2. COMUNICACIONES ALÁMBRICA E INALÁMBRICA

Dependiendo del medio a través del que se desplace el mensaje, las comunicaciones pueden ser alámbricas o inalámbricas.

• La transmisión alámbrica se lleva a cabo mediante cables, hilos o fibra óptica, que pueden ser de varios tipos dependiendo de su capacidad para transportar información y de la resistencia que oponen a las interferencias.
• La transmisión inalámbrica se realiza a través de la atmósfera, el océano (sonar) o el espacio exterior (vía satélite). No necesita de cables ni de una instalación fija que lleve asociada canalizaciones, centralitas, puntos de registro y otras infraestructuras. Para evitar estos inconvenientes, se recurrió a la transmisión por ondas electromagnéticas.
• El teléfono fijo es un ejemplo de un sistema de comunicación alámbrica, y la radio, de comunicación inalámbrica.

2.1. Medios de transmisión alámbrica

   

Los medios de transmisión alámbrica utilizados son cables que transportan una señal de tipo eléctrico o fotoeléctrico.

• Cables de pares. El cable de nuestro teléfono fijo consta de dos hilos de cobre que comunican a cada abonado con la central local. Desde las viviendas hasta la central se pueden agrupar cientos de pares de hilos de cobre formando lo que se denomina un cable de pares.
• Cables coaxiales. Los cables de pares presentan varios inconvenientes: las señales se atenúan mucho con la distancia; el ancho de banda que presentan no es muy elevado, y es posible que se produzcan interferencias con otros cables. Para solucionar estos problemas, la comunicación entre centrales se realiza mediante cables coaxiales.
  
  Están formados por dos conductores, separados por un aislante, y una malla metálica externa que impide que se produzcan interferencias. Estos cables son, por ejemplo, los que bajan desde la antena hasta tu televisor.
• Fibra óptica. Este medio de transmisión supera las características del cable: permite el envío de más información (tiene un mayor ancho de banda) a mayor distancia y sin ningún problema de interferencias. Las señales eléctricas se convierten en impulsos de luz que son transmitidos a través de un vidrio transparente hasta el receptor, donde la señal luminosa es convertida de nuevo en eléctrica.

      

2.2. Sistemas de comunicación alámbrica

Aunque la aparición del teléfono fijo revolucionó las telecomunicaciones, el primer sistema de comunicación a distancia en tiempo real fue el telégrafo.

Telégrafo

Su mecanismo consiste en un circuito eléctrico entre dos estaciones conectadas entre sí por un cable que permite, al accionar un pulsador en una, recibir la señal en la otra mediante un timbre.

Para poder enviar mensajes complejos contando como único recurso con la duración del sonido, Samuel F. B. Morse ideó un código que asociaba a cada letra del alfabeto un conjunto de puntos y rayas. Los puntos eran transmitidos como impulsos eléctricos de corta duración, y las rayas, como impulsos más largos. Para separar símbolos, se deja un silencio equivalente a la duración de un punto, y el espacio entre dos palabras es de cinco puntos.

Teléfono

Las comunicaciones por vía telegráfica presentaban tres problemas: eran lentas, había que esperar a recibir el mensaje completo para poder responder y no todo el mundo podía utilizarlo. El funcionamiento del teléfono fijo se basa en gran medida en el del telégrafo, pero añade la posibilidad de transmitir mensajes de voz y sonido variables y simultáneos en ambos sentidos. Para ello incorpora dos elementos principales al esquema del telégrafo: el micrófono y el altavoz.

          

2.3. Medios de transmisión inalámbrica

Un conductor eléctrico es capaz de emitir energía en forma de ondas si hacemos circular a través de él una corriente eléctrica variable. Estas ondas se denominan ondas electromagnéticas y se utilizan para las telecomunicaciones, propagándose por el espacio a la velocidad de la luz.

Las relaciones entre la longitud de onda, el período, la frecuencia y la velocidad de la luz, c (300 000 km/s) son las siguientes:

Como c es un valor constante, las señales de alta frecuencia tienen longitud de onda corta; en cambio, la longitud de onda de las señales de baja frecuencia es muy larga.

TIPOS DE PROPAGACIÓN

• Directa. Las antenas deben verse para poder comunicarse.

• Terrestre. Las ondas viajan por la superficie terrestre mediante antenas de grandes dimensiones.

• Ionosférica. Las ondas son reflejadas por la ionosfera (capa de la atmósfera formada por partículas ionizadas) y permiten transmitir a grandes distancias.

Espacio radioeléctrico

La parte del espectro electromagnético comprendida entre las frecuencias de 3 kHz y 300 GHz recibe el nombre de espectro o espacio radioeléctrico. Este, a su vez, se divide en distintas bandas de frecuencias según las necesidades de telecomunicación. Así, tenemos:

• Bandas de LF y VLF. En estas bandas se realizan emisiones de onda larga, denominadas así porque la longitud de onda es superior al kilómetro. Estas ondas se propagan por la superficie terrestre y requieren antenas de enormes dimensiones. Se utilizan, entre otras cosas, en servicios de ayuda a la navegación (radiofaros, balizas).
• Bandas de MF y de HF. Las ondas comprendidas en este rango de frecuencias son reflejadas por la ionosfera (capa de la atmósfera formada por partículas cargadas eléctricamente). Aprovechando esta propiedad, en la transmisión se pueden alcanzar miles de kilómetros. Se emplean en radiodifusión (AM comercial) y en sistemas de radioaficionados, militares, etcétera.
• Bandas de VHF y de UHF. Las antenas emisora y receptora de estos tipos de onda deben poder «verse», es decir, no debe haber un obstáculo que se interponga entre ellas. Se trata de una propagación visual a través de la troposfera. El alcance se reduce a unas decenas de kilómetros. Se emplean para servicios de radiodifusión (FM), comunicaciones por teléfonos móviles y televisión, entre radioaficionados, etcétera.

• Microondas. Las ondas radioeléctricas con una frecuencia superior a 1 GHz se llaman microondas (ocupan parte de las bandas UHF, a partir de 1 GHz, SHF y EHF). En este caso, la radiación se realiza mediante un haz muy estrecho de longitud de onda. Las antenas receptoras deben estar perfectamente orientadas hacia las transmisoras. Se emplean en comunicaciones por medio de satélites, radioenlaces y radares.

Para emitir y recibir ondas electromagnéticas necesitamos un elemento que transforme los impulsos eléctricos en ondas: la antena.

2.4. Sistemas de comunicación inalámbrica

Los sistemas de comunicación inalámbricos son los que más éxito tienen, ya que permiten transmisiones a muy larga distancia con una gran calidad.

Radio

           

Una emisión radiofónica consiste en la transmisión de sonidos, voz y música a distancia por medio de ondas electromagnéticas que son recibidas por un receptor de radio.

Emisora de radio

Las emisoras de radio no pueden enviar directamente la señal eléctrica producida en el micrófono: al ser frecuencias muy bajas, el alcance de la transmisión sería muy reducido y habría interferencias con otras emisoras que produce el mismo rango de frecuencias.

La solución consiste en que cada emisora utilice una señal portadora de frecuencia más elevada, encargada de transportar el mensaje desde el emisor al receptor. La combinación de la señal que contiene el mensaje de sonido con la portadora recibe el nombre de modulación. Se utilizan dos tipos de modulación: de amplitud (AM) y de frecuencia (FM).

       

• Modulación de amplitud (AM). Se utiliza la amplitud de la onda para transportar el audio: la amplitud de la portadora varía en función de la amplitud del mensaje que se va a transmitir, mientras que la frecuencia permanece constante.
  
  ​Las estaciones de radio AM transmiten en el rango de frecuencias de 520 kHz a 1605 kHz. Utilizan un ancho de banda de tan solo 5 kHz, por lo que la calidad de la música no es la óptima.

• Modulación de frecuencia (FM). La frecuencia de la onda portadora varía en función del mensaje que se deba transmitir, mientras que la amplitud de la portadora permanece constante.
  
  Las emisoras de la FM se distribuyen entre los 88 MHz y los 108 MHz. La transmisión es más resistente a ruidos e interferencias, ya que estos afectan sobre todo a la amplitud y no a la frecuencia. La calidad del sonido es mucho mayor, dado que se utiliza un ancho de banda de 15 kHz, también pueden emitir en estéreo utilizando dos canales.

Receptor de radio

         

En el receptor recuperamos la señal de sonido, el mensaje. Para ello, debemos separarla de la onda portadora, que ya ha cumplido su función. Únicamente se envía a los altavoces la señal que contiene el mensaje.

La primera etapa de la recepción consiste en sintonizar, mediante el dial, la emisora que deseemos, para lo cual debemos, antes de nada, escoger en el receptor entre AM y FM, y después seleccionar la frecuencia que esa emisora tiene asignada. El demodulador es el elemento que se encarga de separar la onda portadora del mensaje. Por último, se amplifica o aumenta el nivel de la señal del mensaje antes de ser enviada a los altavoces. Podemos representar este proceso mediante el siguiente gráfico:

En un receptor AM, el demodulador o detector puede ser tan sencillo como un simple diodo.

Televisión

La pantalla de una televisión está formada por miles de pequeños puntos luminosos. Si nos alejamos de ella lo suficiente, dejamos de ver cada uno de los puntos, y en nuestro cerebro se forma una imagen de conjunto. Además, si las imágenes se suceden muy rápidamente (más de veinte por segundo), nos parecerá que estamos viendo una escena en movimiento.

        

Puede que, al ver un partido de fútbol por televisión, hayas observado que las imágenes se ofrecen con un pequeño retardo con respecto a la retransmisión radiofónica. ¿Sabes a qué es debido esto?

La producción que requiere la televisión no permite respetar el directo totalmente, ya que es muy compleja: selecciona las imágenes más adecuadas a cada momento del partido de entre la totalidad de cámaras que lo están grabando, inserta la publicidad y el logotipo de la cadena, e introduce los comentarios de los locutores. Todo ello puede hacerse en la propia unidad móvil desplazada al estadio, o en los estudios, una vez recibidas las señales desde ella. La imagen resultante se envía a través de fibra óptica o mediante un enlace de radio (con antenas parabólicas) a una antena de grandes dimensiones que se encarga de transmitir la señal de televisión para que llegue hasta nuestras viviendas.

Allí, la señal es recogida por antenas de televisión orientadas adecuadamente y conducida mediante un cable coaxial al receptor.

         

El televisor de pantalla de cristal líquido (LCD)

Los televisores TFT LCD funcionan mediante la iluminación de pequeños elementos de imagen (píxel), para lo cual presentan una estructura de cristal líquido entre dos placas de vidrio. La placa TFT (transistor de película delgada) dispone de un transistor por píxel, de forma que se controla individualmente su iluminación.

Los televisores LCD ocupan poco espacio, su definición puede llegar a ser muy alta y no presentan parpadeo. Sin embargo, tienen problemas en lo que se refiere a su ángulo de visión.

Televisores con tecnología LED

Son una evolución de los anteriores; se diferencian en la fuente de luz que emplean. En los televisores LED la pantalla se ilumina con diodos emisores de luz. De esta forma, se consigue un mayor contraste de imagen, menor espesor del aparato, menor consumo energético y una disminución de los reflejos de pantalla.

Una variante son los televisores LED 3D, en los que el efecto tridimensional se genera mostrando dos señales (una para cada ojo) que cuando llegan al cerebro al mismo tiempo generan una sensación de relieve.

Televisores con tecnología plasma

Contienen un gas inerte que, activado por una corriente eléctrica, reacciona con el fósforo de los píxeles de la pantalla produciendo luz coloreada en cada punto de la misma. El período de vida de estos televisores es menor que el de los aparatos de tecnología LCD porque el fósforo tiende con el tiempo a agotarse, lo que influye en la calidad de la imagen. Esta particularidad, unida a la dificultad para obtener alta definición en televisores de menos de 50 pulgadas, hace que los principales fabricantes estén volcados actualmente en otro tipo de tecnología como la LED.

Medios televisivos

Dependiendo de los medios utilizados para la transmisión de sonidos e imágenes en movimiento, podemos considerar diferentes formas de transmisión televisiva:

Telefonía móvil

El teléfono móvil es un dispositivo electrónico cuya intención básica es la misma que la de un teléfono alámbrico, pero con la particularidad de ser portátil e inalámbrico. Sin embargo, la evolución tecnológica los ha convertido en verdaderos ordenadores personales, con potentes microprocesadores y capacidad para realizar cometidos que no tienen nada que ver con un simple teléfono.

 

 

No obstante, en este apartado nos vamos a centrar exclusivamente en su faceta de teléfono.

Todos y cada uno de los teléfonos móviles (terminales) pertenecientes a una red de telefonía móvil están conectados con un conjunto de estaciones receptoras y emisoras (repetidores o estaciones base), conectadas por radio entre sí, que permiten la conexión y comunicación entre terminales.

Las estaciones base cubren un área de terreno (celda) variable según su potencia y las características geográficas de la zona, y admiten un número limitado de llamadas. El conjunto de todas las celdas de una red forma su zona de cobertura.

Asimismo, los terminales son capaces de conectarse a otras redes de telefonía móvil, a la línea telefónica fija y a redes de datos como Internet

Las frecuencias de las ondas de radio utilizadas por la telefonía móvil se encuentran entre los 900 y los 2000 MHz, dependiendo del sistema utilizado.

            

Paralelamente a la red GSM funciona la red GPRS, que es la utilizada para la transmisión de datos.

Comunicación vía satélite

Dentro de las comunicaciones inalámbricas, los satélites son elementos muy importantes, ya que pueden poner en contacto puntos muy distantes de la Tierra sin necesidad de instalar antenas repetidoras entre ellos.

Un sistema de comunicaciones por satélite consta básicamente de los siguientes elementos:

• Un satélite o conjunto de satélites encargados de establecer la comunicación entre el emisor y receptor.
• El centro de control, que vigila el funcionamiento correcto de los satélites.
• Estaciones terrestres (emisoras y receptoras), con antenas adecuadas para emitir y recibir las señales transmitidas.

Los satélites artificiales de comunicaciones pueden ser pasivos (si se limitan a reflejar la señal que reciben) o activos (si amplifican la señal recibida). 

EL SATÉLITE GEOESTACIONARIO Y SU ÓRBITA

La órbita de los satélites geoestacionarios se llama cinturón de Clarke en honor al escritor de ciencia ficción Arthur C. Clarke, que sugirió la idea de esta órbita en 1945. Es una órbita ideal para las comunicaciones. Al estar limitado el número de satélites que pueden orbitar en torno a ella, está muy solicitada.

Los satélites son puestos en órbita mediante cohetes espaciales, que los sitúan alrededor de la Tierra a distancias relativamente cercanas fuera de la atmósfera. Utilizan placas solares para alimentarse y desarrollar sus funciones. Según la altura de su órbita y su período de rotación alrededor de la Tierra, los satélites pueden ser de diferentes tipos:

• LEO (Low Earth Orbit, órbitas bajas). Orbitan alrededor de la Tierra a una distancia de 1000 km y dan una vuelta al mundo en dos horas. Se usan para proporcionar datos sobre el movimiento de las placas terrestres y para telefonía vía satélite.
• MEO (Medium Earth Orbit, órbitas medias). Son satélites que se mueven en órbitas de unos 10000 km. Su uso se destina a comunicaciones de telefonía y televisión, y a las mediciones de experimentos espaciales.
• HEO (Highly Elliptical Orbit, órbitas muy elípticas). Estos satélites no siguen una órbita circular, sino elíptica. Se utilizan para cartografía y espionaje, ya que pueden detectar un ángulo de superficie terrestre mayor o menor, según se prefiera.

Satélites geoestacionarios

Son satélites que permanecen inmóviles sobre un determinado punto del planeta. Para ello es necesario que se encuentre sobre el plano del ecuador terrestre a unos 36000 km de altura y que realice una vuelta alrededor del planeta a una velocidad igual a la velocidad de rotación de la Tierra. Así, los vemos siempre sobre un punto fijo de la misma. Se destinan a emisiones de televisión y de telefonía, a la transmisión de datos a larga distancia, y a la detección y difusión de datos meteorológicos.

SISTEMA GPS

Los sistemas de posicionamiento global como el GPS emplean un mínimo de cuatro satélites para localizar la posición del usuario en un determinado instante. El GPS envía una señal que rebota y es devuelta al lugar de partida por los satélites. Conociendo el tiempo que tarda en llegar la señal se puede conocer la distancia del usuario a cada uno de los satélites. Tras obtener este dato de cuatro de ellos, por triangulación se deduce la posición del punto referido.

Tipos de satélites según su función

Satélites de telecomunicaciones
Se utilizan para transmitir información de un punto a otro de la Tierra, en particular comunicaciones telefónicas, datos o programas televisados. El primer satélite de comunicaciones se puso en órbita en 1962.
Satélites de observación terrestre
Se emplean para observar la Tierra, con un objetivo científico o militar. El espectro de observación es extenso: óptico, radar, infrarrojo, ultravioleta, escucha de señales radioeléctricas... Una de sus funciones más importantes es la observación meteorológica o la detección de incendios forestales.
Satélites de observación espacial
Desde ellos se observa el espacio con un objetivo científico. Estos satélites tienen también un amplio espectro de observación para recibir distinta información del espacio. El telescopio espacial Hubble es un satélite de observación espacial.
Satélites de localización
Permiten conocer la posición de objetos sobre la superficie de la Tierra. Por ejemplo, el sistema americano GPS, el sistema ruso GLONASS o el sistema europeo Galileo.
Estaciones espaciales
Están destinadas a estar habitadas por el ser humano, con un objetivo científico. Entre estas se encuentra la Estación Espacial Internacional, que está en órbita desde 1998 y habitada permanentemente desde 2002.
Sondas espaciales
Cumplen la función de observadoras de otro cuerpo celeste y, por tanto, deben estar en condiciones de desplazarse.

Algunos de los satélites existentes desempeñan varias de estas funciones a la vez. Los satélites se comunican con los emisores y receptores terrestres por medio de antenas y ondas electromagnéticas.

2.5. Formas de conexión en la comunicación entre dispositivos digitales

Para conectar dispositivos digitales (ordenadores, redes, tabletas, móviles...) se utilizan diferentes aparatos y sistemas. Los más comunes son los siguientes:

Hub

Es un dispositivo que conecta los ordenadores de una red. Dispone de múltiples puertos. Cuando recibe un paquete de datos lo envía a todos los ordenadores de la red, aunque su destinatario sea únicamente uno de ellos.

Switch

Actúa de forma parecida al hub pero, a diferencia de este, la información es enviada únicamente al ordenador de destino, con lo que conseguimos mayor rapidez y evitar la saturación de la red.

          

Router y router wifi

Es un dispositivo que filtra y reenvía los paquetes de datos entre dos redes. Los routers que solemos tener en nuestros domicilios actúan también como switch, de modo que por un lado conectan nuestra red con Internet y, por otro, distribuyen la información de manera óptima.

Repetidor wifi

Es frecuente que en grandes oficinas o en viviendas de mucha superficie o con varios pisos haya problemas de cobertura porque el router no llegue a cubrir todas las estancias. En estos casos se puede utilizar un repetidor wifi que, colocado dentro de la zona con cobertura, duplica el alcance y el problema queda solucionado.

Conexión directa por cable

Para conectar dos ordenadores con un cable, lo más habitual es utilizar una tarjeta de red Ethernet y un cable con un conector estándar llamado RJ-45.

 

 

Conexión por infrarrojos

No es muy utilizada porque se necesita que los dos dispositivos se vean directamente a corta distancia.

Conexión Bluetooth

La conexión Bluetooth es una conexión inalámbrica de voz y datos entre dispositivos a distancias entre 1 y 100 m.

Red de datos GPRS

Ya hemos hablado de esta red cuando vimos la telefonía móvil. La red de datos GPRS permite la transmisión de paquetes de datos entre teléfonos móviles.