia se habla de "canal" para hacer referencia sólo
a una parte de la tota- lidad del sistema, a menudo, al medio de
transporte, lo que da lugar a las siguientes definiciones, entre
otras:

Canal de Radio. En el canal de
radio, la energía electromagnética generada en el
transmisor es radiada al medio de transmisión y
transportada hasta el receptor, sin conexión física
entre éste y el transmisor. La radiodifusión
sonora, la televisión y la telefonía móvil
son los ejemplos más comunes de canales de radio. La
estructura general del canal de radio se ilustra en la figura 1.3
y comprende desde la salida del transmisor a la entrada del
receptor, incluyendo las respectivas líneas de transmi-
sión y antenas. La porción del canal de radio que
comprende sólo el medio de transporte, es decir, el
vacío, el aire u otro medio material en el que se propaga
la energía electromagnética, suele designarse como
canal de propagación en cuyo caso no se incluyen
ni las antenas ni las líneas de
transmisión.

Canal de Radiofrecuencia (RF). En la
literatura se designa también como canal de
modulación y comprende, desde la salida del modulador
en el transmisor, hasta la entrada del demodulador en el
receptor. Su linealidad depende de los circuitos y dispositivos
posteriores al modulador en el lado transmisor y anteriores al
demodu- lador en el lado receptor. No es un canal lineal ni
recíproco.

Canal Digital. En sistemas digitales,
comprende desde la entrada de la secuencia digital no modulada a
la salida del codificador en el transmisor, hasta la secuencia
regenerada a la salida del demodulador, es decir la entrada del
decodificador en el receptor. No es lineal ni
recíproco.

Modulación

En los sistemas analógicos de comunicaciones, la
única forma posible de separar señales distintas
que ocupan el mismo espectro en banda base (sonido, imagen, etc),
para su transmisión por el mismo medio de transporte, ya
sea éste una línea telefónica, un cable o el
aire, es trasladándolas en el espectro de frecuencia, de
modo que cada señal individual ocupe una "ranura"
específica en el espectro. El receptor deberá
tener, a su vez, capacidad para seleccionar cada una de esas
ranuras y recuperar las señales individuales sin
interferencia de las demás.

El proceso mediante el cual se traslada una señal
en banda base en el espectro de frecuencia es la
modulación y a la señal así
trasladada se designa como señal mo- dulada. Una
forma simple de analizar este proceso es suponer una señal
en banda base constituida por un tono senoidal de frecuencia
única,

El espectro de éstas está representado por
dos líneas a las frecuencias fm y fc, ya
que se trata de señales senoidales puras con una sola
componente espectral.

La señal anterior tiene dos componentes
espectrales, una de frecuencia fc + fm y otra
de fc + fm. Las señales originales
fc y fm han desaparecido en este proceso de
multi- plicación y el espectro resultante tiene la forma
ilustrada en la figura 1.5. La señal moduladora se ha
"desdoblado" en dos componentes alrededor de la frecuencia
correspondiente a la portadora. Estas dos componentes tienen la
información de amplitud y frecuencia de la señal en
banda base original.

De hecho, mediante el proceso de modulación, lo
que se ha hecho es variar los parámetros (amplitud y
frecuencia) de la portadora, de acuerdo a la amplitud y
frecuencia de la señal moduladora. La nueva frecuencia a
la que se ha trasladado la señal moduladora está
determinada por el valor de la frecuencia de la portadora y a la
señal modulada también se le designa como
señal en banda de paso.

Este ejemplo, en el que como señal moduladora se
ha utilizado un tono senoidal puro se puede extender a toda una
banda de frecuencias, por ejemplo de la voz. También es
conveniente hacer notar que este tipo de modulación, que
se conoce como modulación de amplitud, con doble banda
lateral y portadora suprimida, no es el único
posible. En la modulación de amplitud se tienen diversas
variantes y, por otra parte, también es posible la
modulación de frecuencia y la de fase, que se
tratarán con mayor amplitud en el capítulo 6. Estos
tipos de modulación son bási- camente
analógicos. En el dominio digital se tienen varios tipos
de modulación que, aunque se designan de diferente forma,
son substancialmente similares a los anteriores.

Conviene ahora analizar, aunque sea someramente, la
función que debe realizar el receptor para recuperar la
señal original. El proceso inverso de la modulación
es la demodulación o detección y
para el caso del ejemplo, una forma de conseguirlo es
multiplicando la señal modulada por una señal
senoidal, generada localmente en el receptor, de la misma
frecuencia y fase que la portadora. Este tipo de demodula-
ción se designa como demodulación
síncrona o coherente.

La señal anterior contiene dos términos;
el primero corresponde a la señal original en banda base y
el segundo corresponde a la señal modulada, ahora
alrededor de una portadora del doble de frecuencia de la original
(2fc). Si a la salida del multipli- cador se coloca un filtro de
paso bajo, esta componente quedará eliminada y se
obtendrá a la salida, la señal original
deseada.

Basándonos en el mismo ejemplo anterior, es
evidente que si se tienen varias señales de
información en la misma banda base, éstas pueden
trasladarse a diferentes posiciones en el espectro, si con ellas
se modula a portadoras de frecuencias dife- rentes.
Supóngase que se tienen tres señales de voz, cada
una de las cuales ocupa un espectro de 300 a 3400 Hz y que se
tienen tres portadoras, una de 100 KHz, otra de 200 KHz y otra de
300 KHz. Es claro que las tres señales pueden transmitirse
por radio o por cable sin interferirse. Este proceso de combinar
varias señales para transmitirlas por un mismo medio se
designa como multiplexado o multicanaliza-
ción en frecuencia.

Ahora bien, el multiplexado no es la única
razón para la modulación. En los siste- mas
radioeléctricos de comunicaciones se utilizan antenas,
tanto para transmitir como para recibir las señales. Estas
antenas, para que funcionen de manera eficien- te, deben ser de
dimensiones del orden de media longitud de onda. Si se
pretendiera transmitir por medios radioeléctricos una
señal de voz, será necesaria una antena de varias
decenas de km, lo cual es impensable. Si esa señal de voz
modula a una por- tadora, por ejemplo de 10 MHz, se puede
transmitir con una antena de poco más de diez metros que
es ya fácilmente realizable.

En resumen, la modulación es indispensable para
los sistemas de radiocomunica- ción, a fin de poder usar
antenas de dimensiones razonables y, por otra parte, es necesaria
para combinar señales de igual banda base, que deban
transmitirse por el mismo medio.

Conversión. De forma
similar al traslado en frecuencia de una señal en banda
base, es igualmente posible trasladar señales moduladas a
porciones diferentes del espectro. Este proceso recibe el nombre
de conversión y puede ser ascendente
cuando la señal trasladada es de frecuencia superior a la
de la original, o descendente cuando es de frecuencia
inferior.

Ancho de banda. El ancho de
banda de una señal es la porción del espectro en
que está contenida su energía. En algunos casos no
es necesario transmitir todo el es- pectro de las señales;
por ejemplo, la voz humana tiene componentes que pueden alcanzar
hasta unos 10 KHz, sin embargo la energía contenida a
estas frecuencias es muy pequeña y, en la práctica,
es suficiente transmitir solamente hasta unos 3.5 o 4 KHz. Algo
similar ocurre en bajas frecuencias y solamente se transmiten las
frecuencias superiores a unos a unos 300 Hz. Las señales
de vídeo tienen compo- nentes frecuenciales significativas
hasta alrededor de 5 MHz. Las señales telegráfi-
cas, por el contrario, tienen anchos de banda muy reducidos, del
orden 100 Hz o menos. Estos anchos de banda son en paso bajo o
banda base. El ancho de banda de las señales moduladas o
ancho de banda del canal, depende tanto del ancho de
banda base, como del tipo de modulación empleado y en
general es superior al ancho de banda base. Por ejemplo, en
radiodifusión sonora en ondas medias, el ancho de banda
del canal es de 10 KHz, en televisión terrestre, es de 6 a
8 MHz, dependiendo del estándard utilizado, en
televisión por satélite, en que la señal va
modulada en frecuencia (FM), el ancho de banda del canal puede
ser de 24 a 36 MHz. y en radiodifusión sonora en FM, es de
250 KHz.

Arquitectura
genérica de los sistemas de
comunicaciones

Claude Shannon y Warren Weaver en la década de
los 1940s concibieron un mode- lo lineal de comunicación
suficientemente general que, en su forma original conte-
nía cinco elementos: fuente de información,
transmisor, canal de transmisión, receptor y destinatario
final, todos dispuestos linealmente. Este modelo básico
constituye el punto de partida para el estudio de los sistemas de
comunicación y alrededor de él se desarrolla la
mayor parte del material de este curso.

Con el transcurso del tiempo y la evolución de
los sistemas de comunicación, particularmente en los
sistemas digitales, el modelo anterior ha sufrido algunas
modificaciones, con el fin de especificar mejor algunos elementos
constitutivos de cada uno de los bloques anteriores y
proporcionar un rango mayor de aplicaciones. Este modelo es
también suficientemente general y el papel de cada uno de
los bloques se describe mediante el ejemplo siguiente.

Considérese un sistema telefónico muy
simple, formado por dos aparatos telefóni- cos, de
aquellos antiguos, conectados entre sí por una
línea de dos alambres de cobre y con una batería
para suministrar la energía necesaria al circuito. En uno
de los extremos de la línea una persona utiliza el
teléfono para hablar con la que está al otro
extremo. La persona que habla es, en este caso, la fuente de
información. Las ideas generadas en su cerebro se
transmiten como señales electroquímicas a las
cuerdas vocales en la garganta del locutor, y constituyen el
transductor que con- vierte la energía
electroquímica en movimiento vibratorio de las cuerdas
vocales. Esta vibración de las cuerdas se traslada a las
moléculas del aire de la cavidad bu- cal y del exterior de
la boca dando lugar a una onda acústica. . Las cuerdas
vocales y la boca juegan aquí el papel del codificador en
la figura 1.2.

Fig. 1.9. Circuito básico de
un micrófono de carbón

En la figura 1.9 se ilustra el proceso de conver-
sión de una onda sonora como la producida por la voz, en
una señal eléctrica mediante un micrófono
simple, utilizado extensamente en telefonía hasta bien
avanzado el siglo XX. El micrófono consiste de una
cápsula metálica que contiene gránulos de
carbón y está cerrada en un extremo por una placa
que está unida rígidamente a un diafragma
metá- lico sobre el que inciden las ondas acústicas
y que se mueve de acuerdo a las compresiones y rarifi- caciones
de éstas, aumentando o reduciendo la presión entre
los gránulos de carbón. Cuando los gránulos
están poco presionados el contacto entre ellos es
débil y la resistencia total que ofrecen es relativamente
alta. Al ser comprimidos, la superficie de contacto aumenta y la
resistencia total disminuye, de modo que el conjunto de dichos
gránulos puede con- siderarse como una resistencia cuyo
valor varía según la presión de la onda
sonora incidente. La placa del diafragma y la cápsula
metálica, aisladas entre sí, se conec- tan a la
carga mediante una batería en serie. La carga puede ser un
auricular telefónico o, como en el caso de la figura, un
transformador para producir una señal de salida de mayor
nivel hacia la línea que conecta con el
receptor.

Uno de los receptores más simples es el
audífono o auricular telefónico, mostrado en la
figura 1.10 y del que hay diversas variantes que no trataremos
aquí. El auricu- lar de la figura está constituido
por una cápsula que contiene un imán permanente
hueco y en cuyo interior se encuentra una bobina conectada
mediante el circuito correspondiente al transmisor, en este caso
el micrófono.

La persona que habla mantiene el auricular en contacto
con su oído y el micrófono en la cercanía de
su boca, de modo que la onda acústica, es decir, la onda
mecánica producida por las cuerdas vocales, incide sobre
el micrófono. La resistencia variable que representa el
micrófono queda en serie con la línea de
transmisión y la batería de alimentación,
con lo que en la línea se tendrá una corriente
variable cuya magnitud será proporcional a la intensidad
sonora y cuya frecuencia será también variable
según la frecuencia del sonido incidente sobre el
micrófono. El micrófono juega aquí el papel
del transmisor. La señal eléctrica viaja por la
línea de transmi- sión, que es aquí el medio
de transporte, hasta el auricular o audífono. Aquí,
esa señal se aplica a la bobina del auricular. La
vibración de la placa del auricular se transmite al aire
en forma de una onda acústica y viaja hasta el
tímpano del oído de la persona que escucha. El
tímpano, que también es una membrana que vibra me-
cánicamente transporta esas vibraciones al delicado
mecanismo del oído interno, que finalmente las convierte
de nuevo en señales electroquímicas que viajan al
cerebro y son interpretadas por el oyente. El oído
desempeña aquí el papel del de- codificador y el
cerebro el de destino de la información.

Ahora bien, entre el transmisor y el receptor,
conectados mediante una línea de dos alambres conductores,
pueden producirse efectos que den lugar a que la persona que
escucha no reciba fielmente la información original. Uno
de tales efectos es la atenuación en la línea, que
no es igual en toda la banda de frecuencias de voz. En este caso
percibirá la voz distorsionada. Otro efecto es el ruido
que se genera en todos los elementos del sistema como
consecuencia de la agitación térmica de los
electrones en los conductores y en el propio micrófono. En
estas condiciones la voz se oirá con ruido de fondo que
puede ser semejante a un "siseo" o similar al efecto de cascar
nueces. Otro efecto puede ser un zumbido producido por
líneas de ali- mentación de corriente alterna a 50
o 60 Hz, cercanas a la línea telefónica, o bien la
percepción de otras conversaciones que transcurren en
líneas telefónicas contiguas, debido a que los
campos electromagnéticos alrededor de una de las
líneas se indu- cen sobre la otra. Todos estos efectos
reducen la calidad de la señal recibida y, en ocasiones,
pueden hacer ininteligible el mensaje.

Este ejemplo ilustra algunos de los conceptos inherentes
todo sistema de comuni- caciones. Primero, la fuente de
información puede generar señales de naturaleza muy
distinta a la eléctrica. La conversión de la
señal original en una señal eléctrica
requiere de procesos que pueden ser sumamente complejos. En este
ejemplo se ha usado al ser humano como la fuente y destinatario
de la información y, aunque esto es cierto en la mayor
parte de los sistemas de comunicaciones, se dan muchos ca- sos en
que la información no se transmite entre personas, sino
entre dispositivos mecánicos, eléctricos,
químicos, etc. En cualquier caso, es claro que los
conceptos de información y mensaje
pueden aplicarse de forma similar.

Señales
indeseables

En el ejemplo del sistema telefónico en la
sección 1.3, se indicó que en los sistemas de
comunicaciones pueden producirse efectos que deterioren la
comunicación, en otras palabras, que den lugar a que la
señal recibida no sea tan "limpia" como la transmitida.
Entre estos efectos se cuentan el ruido, la
distorsión y las interferen-
cias

Ruido. En cualquier sistema de
comunicaciones, se producen fluctuaciones de corriente ajenas a
las señales que maneja el sistema. Estas fluctuaciones son
de tipo aleatorio y pueden tener diversos orígenes; al
agregarse a la señal, deterioran la calidad de la
comunicación. Esta situación algunas veces puede
evitarse o reducirse y en otras es inevitable, de modo que al
diseñar un sistema de comunicaciones es imprescindible
tener en cuenta los efectos del ruido de modo que resulten
mínimos. Un tipo de ruido que está presente siempre
en todos los circuitos eléctricos es el ruido
térmico, debido a la agitación
electrónica en los conductores y semiconductores como
consecuencia de la temperatura; se trata, por tanto de un ruido
de origen natural. Otras fuentes naturales de ruido son, por
ejemplo, el propio universo que nos rodea, el sol, algunas
estrellas, etc. Este ruido se designa como ruido
cósmico y es importante en los sistemas
radioeléctricos de comunicaciones, ya que es captado por
las antenas receptoras juntamente con la señal. La
atmósfera también es fuente de ruido
eléctrico, en especial los rayos. Este tipo de ruido se
denomina ruido at- mosférico.

Otras fuentes de ruido son de origen humano. Entre ellas
se encuentran los motores eléctricos en que se producen
pequeñas chispas entre las escobillas y el colector, las
chispas actúan como pequeñas antenas transmisoras y
la energía emitida es captada también por las
antenas de los receptores. Lo mismo ocurre con los moto- res de
combustión interna a gasolina, en que las bujías
también producen chispas. En zonas industriales y urbanas
los niveles de ruido de origen humano pueden ser muy
elevados.

En general, no es posible eliminar el ruido
térmico, si bien algunas técnicas de procesado
digital de señales permite, en algunos casos, reducirlo
considerablemente. Los ruidos de origen humano también son
difíciles de eliminar, aunque algunas medidas pueden
reducir su efecto, por ejemplo blindando o apantallando los
circui- tos y utilizando algunos tipos de antenas altamente
direccionales. El filtrado no suele surtir efecto más que
en algunos casos, ya que el ruido, y en particular el
térmico, tiene componentes espectrales a todos las
frecuencias, de modo que si se utilizan filtros para dejar pasar
solamente la banda de una señal, inevitablemente en esa
banda también habrá ruido y lo único que se
eliminará será el ruido fuera de la banda de
interés.

Distorsión. Por distorsión
se entiende la alteración, no deseada, de la forma de onda
de una señal. Esto ocurre en cualquier circuito cuya
respuesta en frecuencia no sea plana, es decir, que no deje pasar
por igual todos los componentes espectra- les de una
señal. Supóngase, por ejemplo, un amplificador de
sonido en que las frecuencias superiores a, digamos, 5 KHz, se
amplifican a la mitad del valor que las frecuencias inferiores a
ese valor. El amplificador puede resultar adecuado para la voz
humana en que es suficiente un ancho de banda del orden de 4 KHz,
pero no será satisfactorio para amplificar música
en que el ancho de banda requerido es del orden de 12 a 15 KHz.
En este caso, el sonido de algunos instrumentos perderá su
tonalidad, como consecuencia de la amplificación desigual
de los componentes frecuenciales del sonido de esos instrumentos.
Esa amplificación desigual de los componentes
frecuenciales de una señal da como lugar una
alteración de sus carac- terísticas espectrales
originales y por tanto, a distorsión. En un circuito, la
distor- sión puede ser el resultado del funcionamiento de
algunos dispositivos del circuito en regiones no lineales de sus
características, que da lugar a una forma de
distorsión de interés particular en los sistemas de
comunicaciones, designada como dis- torsión por
intermodulación.

Interferencia. Por
interferencia se entiende la presencia de señales
indeseables en un sistema de comunicaciones determinado,
originadas por otros sistemas de co- municaciones. En sistemas
radioeléctricos, esto ocurre cuando en una misma zona se
reciben simultáneamente señales de dos o más
sistemas que funcionan en la misma banda de frecuencia, o cuando
uno de los sistemas produce señales indeseadas fuera de su
banda de trabajo y cuyas frecuencias caen dentro de la banda de
otro sistema. En los sistemas de cable las interferencias son
causadas por las induc- ción del campo
electromagnético producido por la señal en un cable
y que abarcan el espacio ocupado por otro cable. En
telefonía ocurren formas de interferencia de este tipo que
reciben el nombre de diafonía o de
modulación cruzada.

Transmisión sin
distorsión

En general, todos los circuitos alteran la señal
en la banda de paso. Lo importante es que el circuito, o en
general el sistema, cumpla la condición de
transmisión sin distorsión. Para ello, la
señal a la salida debe ser una réplica exacta de la
señal de entrada, es decir, debe tener la misma
forma, aunque no necesariamente la misma amplitud; puede
estar amplificada o atenuada y retrasada en el tiempo respecto a
la señal de entrada. En otras palabras, la
configuración espectral de la señal de entrada no
debe alterarse.

Las condiciones anteriores deben cumplirse en la banda
de paso, aunque no necesa- riamente fuera de ella. Cuando en un
sistema no se cumple la condición de trans- misión
sin distorsión, es necesario predistorsionar la
señal a su entrada para com- pensar las alteraciones que
sufra. Este proceso de predistorsión recibe también
el nombre de ecualización y puede realizarse en
amplitud, fase, o ambos. Es impor- tante tener en cuenta que
aunque las distorsiones pueden corregirse con esta técni-
ca, en general no puede eliminarse el ruido.

Clasificación de los Sistemas de
Telecomunicación

Los sistemas de telecomunicación pueden
clasificarse según criterios diversos, dependiendo de
características o aplicaciones específicas.
Sería muy difícil intentar una clasificación
exhaustiva, por lo que utilizaremos sólo algunos de los
criterios más usuales con base en lo tratado en las
secciones anteriores.

Desde el punto de vista del tipo de señales que
manejan, pueden clasificarse en analógicos y
digitales. En el primer caso la fuente en la figura 2,
entrega una señal analógica, que puede
caracterizarse mediante una función continua variable en
el tiempo. El codificador, en este caso, puede considerarse como
el modulador del transmisor, o algún otro
dispositivo que procese la señal en el dominio
analógico. En el extremo receptor, el demodulador realiza
la función inversa, en este caso, la demodulación.
En los sistemas digitales la fuente entrega por lo general una
señal digital, aún cuando la entrada al sistema sea
analógica. El codificador, en este caso puede realizar una
variedad de funciones entre las que se incluyen la
codificación de fuente, la codificación de canal y
la modulación. El decodificador en el extremo receptor
realiza la función inversa para recuperar la señal
original.

a) Según el medio físico de transporte de
señales, los sistemas pueden clasificarse principalmente
como de cable, fibra óptica o
radioeléctricos.

b) Según el tipo de usuarios, en sistemas
punto a punto o punto a multi- punto. Entre los
primeros se cuentan, por ejemplo, la telefonía y entre los
segundos, los de radiodifusión sonora.

c) Según el tipo de comunicación, en
unidireccionales o bidireccionales.

d) Según la banda de frecuencias, en sistemas
de banda estrecha o banda ancha.

Es claro que se pueden establecer muchas otras
definiciones igualmente válidas; sin embargo, las
anteriores resumen las principales características de
interés para este curso.

Sistemas analógicos y
digitales. En los sistemas analógicos,
las señales transportadas son continuamente variables en
el tiempo y constituyen una representación
eléctrica de las magnitudes físicas originales,
tales como voz, imagen, presión, temperatura, etc. En los
sistemas digitales las señales transportadas son discretas
y su forma eléctrica no guarda relación con la
magnitud física original más que a través de
una codificación matemática de dichas
señales discretas. Si bien hay numerosos aspectos comunes
en el tratamiento de ambos tipos de sistemas, las dife- rencias
son de importancia y su estudio requiere atención
separada.

Sistemas de cable o fibra
óptica. Utilizan como medio
físico de transporte de las señales alguno de los
siguientes:

Línea abierta: formada
por uno o más hilos conductores. Si son dos hilos se
designa como línea de pares, si está
formada por cuatro hilos, se conoce como de cua- dretes.
Se utiliza principalmente en telefonía, telegrafía
y transmisión de datos a baja velocidad.

Cable telefónico de pares
múltiples: consiste de un cable, protegido contra
la intemperie y usualmente apantallado o blindado
eléctricamente, en cuyo interior se confinan numerosos
pares de hilos. A diferencia de la línea abierta puede
instalarse en conductos subterráneos y se emplea
principalmente en telefonía y transmisión de datos
a baja velocidad. Tanto este cable como la línea abierta
pueden considerarse como medios de transporte de banda
estrecha.

Cable coaxial: formado por un
conductor rodeado por una funda metálica y aislado de
ella, que actúa como pantalla electromagnética
contra señales externas. Se utiliza en sistemas de
banda ancha, como telefonía multicanal,
televisión y transmisión de datos a elevada
velocidad.

Fibra óptica: aunque el principio
físico de funcionamiento es completamente dife- rente al
de los cables anteriores y merecería clasificación
aparte, el tipo de servicio a que se destina es semejante y puede
considerarse como un medio de transmisión por cable. Se
emplea en sistemas de banda ancha y sus prestaciones
son, en general, muy superiores a las de los cables
metálicos.

A excepción de la fibra óptica, la
transmisión por cable puede realizarse en banda
base o en radiofrecuencia.

Sistemas
Radioeléctricos

Por radio se entiende la transmisión de
señales a través del espacio, mediante on- das
electromagnéticas, sin que haya conexión
física entre transmisor y receptor. El medio de
propagación de las ondas electromagnéticas es, en
este caso, el aire o el vacío. En el trabajo con sistemas
radioeléctricos es frecuente emplear el término
radiofrecuencia (RF), y por tal, se entiende la
frecuencia a la que la radiación de energía
electromagnética es útil para propósitos de
comunicación. Así, las radiofre- cuencias abarcan
desde unos pocos KHz hasta más de 100 GHz. Sin embargo, el
contexto en que se emplea a veces el término
radiofrecuencia se presta a algunas confusiones. Por
ejemplo se puede hablar de una señal de radiofrecuencia de
70

MHz o de una señal de FI (frecuencia
intermedia) también de 70 MHz; en el pri- mer caso se
trata de una señal radioeléctrica, que se propaga
en el espacio e incide sobre una antena, o bien que es radiada
por una antena al espacio. Si se habla de FI, se trata
de una señal generada internamente en un equipo y que
no es radiada en forma de onda
electromagnética.

1.8.1 Espectro Radioeléctrico

Los sistemas de telecomunicación utilizan el
espectro radioeléctrico, que compren- de las bandas de
frecuencias útiles para los servicios de
radiocomunicación y abar- ca, desde frecuencias inferiores
a 1 KHz hasta alrededor de 300 GHz. Los sistemas de
comunicaciones ópticas funcionan a frecuencias superiores,
correspondientes al espectro visible y en el infrarrojo. Las
principales bandas del espectro radioeléctri- co suelen
definirse en términos de las longitudes de onda,
según la designación de la Unión
Internacional de Telecomunicaciones, de la forma que se indica en
la Tabla 1.2

Tabla 1.2 Nomenclatura de las Bandas
de Frecuencias

La designación anterior es sumamente general, ya
que cada una de las bandas se subdivide, a su vez, en numerosas
bandas, o subbandas asignadas a diferentes tipos de servicios. En
particular, las bandas de frecuencias de microondas son
designadas de forma especial, con diferentes letras, como se
indica en la Tabla 1.3.

Tabla 1.3 Designaciones de las Bandas
de Microondas.

A su vez, las bandas anteriores se dividen
en más subbandas, por ejemplo Se, que comprende
de 1.55 a 1.65 GHz, Kp, de 10.9 a 12.25 GHz,
etc.