1.- Introducción
Ya en la antigüedad, los seres humanos empezaron a utilizar diversos sistemas de comunicación a distancia, tales como sonidos emitidos con cuernos, caracolas y tambores, hogueras, señales de humo, etc. Hace más de mil años existía en Grecia una línea telegráfica de muchos cientos de kilómetros que unía las ciudades de Troya y Argos. Estaba formada por nueve señales luminosas producidas por teas encendidas colocadas en lugares elevados, para ser visibles a largas distancias.
Hoy en día, los satélites de comunicaciones permiten que nos comuniquemos en tiempo casi real, por teléfono o a través de internet, con personas situadas en cualquier lugar del planeta e incluso en el espacio exterior.
2.- Descripción de un Sistema de Comunicación
Un sistema de comunicaciones cualquiera está compuesto por cuatro elementos básicos a saber:
- Mensaje: Es la información que se pretende transmitir, y puede estar en formato analógico o digital. Lo importante es que llegue íntegro y con fidelidad.
- Emisor: Es el elemento encargado de enviar el mensaje. Prepara la calidad (adecuación a la naturaleza del canal) y la cantidad (amplificando la señal) de información para que pueda ser enviada por el canal.
- Medio o Canal: Es el elemento a través del cual se envía la información desde el emisor al receptor. Las principales características que definen a un canal son su naturaleza, su velocidad de transmisión, el ancho de banda o rango de frecuencia en el que opera, las interferencias, la longitud y el modo de inserción de emisor y receptor.
- Receptor: Es el elemento terminal que recibe la información y se encarga de demodular la señal, la limpia y recupera el mensaje original.
Su clasificación depende únicamente del medio por el que se propaguen las señales. Atendiendo a esto podemos tener dos tipos de transmisión:
- Comunicación Alámbrica: Se lleva a cabo mediante conexiones físicas entre el sistema emisor y el receptor.
- Comunicación Inalámbrica: Se realizan a través de medios no canalizados, como la atmósfera, el agua, etc.
Para decidir qué tipo de comunicación usar, debemos valorar tres aspectos:
- Las Interferencias: Los cables pueden “blindarse” para que haya pocas interferencias del exterior. En cambio, la propagación inalámbrica puede sufrir interferencias.
- El Coste: Es mucho más caro un sistema por cable que uno inalámbrico. En el sistema por cable es necesario construir una red que comunique al emisor con los receptores y en el inalámbrico, no.
- La Ubicuidad: Es la posibilidad de intercambiar información prácticamente desde cualquier parte del planeta. Es una de las principales ventajas de los sistemas inalámbricos.
3.- Comunicación Alámbrica
Las redes alámbricas están formadas por una telaraña de cables, a través de las cuales se transmite la información. Sigue siendo el medio más empleado para la transmisión de señales, tanto analógicas como digitales. Se utilizan dos sistemas de cables, los eléctricos y los de fibra óptica.
3.1.- Conductores Eléctricos
La señal que se transporta en estos conductores es de tipo eléctrico, empleándose un cable de distinto tipo según la velocidad, el ancho de banda y la distancia que se precisen. Los más usados son de cobre y aluminio.En la actualidad se puede distinguir:
- Cables de Pares: Es el cable utilizado en telefonía fija. Consta de dos hilos de cobre que transmiten la señal eléctrica. Existen también los cables de pares trenzados, en los que el trenzado disminuye las interferencias ambientales. Pueden contener cientos de pares de hilos, pudiendo soportar hasta veinticinco canales por par.
- Cables Coaxiales: Están formados por un centro de cobre que transmite las señal y que está separada por un aislante de una malla metálica de cobre o aluminio que protege de las interferencias eléctricas exteriores. Estos cables son utilizados para dar señal desde la antena al televisor. Su gran grosor supone un inconveniente para poder ser utilizados en sistemas locales, pero si se usan para conexiones telefónicas entre ciudades y entre las centrales y sus abonados.
3.2.- Fibra Óptica
La fibra óptica es un hilo que transporta luz. Es capaz de enviar señales a varios kilómetros de distancia sin pérdida significativa de fuerza, permite una mayor velocidad de transmisión, evita interferencias electromagnéticas exteriores y protege de accesos no autorizados.
El centro del cable está formado por un vidrio puro y un recubrimiento, también de vidrio, que tiene un revestimiento externo de protección. Las señales eléctricas procedentes de los transmisores se transforman en señales luminosas que recorren el cable sin salirse del núcleo de la fibra pues el recubrimiento le obliga a reflejarse siempre hacia el propio núcleo. Al llegar a su destino, las señales luminosas se transforman nuevamente en señales eléctricas que pueden ser captadas por los aparatos receptores. Esta transformación la realiza un transistor o un fotodiodo.
3.3.- Telefonía Fija
El teléfono fijo es uno de los sistemas de comunicación más usados en el planeta, aunque en algunos países, como España, ya existen más teléfonos móviles que fijos. Durante años se pensó que el inventor fue el americano Alexander Graham Bell, aunque este se limitó a patentar un invento del italiano Antonio Meucci, quien no tuvo dinero para registrar la patente.
El funcionamiento del teléfono fijo puede explicarse de la siguiente forma:
- El Emisor empieza hablar por el micrófono. Al hablar emitimos ondas sonoras que qué hacen vibrar una membrana que va unida a un cristal piezoeléctrico por el que pasa una corriente eléctrica.
- Según este esté más o menos comprimido este cristal, presenta mayor o menor resistencia al paso de la corriente. Estas variaciones de corriente producen una señal eléctrica.
- La señal eléctrica se transmite por el cable normalmente de fibra óptica, hasta que la señal llega a las centrales telefónicas
- Las centrales telefónicas conectan a dos personas que quieren hablar según los códigos de los números de teléfonos y la señal se envía desde la centralita hasta el receptor.
- En el Receptor se encuentra situado otro cristal piezoeléctrico. Los cristales vibran de acuerdo con las características de la señal eléctrica a la que están sometidos. Estas vibraciones corresponden exactamente a la voz que la produjo.
4.- Comunicación Inalámbrica
4.1.- Ondas Electromagnéticas
Aunque pueden utilizarse otros sistemas, en la actualidad la comunicación inalámbrica se efectúa casi exclusivamente por medio de ondas electromagnéticas, que se transmiten a través del espacio. Se producen por la oscilación de una carga eléctrica (electrón) que genera un campo eléctrico (fuerzas de atracción y repulsión) y un campo magnético (genera un polo positivo y otro negativo).
Presentan grandes ventajas frente a los medios de transmisión alámbrica:
- No necesitan medio físico para propagarse, pudiendo hacerlo en el espacio e incluso en el vacío.
- Se propagan a velocidad constante, prácticamente a la de la luz 300.000 km/sg.
- Son capaces de atravesar cuerpos opacos a la luz.
Presentan el inconveniente de que, al igual que las ondas sonoras, se atenúan con la distancia. Esto se soluciona empleando elevada potencia en la generación de la onda.
4.2.- Espectro Electromagnético
Nuestro mundo está lleno de ondas electromagnéticas:
- Las ondas de mayor longitud de onda (No Ionizantes) son de menor frecuencia y también menos energéticas y menos peligrosas para los organismos vivos.
- Las de menor longitud de onda (Ionizantes) son las de mayor frecuencia y energía y pueden romper las moléculas orgánicas.
En una escala, de mayor a menor longitud de onda, tenemos:
- Radiofrecuencia: Generadas por líneas de tendido eléctrico y emisoras de radio.
- Microondas: Generadas en estaciones de televisión, hornos microondas y en radares.
- Infrarrojas: Generadas por radiadores y otras fuentes de calor.
- Ondas Visibles: Generadas por el Sol. Son una pequeñísima parte, y se manifiestan en el color.
- Ultravioletas: También las genera el Sol y aparatos de soldadura industrial. Peligrosas para la piel.
- Rayos X: Se usan en radiología. Debe evitarse su uso frecuente.
- Rayos Gamma: Los generan las fuentes radioactivas. Son los más energéticos y peligrosos.
4.3.- Modulación de Ondas Electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas las genera un oscilador que convierte la corriente eléctrica en oscilaciones u ondas de una cierta frecuencia de radio que se puede emitir por medio de una antena.Sin embargo, de nada sirve enviar señales electromagnéticas al espacio si no transportan información, y es por ello que para que exista comunicación con ondas electromagnéticas deben combinarse dos tipos de onda:
- Onda Moduladora: De baja frecuencia y gran longitud de onda que contiene la información a transmitir
- Onda Portadora: De alta frecuencia y baja longitud de onda y adecuada para transmitir. No contiene información y actúa como medio para transmitir la onda moduladora.
Para realizar la modulación existen dos formas distintas:
- Amplitud Modulada: Se basa en variar la amplitud de la portadora en función de la amplitud de la moduladora, obteniéndose así una onda modulada que ya contiene a la moduladora. Alcanzan grandes distancias pero son muy permeables al ruido, y por ello no tienen gran calidad.
- Frecuencia Modulada: Se basa en variar la frecuencia de la portadora con arreglo a la amplitud de la moduladora. La frecuencia de la portadora es variable dentro de un rango establecido y en función de la frecuencia de la moduladora. No alcanzan grandes distancias pero son muy limpias y de gran calidad.
4.4.- Las Antenas
Las antenas se basan en el dipolo eléctrico, formado por dos cargas iguales y de signo opuesto, separadas una distancia. Si aplicamos esta idea a las comunicaciones, diremos que una antena es un dipolo con alimentación central empleada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia. La radiación se produce o se capta por la aceleración de partículas eléctricas.
Existen los siguientes tipos de antenas:
- Antena lineal: Llamada monopolos, radian en el plano horizontal. Se utilizan para transmisión a larga distancia, como señales de televisión de VHF y UHF, Wifi, etc, por lo que emite altas frecuencias.
- Antena Parabólica: Se trata de un tipo de antena que se utiliza para comunicación a muy larga distancia. Son capaces de enviar y recibir señales muy potentes. Se utilizan en la comunicación por satélite. Su forma parabólica hace que las ondas se concentren en un punto llamado foco. Existen diferentes tipos según las necesidades que se requieran.
5.- Comunicación por Ondas Electromagnéticas
5.1.- Comunicación Terrestre
El sistema de comunicación terrestre utiliza ondas electromagnéticas de radio convencionales capaces de propagarse en múltiples direcciones. Los elementos que permiten la comunicación son los siguientes:
- Emisor de radiofrecuencia. Es el encargado de producir la información a transmitir y tratar la señal de forma adecuada para que pueda ser enviada. En la mayoría de los casos, realiza funciones de amplificación y modulación de la señal.
- Antena Emisora. Es la encargada de transmitir la señal modulada y la difunde al espacio. La señal, en forma de ondas electromagnéticas, se transmite a través del aire, salvando la distancia que las separa de su destino gracias a las sucesivas reflexiones que se producen al rebotar en la ionosfera.
- Estación Repetidora. Como las ondas van perdiendo intensidad a medida que se propagan, con lo que la señal se va debilitando, se intercalan entre el emisor y receptor, una o varias estaciones repetidoras (según la distancia). Dichas estaciones reciben la señal y se encargan de adaptarla (eliminar posibles interferencias) y a amplificarla, para que pueda llegar a su destino en condiciones óptimas.
- Antena Receptora. Reciben señales de muchas frecuencias por lo que su ancho de banda de recepción debe ser muy ancho y las señales que reciben suelen ser débiles por lo que deben ser posteriormente amplificadas.
- Receptor de radiofrecuencia. En él se demodula y reconstruye la información transmitida.
La segunda forma de comunicación inalámbrica, cada vez más usada debido a que permite salvar grandes distancias sin importar la orografía ni la topografía del terreno. Utiliza microondas que sólo se propagan en una dirección, por lo que son emitidas y recibidas mediante antenas parabólicas. Básicamente se realizara utilizando los siguientes elementos:
- Emisor de Radiofrecuencia. Es el encargado de producir la información a transmitir y tratar la señal de forma adecuada para que pueda ser enviada. En la mayoría de los casos, realiza funciones de amplificación y modulación de la señal.
- Antenas Parabólicas. Las antenas que se utilizan para recibir y enviar las señales a los satélites son las denominadas antenas parabólicas. Su capacidad de emisión y recepción es mucho mayor que las de otros tipos de antenas.
- Satélites. Los satélites que actúan como repetidor y amplificador de las señales. Se ponen en órbita mediante cohetes espaciales que los sitúan fuera de la atmósfera a distancias relativamente próximas al Tierra y utilizan placas solares para proveerse de energía. La mayor parte de los satélites de comunicación se sitúan en órbitas geoestacionarias (GEO), situadas a unos 36.000 km. sobre el ecuador y siempre están situados sobre la misma zona geográfica. Con muy poquitos satélites de este tipo se tiene cobertura global a toda la Tierra.
- Estaciones Receptoras. Encargadas de recibir la señal del satélite y reenviarla a las distintas estaciones. Las estaciones terrenas pueden ser móviles (situadas en barcos, plataformas petroleras o vehículos militares) o de terminación de red, que son las que habitualmente inician una comunicación terrestre.
6.- Ejemplos de Comunicación Inalámbrica
6.1.- La Radio
La Radio es un medio de comunicación inalámbrico que permite transmitir sonidos. Actualmente, también muchas emisoras de radio transmiten a través de cable, pero parte de su difusión se sigue realizando por medios inalámbricos. El funcionamiento de este medio puede verse en el siguiente esquema:
Transmisor: Está compuesto por
- Oscilador que convierte la corriente eléctrica común en oscilaciones de una determinada frecuencia.
- Amplificador que aumenta la intensidad de la señal manteniendo la frecuencia.
- Transductor que convierte la información en un voltaje eléctrico variable y proporcional al valor instantáneo de la intensidad en cada instante.
- Modulador que lleva la señal a la banda en la que debe hacerse la transmisión
- Antena que emite la onda multidireccional.
- Antena que recibe las ondas electromagnéticas y las convierte en oscilaciones eléctricas.
- Amplificador que aumenta la intensidad de las oscilaciones.
- Demodulador que controla las variaciones de intensidad y frecuencia.
- Sintonizador que permite seleccionar la frecuencia.
6.2.- El Teléfono Móvil
Los teléfonos móviles pertenecientes a una red de telefonía móvil, están conectados mediante un conjunto de estaciones receptoras y emisoras conectadas por radio entre sí, que permiten la conexión y comunicación entre terminales. Las señales en forma de onda se trasmiten a través del aire.Dado que los interlocutores de las llamadas pueden estar en movimiento, sería necesario utilizar potencias de transmisión muy elevadas para lograr grandes coberturas para evitar que dichos interlocutores puedan salirse de la zona de cobertura de la antena y cortarse la comunicación.
Para solucionar este y otros problemas, como el de elegir la frecuencia de transmisión más adecuada, la telefonía móvil se basa en el modelo de células por lo que en muchas ocasiones también se la llama telefonía celular:
- Las redes de telefonía móvil están constituidas por un conjunto de estaciones, cada una de las cuales tiene un área de cobertura.
- De esta forma, el territorio se divide en celdas, en teoría, de forma hexagonal, controladas cada una por una estación terrestre, que soportan un número limitado de llamadas.
- Cuando un usuario se encuentra en determinada célula, será atendido por su estación correspondiente.
- Pero si al desplazarse pasa a otra célula, y entonces será otra estación la que le permita seguir manteniendo la conversación.
- En las zonas limítrofes, las células se solapan, de forma que el usuario no pierda la cobertura cuando pasa de una a otra.
- Cada estación utiliza un rango de frecuencias específico y diferente del de las células que la rodean, que son adyacentes a ella, pues en caso contrario podrían producirse interferencias entre células. Células no adyacentes si pueden usar el mismo rango de frecuencias.
6.3.- Posicionamiento Global por Satélite
El Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) permite determinar con precisión la posición y la hora de cualquier lugar del Mundo.Está formado por una constelación de satélites de comunicaciones gracias a los cuales los usuarios pueden determinar su posición, rumbo y velocidad de desplazamiento usando un aparato receptor que capta señales emitidas por esos satélites.
El sistema más popular es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), que está formado por:
- Constelación de satélites NAVSTAR: veinticuatro satélites con trayectorias sincronizadas, de manera que a cualquier hora del día siempre hay al menos cuatro dispositivos visibles desde cualquier punto del planeta.
- Red de Estaciones Terrestres: Cinco estaciones convenientemente distribuidas que envían información a los satélites para controlar sus órbitas, operatividad y mantenimiento.
- Receptores GPS: Son aparatos que miden la distancia entre al menos cuatro satélite y el receptor por el tiempo que tarda en llegar la señal a cada uno y mediante diferentes cálculos es capaz de averiguar la posición exacta del usuario.
