Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. TELECOMUNICACIONES CONCEPTOS PREVIOS

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1 TELECOMUNICACIONES CONCEPTOS PREVIOS 1. ELEMENTOS BÁSICOS DE CUALQUIER SISTEMA DE TRANSMISIÓN EMISOR O FUENTE MEDIO DE TRANSMISIÓN RECEPTOR 2. ONDAS Perturbaciones y ondas Llamamos perturbación a cualquier fenómeno que altera el equilibrio de un sistema. Por ejemplo: al pulsar la cuerda de una guitarra estamos produciendo una perturbación y, como consecuencia, la cuerda comienza a vibrar. Algunas perturbaciones pueden propagarse a través del espacio, de manera que van alterando todos los puntos por los que pasan. Por ej.: supongamos que arrojamos una piedra al agua de un estanque; se va a producir una serie de círculos alrededor del punto donde impactó la piedra que van avanzando hasta llegar a la orilla o a desaparecer por irse atenuando. Se llama onda a la forma que tiene de propagarse una perturbación de un lugar a otro. Las ondas transportan energía sin transportar materia. Cuando la perturbación es breve y no se vuelve a repetir, la onda generada se denomina pulso. Cuando se repite se conoce como tren de ondas. Pulso Tren de ondas Magnitudes que definen una onda Amplitud (A): valor máximo regular que alcanza una onda. Período (T ): es el tiempo (en segundos) que transcurre entre la repetición de los pulsos. Longitud de onda (λ ): es la distancia (en metros) entre dos pulsos consecutivos. Frecuencia ( f ): es el número de veces que la onda se repite en un segundo (Hz). Velocidad de propagación de la onda ( v ): es el producto de la longitud de onda por la frecuencia (m/s). Expresiones analíticas para cálculo de estas magnitudes y representación gráfica de una onda: λ = v T v=λ f Clasificación de las ondas Según la forma de la onda: 1 f = T a. Ondas analógicas: continuamente variables en el tiempo; fácilmente convertibles en digitales con un módem. Ej.: la onda eléctrica producida en un micrófono o la que excita la bobina de un altavoz, la de sonido emitida por un instrumento musical o por nuestra voz, las de radiodifusión (radiofonía y TV), etc. Fácilmente alterables (interferencias). b. Ondas digitales: de valores discretos binarios o bits (1 o 0); apenas se producen distorsiones, pero se precisa una banda de frecuencia de emisión > con las analógicas. Es el tipo usado por los equipos informáticos. 1 de 8

2 Señal analógica Señal digital Si requieren o no un medio material para propagarse: a. Ondas mecánicas: son las que necesitan un medio material para transmitirse; dependen de la capacidad atenuadora de dicho material. Ej.: sonido. b. Ondas eléctricas: son las que necesitan un material conductor eléctrico para transmitirse; dependen de la f, I, U de la corriente eléctrica y de la R del medio conductor. Ej.: telefonía fija, TV por cable, etc. c. Ondas electromagnéticas: son las que no necesitan un medio material para propagarse y pueden transmitirse en el vacío siguiendo diferentes trayectorias, a través del medio que sea, hasta el receptor; su propagación no es uniforme porque parte de su energía es absorbida por el medio que atraviesan, dependiendo de la f de la onda y de la composición y densidad de las sustancias de dicho medio (que a su vez varían con la altitud y la temperatura, humedad, viento, etc.). Ej.: ondas radiofónicas, telefonía móvil, TV, etc. Espectro electromagnético y el espacio radioeléctrico Hay muchos tipos de ondas electromagnéticas: el calor, la luz, los rayos X, los rayos gamma, la radiodifusión, el radar, las ondas de televisión, etc. El conjunto de todas ellas se denomina espectro electromagnético. El espectro electromagnético se divide en bandas, denominándose cada una en función de su longitud de onda; las bandas del espectro que se utilizan en las telecomunicaciones (9KHz 3000GHz) son ondas de radiodifusión, las microondas, infrarrojos y luz visible y constituyen el espacio radioeléctrico, tanto para emisiones analógicas como digitales. En la siguiente figura podemos ver los nombres oficiales asignados a cada banda: LF: baja frecuencia (Low Frecuency). MF: frecuencia media (Medium Frecuency). Ej.: radio AM. HF: alta frecuencia (High Frecuency). Ej.: radio FM. VHF: muy alta frecuencia (Very High Frecuency). Ej.: TV y radio FM. 2 de 8 UHF: frecuencia ultraalta (Ultra High Frecuency). Ej.: TV. SHF: frecuencia superalta (Super High Frecuency). Ej.: telefonía móvil. EHF: frecuencia extremadamente alta (Extremely High Frecuency). THF. Frecuencia tremendamente alta (Tremendously High Frecuency). Cada canal o emisora se sitúa en una banda y dentro de ésta en f diferentes para no interferirse.

3 REDES O SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN 1. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN Una red de telecomunicación es el conjunto de todos los medios que permiten que nos comuniquemos con otras personas o dispositivos (ordenadores). Se pueden clasificar en función de: Medio de propagación: o Alámbrica: cuando la información que queremos transmitir de un punto a otro se propaga siempre por cables, ya sean de cobre o fibras ópticas. Ej.: red de telefonía fija, TV por cable... o Inalámbrica: cuando se utiliza el aire o el espacio para transmitir información. Ej.: teléfonos móviles, radiodifusión, etc. Movilidad del terminal: o Fija: cuando el terminal está unido a la central telefónica por un par de hilos de cobre y, por tanto, es inmóvil. Ej.: telefonía fija, TV, etc. o Móvil: cuando el terminal está conectado a la central emisora (y/o receptora) por señales de radio, por lo tanto, permiten una mayor o menor movilidad del mismo. Ej.: telefonía móvil, radiodifusión, etc. Tipo de señales que se transmiten: o Comunicación de voz: cuando la voz es la señal más importante de una red. Ej.: la red telefónica, emisoras radiofónicas. o Comunicación de datos: cuando la señal más importante son los datos producidos por ordenadores. Ej.: la red telemática. o Mixtas: como las líneas ADSL, para transmisión simultánea de voz y datos. 2. PROPAGACIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS Transmisión inalámbrica f 30 MHz En la troposfera y la estratosfera (Hasta 50 Km de altura) En la ionosfera (Entre 50 y 400 Km de altura) Ondas de superficie, que pueden recorrer miles de Km paralelas a la superficie de la Tierra siempre que los obstáculos verticales no las atenúen. Ondas reflejadas, debido a que esta parte de la atmósfera, por los fenómenos de ionización provocados por el sol, se comporta como un espejo para esta f ; depende de si es de día o de noche y de su duración. f > 30 MHz Pueden atravesar la ionosfera Ondas como las UHF y las VHF sólo se transmiten directamente de repetidor en repetidor (ondas directas), reflejadas sobre el suelo o por satélite. 3 de 8

4 Modulación de ondas de radiodifusión Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. Las señales que se pueden transmitir pueden ser de naturaleza eléctrica o no como, por ejemplo, le sucede al sonido e imágenes grabadas. Para convertir éstas en señales eléctricas, se requiere de dispositivos especiales, como son los micrófonos para las señales de sonido y las cámaras de televisión para las imágenes. Sin embargo, las señales eléctricas así obtenidas no suelen ser adecuadas para su transmisión a larga distancia. Para modificar las características de una señal y poder transmitirla en una banda determinada, se combina con una frecuencia que pertenezca a dicha banda. Esta operación recibe el nombre de modulación. Por lo tanto: Onda moduladora: es la de la información que queremos transmitir montada sobre la portadora. Onda portadora: es una onda, con f dentro de la banda en la que queremos transmitir, que transporta a la moduladora. Los dos tipos de modulación más utilizados son: Modulación en amplitud (AM): A de la señal portadora variable y f constante; es decir, la onda portadora se hace más fuerte o más débil dependiendo de la señal moduladora. Este tipo de modulación es el que utilizan las emisoras de radio AM. Modulación en frecuencia (FM): f de la señal portadora variable y A constante; es decir, la onda portadora se repite más o menos veces en un segundo dependiendo de la señal moduladora; resulta mejor que la AM por no tener apenas ruidos. Este tipo de emisión es el que utilizan las emisoras de radio FM. Para transmitir y recibir imágenes por televisión (analógica), también se emplean ondas de radio moduladas, pero de frecuencia más alta que la de las ondas utilizadas para transmitir el sonido (VHF o UHF). La señal de TV debe transportar la información de color y de luz, la señal de sonido, el teletexto, y otras informaciones necesarias para el sincronismo en los aparatos de grabación y reproducción, etc.; todas estas señales se superponen a una onda de radio (la onda portadora) que luego capta la antena de TV y separa los distintos tipos de señales que después llegan a los receptores. Multiplexado En telecomunicaciones, debido al elevado precio de las redes de transmisión, es preciso rentabilizarlas al máximo; también en informática en la transmisión de datos entre los diferentes dispositivos internos de un equipo y con sus periféricos. Para ello se emplea el multiplexado, que permite la transmisión simultánea de varias informaciones o señales (ondas) por un solo canal (cable, fibra óptica o banda de radiofrecuencia), sin que se pierda la identidad de cada una de ellas. Los aparatos que realizan esta operación se denominan módems o multiplexores. Hay cuatro formas de multiplexado: División por frecuencia (MDF). En este sistema (analógico) cada señal se modula con una portadora diferente, con lo que las señales se trasladan a distintas bandas de frecuencia y se pueden transmitir por el mismo medio. 4 de 8

5 División por tiempo (MDT) Este sistema sólo se puede utilizar con ondas digitales, ya que envían porciones de estas ondas a intervalos de tiempo por turnos. División por código (MDC) Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. Emisión simultánea de señales en códigos matemáticos diferentes; el receptor capta las señales emitidas por todos los transmisores al mismo tiempo, pero puede seleccionar la señal/es de su interés si conoce el código/s empleado/s. División espacial (MDE) Se trata de una división celular del espacio (en celdas o sectores); en cada celda solo puede operar un usuario en la misma frecuencia o código; incrementa la capacidad por Km 2 ; se utiliza en comunicaciones por satélite y en telefonía móvil, pero siempre en combinación con cualquiera de las tres formas anteriores. Una analogía posible para el problema del acceso múltiple sería una habitación (que representaría el canal) en la que varias personas desean hablar al mismo tiempo: si varias personas hablan a la vez, se producirán interferencias y se hará difícil la comprensión; para evitar o reducir el problema, podrían hablar por turnos (división por tiempo), hablar simultáneamente en tonos unos más agudos y otros más graves (división por frecuencia), dirigir sus voces en distintas direcciones (división espacial) o hablar en idiomas distintos (división por código) en cuyo caso sólo quienes los conozcan pueden entenderlos. 3. COMUNICACIÓN POR SATÉLITE Se utiliza con ondas de f > 30 MHz (ver Transmisión inalámbrica del apartado anterior), que son recibidas desde una estación terrestre emisora por el satélite correspondiente, amplificadas y dirigidas a otra estación terrestre receptora. Suelen ser geoestacionarios (su velocidad de giro = a la de la Tierra), para garantizar que cada uno cubre constantemente la misma zona, y orbitan a unos Km de altura. Se emplean en radiocomunicaciones (TV, telefonía móvil, localizadores GPS, etc.), exploración espacial, meteorología, etc. GPS (Global Position System) o sistema de ubicación terrestre: es una red de satélites militares estadounidenses situados a unos Km de altura, dispuestos de tal modo que una señal puede ser captada por al menos 3 y mediante la triangulación correspondiente se puede determinar la ubicación del emisor/receptor de la señal con una precisión de metros; el Dpto. de Defensa permite su uso civil. 4. TELEFONÍA MÓVIL (Véase imagen izquierda del apartado anterior). Sistema de comunicación de voz y/o datos sin cables entre emisores, receptores y dispositivos intermedios (estaciones receptoras y emisoras, satélites, etc.). Está constituido por: 5 de 8

6 Estaciones móviles (los teléfonos). Estaciones fijas (antenas): su distribución por el territorio subdivide a éste en celdas (sistema celular) para aprovechar la misma f con varios usuarios conectados simultáneamente pero en diferentes celdas; el sistema cambia automáticamente dicha f, en caso de no estar disponible, al pasar de una celda a otra. Red de satélites GSM. Dpto. de Tecnología. I.E.S. Trassierra. Córdoba. Estación de control, para gestionar los servicios de red: procesado de llamadas, comunicación con otras redes de telefonía, atención al cliente, información, conexión telemática, etc. 5. SISTEMAS INFORMÁTICOS EN RED Red informática Conjunto de ordenadores intercomunicados mediante diversos dispositivos para compartir información (datos) y/o recursos comunes, como impresoras y otros periféricos. Clasificación según la extensión Red local (LAN): grupos pequeños de ordenadores poco distantes entre sí conectados mediante cables. Red urbana (MAN): ídem con grupos más extensos. Red mundial (WAN o WWW): los equipos interconectados, mediante conexiones potentes (fibra óptica, ondas radioeléctricas, satélites, etc.), pueden estar en continentes distintos. Arquitectura de una red local TOPOLOGÍA: forma de agrupación de ordenadores de la que dependen el sistema de acceso, los dispositivos intermedios y las instalaciones; hay 4 formas: bus, anillo, estrella (nodos servidores) y mixtas. MODO DE TRANSMISIÓN/MODULACIÓN: de banda ancha, pues sólo se transmiten datos. SOPORTE FÍSICO (CABLEADO Y CONEXIONADO): o Cableado: fibra óptica (v = Km/s) o pares trenzados de hilos de cobre (con o sin pantalla de protección contra interferencias electromagnéticas). 6 de 8

7 o Conexión: conectores RJ45, coaxiales, etc. CONTROL DE ACCESO AL MEDIO: son las normas necesarias para garantizar a todo usuario/equipo el acceso a vías de comunicación. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN: normas de funcionamiento de la red para: localización y comunicación con el ordenador adecuado, ordenar el establecimiento de las comunicaciones, etc. El TCP/IP es el utilizado en la red telemática mundial y en todas las de menor entidad a ella conectadas. DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DE LA RED: sirven para la segmentación (división) de la red local en subredes (p. ej.: un aula) o Concentradores/repartidores ( hubs ): nudos de unión de los conductores de red con conector RJ45 para interconectar subredes. o Enlaces o puentes ( bridges ): para ampliar redes interconectando los dispositivos anteriores de las subredes correspondientes, p. ej., cuando se han ocupado todos los puertos RJ45 del concentrador y hay que añadir otro para conectar más ordenadores. o Repetidores de señal: para contrarrestar la pérdida de energía de la señal transmitida cuando están muy distantes entre sí los puestos de trabajo. o Encaminadores ( routers ): realizan la conexión con redes exteriores, tras leer la dirección de destino, deciden si toca o no enviar la información y cuál es la ruta más adecuada. o Pasarelas ( gateways ): hacen de intérpretes para interconectar equipos o redes con diferentes protocolos de comunicación. ACTIVIDADES DE REFLEXIÓN 1. Completa la tabla siguiente con los datos que le faltan: 7 de 8

8 Magnitud Símbolo Unidad Longitud de onda Frecuencia Período Amplitud 2. Calcula la longitud de onda de una onda de 1 Hz y otra de 1 MHz, sabiendo que c 8 = 3 10 m / s. A la vista de los resultados, qué relación crees que existe entre la frecuencia y la longitud de onda? 3. La frecuencia más alta de sonido que es capaz de percibir el oído humano es Hz. Qué longitud de onda le corresponde? (Velocidad del sonido = 340 m/s en el aire a alrededor de 20ºC) 4. La figura muestra la señal de un cierto sonido, tal y como se vería en la pantalla de un osciloscopio. La escala de tiempos del osciloscopio se ha fijado en 1ms/cm. a. Cuál es el período de la señal? b. Cuál es la frecuencia? 5. Cómo se podría transmitir una señal de radio en una banda determinada? 6. Qué diferencia hay entre la banda AM y FM de la radio? 7. Por qué se pueden emitir varias conversaciones de teléfono a la vez? 8 de 8 c. Si se obtuviera la misma señal fijando la escala de tiempos en 5ms/cm, cuál sería el período? Cuál sería entonces la frecuencia? 8. Indica qué tipo de onda electromagnética (radio, microondas o infrarrojos) utilizarías en los casos que se indican a continuación y su rango de frecuencia: a. Televisión. b. Emisora de radio local. c. Teléfonos inalámbricos. d. Emisora de radio nacional. 9. Consulta la web de Hispasat Cuántos satélites gestiona Hispasat? e. Comunicación telefónica desde la localidad donde vives a Panamá. f. Apertura de la puerta de un garaje con mando a distancia. g. Conexión de altavoces inalámbricos. Cuál es la zona de cobertura? Cuántos canales vocales y de TV tienen satélites? 10. Mediante el sitio es.wikipedia.org busca la información que se pide sobre el GPS Nº de satélites de que se compone el sistema Breve historia: Elementos constitutivos del sistema: 11. Busca en Internet información y explica de qué se trata: GSM WiFi Bluetooth ADSL RJ45