HUGO REYMUNDO TIRADO
HERNANDEZ
¿Que es teleinformatica?
2.- Definición de Teleinformática.
3.- Nomenclatura
4.- Arquitecturas de comunicaciones : Modelos estructurados.
5.- Estándares.
Entendemos como teleinformática
como el conjunto de elementos y técnicas que permiten la transmisión
automática de datos.
Al hablar de transmisión
se asume que existe una distancia apreciable entre origen y destino de la
comunicación. Este es, asimismo. el sentido del
prefijo tele-. Además, es automática puesto que no se
requiere intervención humana para llevar a cabo la comunicación. En cuanto a
los datos, entendemos como tales a las entidades susceptibles de
ser tratadas por un computador.
En un principio, los computadores
eran caros y escasos. Los organismos que disponían de un computador lo
dedicaban a la ejecución de programas locales. Un usuario utilizaba los
dispositivos de entrada (tarjetas perforadas, teclado, unidades de disco, etc.)
para cargar el programa y los datos en el computador y, tras la ejecución,
recogía los resultados mediante los dispositivos de salida (
tarjetas perforadas, impresora, terminal, etc.). No obstante, pronto se
hizo necesaria la compartición de datos y recursos
entre computadores, así como el acceso a datos remotos. A partir de esta
necesidad fueron surgiendo mecanismos cada vez más evolucionados, comenzando
por las primeras conexiones punto a punto entre computadores mediante líneas
dedicadas. Los grandes fabricantes comienzan a investigar en este aspecto,
dando como resultado la aparición de las redes locales, que permiten la
interconexión de varios computadores entre sí.
El inconveniente principal de las
redes de computadores propietarias consiste en su dependencia de la tecnología.
Así, cada fabricante recurre a unas soluciones hardware
distintas a la hora de implementar su red, haciendo casi imposible la
conexión a la red de computadores de otros fabricantes. Es por ello que, tras
varios años de lucha entre fabricantes, se llegue a la conclusión de que el
problema debe solucionarse a más alto nivel. En ese momento surge la
problemática de la interconexión de redes.
Este modelo de funcionamiento
consiste en que redes diferentes utilicen a alto nivel protocolos comunes, que
permitan ignorar a nivel de usuario las diferentes implementaciones a bajo
nivel.
Para ello resulta imprescindible
establecer de forma estándar los protocolos de comunicaciones utilizados para
la interconexión de redes. Varios organismos han propuesto estos estándares,
tal y como veremos más adelante. Gracias a ellos se da el siguiente paso,
llegando a la interconexión de redes, o Internet.
La teleinformática, como otros
campos dentro de la informática, no se ha desarrollado como una disciplina teórica,
sino que ha ido evolucionando gracias, en gran medida, a implementaciones
realizadas por laboratorios de investigación, universidades y la empresa
privada. Además, la aproximación al problema ha sido enfocada de forma distinta
por distintos organismos, por lo que los conceptos utilizados son distintos.
Por todo ello, no existe una terminología única que permita denominar de forma
inequívoca a los componentes de estos sistemas. En el campo de las
nomenclaturas vamos a trabajar con dos de las más empleadas
A comienzos de los 60 en Estados
Unidos se puso en marcha el proyecto ARPANET, patrocinado por ARPA (Advanced Research Proyect Agency), dependiente
del Departamento de Defensa. Este proyecto militar perseguía la creación de una
red de interconexión entre centros militares y universidades. Con el tiempo,
esta red se convirtió en Internet.
El modelo ARPA especifica la
existencia de computadores terminales (Hosts)
dispuestos para ejecutar tareas de usuario, y que son los usuarios de la
comunicación. Para interconectar estos computadores se utiliza una sub-red de comunicaciones, que une a los Hosts entre sí. Esta sub-red
se encuentra formada por dos tipos de elementos: Las líneas y los procesadores
de comunicaciones.
fig.1 : Estructura según ARPA.
Con este término se denomina en la
nomenclatura de ARPA a los computadores terminales de usuario, es decir,
aquellos que ejecutan programas de propósito general y que en realidad son los
usuarios de la red de comunicaciones.
Es necesario destacar que para ARPA
son igualmente partes del Host los posibles
elementos de comunicaciones integrados en el sistema, como pueden ser tarjetas
de red o dispositivos MÓDEM, e incluso los denominados procesadores frontales
de comunicaciones ( front-end processors) cuya única
misión consiste en descargar de las tareas de comunicaciones al resto del
sistema. Esta distinción no se mantendrá en posteriores nomenclaturas.
Los procesadores de comunicaciones,
también conocidos como nodos, computadores de comunicaciones e I.M.P's ( Interface
Message Processors),
son los encargados de que la información transmitida por los Host llegue a su destino. Para ello realizan tareas de
encaminamiento de la información a través de la sub-red.
Cada IMP se encuentra permanentemente preparado para la recepción por
cualquiera de sus líneas. Cuando llega una unidad de información por alguna de
sus entradas, evalúa en función de la dirección destino de la misma y el
conocimiento del IMP sobre la red cuál debe ser la línea de salida. A cada uno
de estos procesos de recepción, evaluación y transmisión se le denomina salto ó
hop. Eventualmente, y tras un número finito de
hops, la información será entregada por el IMP
correspondiente al host destino.
Las líneas de comunicaciones
interconectan entre sí a los procesadores de comunicaciones y a éstos con los Hosts. Pueden ser de dos tipos: líneas punto a punto
o multipunto.
Las líneas punto a punto unen entre
sí dos extremos fijos. Habitualmente existirá un emisor y un receptor. Son, por
tanto, eminentemente unidireccionales, aunque con una gestión adecuada es
posible utilizarlas en ambos sentidos no simultáneamente.
Cuando en una línea de comunicaciones existe un emisor
y un receptor fijos, es decir, la información viaja en un sólo sentido, se dice
que la línea es simple (simplex). Por contra, cuando
el papel de emisor puede ser adoptado por ambos equipos, pero no
simultáneamente se dice que la línea es semiduplex (half-duplex). Para permitir la
comunicación bidireccional simultánea entre dos
equipos serían necesarias dos comunicaciones simples. Este tipo de líneas se
denomina duplex (full-duplex).
Uno de los aspectos más importantes de las redes con
líneas punto a punto es la topología, es decir, cómo se interconectan entre sí
todos los nodos. De la topología dependerán en gran medida las prestaciones de
la red, su coste, su facilidad de ampliación, sus posibilidades de congestión,
etc. Veremos a continuación las topologías más comunes.
fig.2 : topologías más comunes.
Las líneas multipunto comunican
varios nodos, siendo posible que cualquiera de ellos utilice la línea tanto
como emisor como receptor. Esto permite reducir el número de líneas de
comunicaciones, y permitir que todos los nodos se encuentren a una distancia de
un único hop. Sin embargo, resulta imposible
que una única línea sea utilizada simultáneamente por más de un nodo, por lo
que es necesario establecer algunas reglas. El mecanismo de acceso al medio, es
decir, qué acciones debe seguir un nodo para utilizar una línea multipunto,
será el factor determinante de la velocidad de la red. La fiabilidad del
sistema, por contra, será muy elevada con respecto a fallos en los nodos pero
nula en cuanto a fallos en la línea común. Resultan muy sencillas de ampliar y
mucho más baratas que las topologías con líneas punto a punto.
La red ARPA ha evolucionado para dar lugar a lo que
actualmente se conoce como INTERNET. Las líneas de comunicaciones se han
convertido en redes locales, que no son más que líneas multipunto en la mayoría
de las ocasiones. Por lo tanto, el papel del nodo ha pasado desde el
encaminamiento de información a la interconexión de redes locales, con todo lo
que ello conlleva.
Estos elementos entre redes pueden ser de diferentes
tipos, desde los repetidores que únicamente amplifican la señal eléctrica hasta
las complejas pasarelas que realizan un filtrado selectivo de la información
que retransmiten. Veremos con más detalle estos aspectos en posteriores temas.
En la figura podemos ver como las líneas han pasado a
ser redes locales completas (LAN), mientras que los
nodos únicamente interconectan estas redes (R)
ITU (International
Telecommunications Union)
es un organismo internacional que agrupa a las compañías de telecomunicaciones,
tales como Telefónica, British Telecomm,
ATT, etc. Esta organización procede de la antigua CCITT (Comité Consultivo
Internacional de Teléfonos y Telégrafos), con las mismas funciones y
múltiples estándares, tal y como comentaremos más adelante.
Sus trabajos, respaldados por la
ONU, establecieron una nomenclatura según la cual se distinguen los siguientes
elementos:
Como puede verse en la figura siguiente, esta
nomenclatura divide en lo que anteriormente denominamos host
en dos elementos: el equipo terminal de datos que realiza las funciones de
usuario y un equipo para conectar el DTE a la sub-red.
Por ello, detalla mejor las diferencias entre el proceso de usuario (DTE) y los
mecanismos que permiten a este usuario el acceso a los servicios proporcionados
por la sub-red.
El análisis, diseño e implementación
de un sistema de comunicaciones no es tarea fácil. Existen multitud de
problemas a resolver y resultan en su mayor parte complejos. Es por ello que se
presta una especial atención a la metodología que nos permite abordar estos
sistemas teleinformáticos.
Una de las aproximaciones al
problema consiste en considerar la tarea como un todo, es decir, estudiar
simultáneamente el conjunto de aspectos a solventar e implementar un único
código que realice todas las funciones necesarias. Esta aproximación es la
denominada arquitectura monolítica.
Mediante esta metodología, por
ejemplo, para implementar una aplicación de correo electrónico a través de una
red local sería necesario desarrollar código relacionado con el control de la
tarjeta de red, el control de errores, el direccionamiento de la información
para que llegue a la máquina destino, los protocolos propios de la red local. el protocolo de correo electrónico, el interfaz de
usuario.... todo ello en un único programa, con lo que el volumen de código
sería enorme.
Implementar sistemas teleinformáticos con esta metodología suele conducir a
aplicaciones extremadamente difíciles de mantener y modificar. Además, resulta
muy complicada la reutilización del código de una aplicación para escribir
otra, puesto que es necesario rehacer la aplicación si cambia cualquiera de los
elementos anteriormente citados. Asimismo, resulta casi imposible establecer
estándares de comunicaciones entre aplicaciones monolíticas de distintos
fabricantes. Como ventaja, resultan altamente eficientes puesto que pueden
optimizarse mucho más que otras arquitecturas.
Como alternativa a esta metodología,
se propuso y ha sido aceptada por la mayoría de las compañías la arquitectura
estructurada. Mediante esta, se divide el problema de la transmisión de datos
en una serie de niveles independientes de tal modo que es posible resolverlos
por separado. Al ser independientes, una vez establecido un mecanismo estándar
de intercomunicación entre niveles es posible modificar una parte del sistema teleinformático ( que normalmente
afectará únicamente a un nivel) sin tener que reescribir
toda la aplicación.
Existen multitud de arquitecturas
estructuradas, siendo algunas de ellas estándares internacionales y otras
propuestas por diferentes organismos o incluso fabricantes. A continuación
estudiaremos algunas de ellas.
EL modelo OSI (Open
System Intercommunication)
propuesto por ISO (International Standarization Organization)
divide los sistemas teleinformáticos en siete
niveles, que describiremos más adelante.
La interacción entre niveles se basa
en interfaces estándar, estableciendo una jerarquía de servicios. Es decir, un
nivel realiza unas funciones concretas, resolviendo problemas determinados de
la comunicación. El nivel superior intentará realizar funciones más complejas
utilizando las proporcionadas por su nivel inferior, con lo que ofrecerá a su vez
un mejor servicio del que obtiene de sus inferiores. Por ejemplo: El nivel de
transporte debe proporcionar a sus niveles superiores una comunicación fiable
entre los extremos de la sub-red (
entre hosts). Para ello utiliza los servicios
del nivel de red, que proporcionan el servicio de enviar la información a
través de dicha sub-red, pero no puede garantizar que
el resultado sea correcto. Será pues misión del nivel de Transporte ( entre otras) supervisar al nivel de red para, en caso de
error en las funciones del mismo, tomar las medidas para corregirlo.
Gráficamente, podemos expresar esta
dependencia entre niveles de la siguiente forma:
Dentro de cada nivel encontraremos
una o varias unidades funcionales. La unidad funcional es el elemento que
implementa el nivel, siendo posible la existencia de varias instancias ( por ejemplo, cuando un computador está conectado a varias
redes). Las unidades funcionales del mismo nivel siempre son equivalentes, es
decir, realizan funciones similares. Para cumplir las funciones asignadas al
nivel, la unidad funcional de nivel n requiere servicios de su nivel inferior,
el nivel n-1. Empleando estos servicios la unidad funcional ofrece unos
servicios más complejos (servicios de nivel n ) al
nivel n+1.
La comunicación entre diferentes
niveles se realiza a través de un interfaz estándar. Dicho interfaz, que se
encuentra definido para cada uno de los niveles, permite la sustitución de una
unidad funcional de nivel n por cualquier implementación de otra unidad
funcional del mismo nivel.
Sin embargo, para cumplir su misión
una unidad funcional debe comunicarse con otros computadores. Siempre lo hará
con unidades funcionales de su mismo nivel en la máquina destino, siendo
imprescindible que ambas unidades estén de acuerdo en múltiples aspectos ( formato de la información, control de errores, campos
cabeceras, etc.) que son los que forman un protocolo.
Cabe destacar que, a pesar de que parece
que la comunicación se realiza directamente entre unidades funcionales, solo es
posible la transmisión de información a través del nivel más bajo ( el nivel físico), por lo que será necesario utilizar
servicios de niveles inferiores.
Los niveles del modelo OSI de ISO
son los siguientes:
El modelo OSI no es más que un
esqueleto de cómo se deberían implementar los sistemas teleinformáticos.
De hecho, ni siquiera propone estándares para cada uno de los niveles, sino que
es posteriormente OSI o los propios fabricantes quienes lo hacen. Al ser un
modelo "a priori", realizado de forma teórica sin
implementación, resulta excesivamente rígido en algunos aspectos. Además, en la
mayoría de los sistemas teleinformáticos encontramos
que las funciones entre niveles están mal repartidas. Por ejemplo, la
problemática asociada a los niveles de enlace de datos y transporte requiere
que estos se subdividan en otros subniveles, mientras
que los niveles de sesión y presentación se encuentran prácticamente vacíos de
contenido.
El modelo TCP/IP es el resultado de la evolución del
primitivo proyecto ARPA, que da nombre a una de las nomenclaturas más
utilizadas. Como ya hemos dicho, el propósito de este proyecto era la
interconexión de diferentes redes locales para la compartición
de información entre distintos centros. Puesto que las redes locales no tienen
por qué disponer de la misma tecnología, este modelo no habla sobre los niveles
inferiores del modelo ( lo que en el modelo OSI
denominábamos niveles físico, de enlace de datos y red), sino que sobre ellos
construye una estructura pensada para dar soporte a las aplicaciones.
Para que sea posible la interconexión de computadores
entre redes distintas es imprescindible establecer un sistema de
direccionamiento de computadores de forma que una información transmitida pueda
ser entregada a una máquina concreta. Ello se consigue a nivel de red mediante
las denominadas direcciones IP, de las que hablaremos en temas sucesivos.
Asimismo, y para garantizar la flexibilidad en las
aplicaciones, se contempla la posibilidad de disponer de diferentes tipos de
transportes. Así, como ya veremos, es posible optar por un transporte
totalmente fiable, aunque complejo, o bien otro más sencillo que no garantiza
la llegada de los datos.
El modelo TCP/IP dispone de los siguientes niveles:
En el mundo de la teleinformática
resulta muy frecuente la interconexión de máquinas de distintos fabricantes.
Para ello es necesario que todos los computadores involucrados en la
comunicación sean capaces de transmitir e interpretar la información utilizando
los mismos protocolos. Para conseguir esto aparecen los estándares de
comunicaciones.
Podemos definir un estándar como una
normativa comúnmente aceptada por fabricantes y usuarios. Así, podremos
distinguir dos tipos de estándares:
Los primeros son los conocidos como estándares de
jure, mientras que los segundos son los estándares de facto.
Los organismos emisores de estándares de jure
son los siguientes:
En la década
de 1970, la evolución
de la informática
requirió la creación de nuevos servicios capaces de almacenar, recibir y
procesar a distancia datos e informaciones. Ello condujo a la invención de la
teleinformática, que descentralizaba mediante redes de telecomunicaciones los recursos
ofrecidos por la informática. Estas redes permitieron igualmente mejorar las
transmisiones de datos escritos. Con el fin de paliar la lentitud del telex y la telegrafía, se crearon la telecopia y otros
servicios de oficina. Todos estos servicios informáticos proporcionados por una red de
telecomunicaciones se reagruparon bajo el nombre de ‘telemática’,
neologismo propuesto por los autores franceses de un informe
sobre La informática de la sociedad
(1978).
Las antiguas
civilizaciones utilizaban a mensajeros, mas adelante, se utilizó al caballo y
las palomas mensajeras; con el invento de la rueda esto casi desapareció.
Con esta nueva
necesidad y estas herramientas, surgen las Redes de Computadoras, las cuales son ya muy comunes en nuestros
días, pero en los inicios de la transmisión por televisión y con el uso de las
computadoras, la especie humana logra lanzar un vehículo espacial y tiempo
después lanza los primeros satélites
artificiales.
Los cuales son
aparatos muy sofisticados con fines múltiples (científicos, tecnológicos y
militares). El primer satélite artificial, el Sputnik
1, fue lanzado por
En la
actualidad hay satélites de comunicaciones, navegación, militares,
meteorológicos, de estudio de recursos terrestres y científicos. La mayor parte
de ellos son satélites de comunicación, utilizados para la comunicación
telefónica y la transmisión de datos digitales e imágenes de televisión.
APARATOS
COMUNICADORES
Sistemas alámbricos
Además
se analizaran los sistemas telefónicos de área local dando un esquema y
caracterizando los bloques que la componen. Los títulos de los temas son:
Medición
de niveles (db, dbm, dbu, etc.) Transmisión de la voz, (atenuación, retardo),
respuesta psofométrica. Ruido (térmico, intermodulación, modulación cruzada, impulsivo), cifra de
ruido, temperatura de ruido, relación señal a ruido psofométrica.
Circuito telefónico (adaptación de impedancia y alimentación). Sistema equivalente
de referencia (TRE, RRE, ERT). Red telefónica (atenuación, pupinización,
tipos de líneas). Híbrido (red de dos y cuatro hilos), eco y sinnging, perdida de retorno. Esquema jerárquico de una
red, áreas, tipos de conexión.
Tráfico
Gráfico
de barras. Medida de tráfico, volumen, intensidad, unidades. Tipo de tráfico
(llevado y transportado). Congestión, grado de servicio. Disponibilidad (plena
y limitada). Manejo de llamadas perdidas (sin cola, con colas. tipo de tráfico
(suave, aleatorio y áspero). Tiempos interarrivos. arribos de Poisson. Sistema de
llamadas (rechazadas, reiteradas y mantenidas).
Centrales
Diagramas
en bloques, concentradores , distribuidor y desconcentradores. Centrales de conmutación, funciones,
señalización, control, conmutación. Sistema paso a
paso (Strower). Sistema crossbar
(pentaconta). Sistema de conmutación por división de
espacio. Sistema de conmutación por división de tiempo. Sistemas combinados en
espacio y tiempo. Conmutación multietapas. Gráficos
de Lee.
Multiplexado por división de
frecuencia
Se
estudiarán en este capítulo la forma de acomodar los canales telefónicos en
sistemas jerárquicos telefónicos superiores, siguiendo la normativa
internacional sobre el tema. Se evaluara la cuantificación de los mismos con
respecto al los niveles aceptados, y al ruido Los temas a abordar son:
Plan
de modulación de CITT (grupo, súper grupo y grupo maestro), diagramas en
bloques. Cargas de sistema de MDF. Tono piloto. Ruido. Grupo pasante y súper
grupo pasante.
Digitalización de la voz
Se
analizarán los distintos sistemas de digitalización de la voz analizando
ventajas y desventajas de los mismos y comparándolos, se dará un método de
caracterización y evaluación de cada sistema. Los temas son:
Sistema
PAM. Sistema PCM (uniforme), ruido de cuantización,
relación señal a ruido. PCM comprimido, ley m , ley A,
conversión de códigos. Modulación delta, relación señal a ruido.
Transmisión de datos en banda base
En
este capítulo se tratara la transmisión de datos en su forma original, formas
de codificarlos, características importantes que permiten definir y comparar
los distintos sistemas de codificación. Se analizarán los métodos de medidas.
Relación de los sistemas con las tecnologías actuales en uso. Los títulos son :
Efecto
del canal sobre la forma de los pulsos. Codificación y descodificación.
Sincronismo, forma de detectar. Probabilidad de error. Transmisión serie y
paralela. Transmisión sincrónica y asincrónica. Protocolos. Ruido de intermodulación. Diagrama del ojo.
Modulación digital y redes
Se
desarrollarán los distintos modos de modulación utilizado por los MODEM, se
caracterizarán y fijaran el uso para cada caso. Se analizarán redes de datos
sus topologías y los distintos protocolos que se utilizan, especialmente
TCP/IP. Se analizaran redes LAN y WAN, además de
servicios integrados, transmisión de datos, voz e imagen. Los temas son :
Métodos
de modulación digital para transmisión en medios confinados, MODEM, modulación
ASK, FSK y PSK. Diagramas fasoriales y en el tiempo
de cada sistema.
SEÑAL
Conjunto de
pulsos eléctricos o electromagnéticos que nos ayudan ha transmitir información
que pueden ser DIPS (datos , imágenes, palabras y
señales)
SEÑALES
CONTINUAS Y DISCRETAS
Las señales
continuas -también llamadas analógicas-
se caracterizan porque su valor puede cambiar en cualquier instante, y su
nombre pretende reflejar la dependencia continua de la señal con respecto al
tiempo.
Las señales
discretas -también llamadas digitales-
se caracterizan en cambio porque su valor sólo puede cambiar en instantes
específicos (o porque la señal sólo está definida en esos instantes).
DOMINIO DE TIEMPO
La vibración
es una oscilación en posición, cómo del tiempo, y se dice que existe en el
dominio del tiempo.
DOMINIO DE
La vibración existe en el
tiempo, y se dice que está en el dominio del tiempo. La representación de una señal de vibración
en el dominio del tiempo es una "forma de onda", y eso es lo
que se vería en un osciloscopio.
Si la forma de
onda está sujeta a un análisis de
espectro, el resultado es una gráfica de frecuencia vs. Amplitud, llamado un espectro. El espectro está en
el dominio de la frecuencia.
Se dice que la
forma de onda fue "transformada” del dominio del tiempo al dominio de la
frecuencia. La mayoría de los analices en detalle, de datos de vibración de
máquinas se hacen en el dominio de la frecuencia, pero algunas informaciones se
pueden interpretar más fácilmente en el dominio del tiempo.
DIGITALIZACION
La forma como
una imagen
(texto, fotos,
formas, sonido
, movimiento...),
se pueden convertir en un idioma comprensible para las computadoras.
En general las señales exteriores que hacen posible la identificación en su estado
natural, se transforman en código
binario (0’s y 1’s) que mediante la utilización de programas
se pueden transformar de acuerdo a los requerimientos.
Los escáneres
son periféricos
diseñados para registrar caracteres escritos, o gráficos
en forma de fotografías o dibujos,
impresos en una hoja de papel
facilitando su introducción
en la computadora
convirtiéndolos en información
binaria comprensible para ésta.
El funcionamiento de un escáner
es similar al de una fotocopiadora. Se coloca una hoja de papel que contiene
una imagen sobre una superficie de cristal transparente, bajo el cristal existe
una lente especial que realiza un barrido de la imagen existente en el papel;
al realizar el barrido, la información existente en la hoja de papel es
convertida en una sucesión de información en forma de unos y ceros que se
introducen en la computadora.
Para mejorar
el funcionamiento del sistema
informático cuando se están registrando textos, los escáneres se asocian a un
tipo de software
especialmente diseñado para el manejo de este tipo de información en código
binario llamados OCR (Optical Character
Recognition o reconocimiento óptico de caracteres),
que permiten reconocer e interpretar los caracteres detectados por el escáner
en forma de una matriz
de puntos e identificar y determinar qué caracteres son los que el subsistema
está leyendo.
Un caso
particular de la utilización de un scanner,
aunque representa una de sus principales ventajas, es la velocidad
de lectura
e introducción de la información en el sistema informático con respecto al método
tradicional de introducción manual
de datos
por medio del teclado,
llegándose a alcanzar los 1.200 caracteres por segundo.
Así funciona
un escáner:
Una definición simple de escáner podría ser la siguiente: dispositivo que
permite pasar la información que contiene un documento en papel a una
computadora, para de esta manera poder
modificarlo.
Este proceso
transforma las imágenes
a formato digital, es decir en series de 0 y de 1, pudiendo entonces ser almacenadas,
retocadas, impresas o ser utilizadas para ilustrar un texto.
TEOREMA
DE NYQUIST
Desarrollado por H. Nyquist, quien
afirmaba que "una señal analógica puede ser reconstruida, sin error, de
muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser
igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la señal analógica".
La teoría del muestreo define que para una señal de ancho de banda
limitado, la frecuencia de muestreo, fm,
debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B] medida en Hertz [Hz].
fm > 2?B
Supongamos que la señal a ser digitalizada es la voz...el ancho de
banda de la voz es de 4,000 Hz aproximandamente.
Entonces, su razón de muestreo será 2*B= 2*(4,000 Hz), es igual a 8000 Hz,
equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000). Entonces la razón de
muestreo de la voz debe ser de al menos
8000 Hz, para que pueda regenerarse sin error.
La frecuencia 2*B es llamada la razón de muestreo de Nyquist. La mitad de su valor, es llamada algunas veces la
frecuencia de Nyquist.
El teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado matemáticamente por Claude
Shannon en 1949.
Energía, capacidad de un
sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado
de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre
ella. La radiación electromagnética posee energía que depende de su frecuencia
y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia
cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La
energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la
relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un péndulo
que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido;
en todas las posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en
proporciones diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas
la energía mecánica (véase Mecánica), térmica (véase Termodinámica), química
(véase Reacción química), eléctrica (véase Electricidad), radiante (véase
Radiación) o atómica (véase Energía nuclear). Todas las formas de energía
pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. En el
proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero
la suma total permanece constante.
Un peso suspendido de una
cuerda tiene energía potencial debido a su posición, puesto que puede realizar
trabajo al caer. Una batería eléctrica tiene energía potencial en forma
química. Un trozo de magnesio también tiene energía potencial en forma química,
que se transforma en calor y luz si se inflama. Al disparar un fusil, la
energía potencial de la pólvora se transforma en la energía cinética del
proyectil. La energía cinética del rotor de una dinamo o alternador se
convierte en energía eléctrica mediante la inducción electromagnética. Esta
energía eléctrica puede a su vez
almacenarse como energía potencial de las
cargas eléctricas en un condensador o una batería, disiparse en forma de calor
o emplearse para realizar trabajo en un dispositivo eléctrico. Todas las formas
de energía tienden a transformarse en calor, que es la forma más degradada de
la energía. En los dispositivos mecánicos la energía no empleada para realizar
trabajo útil se disipa como calor de rozamiento, y las pérdidas de los
circuitos eléctricos se producen fundamentalmente en forma de calor.
Las observaciones empíricas del
siglo XIX llevaron a la conclusión de que aunque la energía puede transformarse
no se puede crear ni destruir. Este concepto, conocido como principio de
conservación de la energía, constituye uno de los principios básicos de la
mecánica clásica. Al igual que el principio de conservación de la materia, sólo
se cumple en fenómenos que implican velocidades bajas en comparación con la
velocidad de la luz. Cuando las velocidades se empiezan a aproximar a la de la
luz, como ocurre en las reacciones nucleares, la materia puede transformarse en
energía y viceversa (véase Relatividad). En la física moderna se unifican ambos
conceptos, la conservación de la energía y de la masa.
POTENCIA
Potencia (física), el trabajo,
o transferencia de energía, realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual
a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la
que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. La potencia mide la
rapidez con que se realiza ese trabajo. En términos matemáticos, la potencia es
igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del
cual se efectúa dicho trabajo.
El concepto de potencia no se
aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos
mecánicamente. También resulta útil, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos
un circuito eléctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada
cantidad de trabajo para mover las cargas eléctricas a través de la
resistencia. Para moverlas más rápidamente —en otras palabras, para aumentar la
corriente que fluye por la resistencia— se necesita más potencia.
La potencia siempre se expresa
en unidades de energía divididas entre unidades de tiempo. La unidad de
potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia
necesaria para efectuar 1 julio de trabajo por segundo. Una unidad de potencia
tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746
vatios.
EL ESPECTRO DE
Desde el siglo
XVII sabemos, con los trabajos de Newton y Huygens,
que la radiación luminosa, la luz, se desvía al atravesar un medio de densidad
distinta, como el agua. Sufre una dispersión. Resulta que sus componentes se
desvían con diferente ángulo, por lo que al salir del medio que atraviesan,
salen las componentes separadas por distintos ángulos y se pueden identificar
visualmente por los diferentes colores que muestran.
Así, cuando la
luz blanca que procede del sol atraviesa gotas de lluvia, esta se desvía, y sus
componentes, que son las de luz de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul,
añil y violeta, se separan formando el arco iris. Esto ocurre debido a que las
componentes de la luz blanca del Sol, en desplazamiento general de
El espectro de la radiación:
En
determinadas condiciones, los cuerpos emiten energía en forma de radiación.
También los cuerpos absorben la radiación que emiten otros cuerpos, asimilando
energía.
¿Cómo medir la
radiación emitida o la radiación absorbida por los cuerpos? Un aparato capaz de
obtener el espectro de una radiación, es decir, de separar la radiación en sus
componentes, se llama un espectroscopio. Si el aparato es capaz de
fotografiarla se llama un espectrógrafo, y si es capaz de medirla diremos que
se trata de un espectrómetro. Cuando es capaz de medir también la intensidad de
la radiación, se llama espectrofotómetro.
La principal
emisión de radiación de los cuerpos es la radiación electromagnética en forma
de luz visible.
Se dice que el
arco iris es el espectro de la luz visible procedente del sol. En el ejemplo
del espectro constituido por el arco iris, son las gotas de lluvia y el aire
atmosférico lo que hacen de espectroscopio.
La longitud de
onda de la radiación puede ser desde muy pequeña, en el caso de la llamada
radiación gamma, hasta muy grande en las ondas de radio. Se mide, pues, usando
desde nanómetros y ángstroms hasta cientos de metros.
Recordemos que un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro (1 m = 109
nms) y que un Ángstrom es la diez mil millonésima
parte de un metro (1 m = 1010 A), por lo que un nanómetro equivale a
10 Ángstrom (1nm = 10 A)
La luz que
recibimos del Sol es radiación electromagnética que se desplaza a 300.000 kms/s, en su totalidad, pero la longitud de onda no es la
misma en todos los fotones luminosos, sino que varía entre los 4000 A y los
7000 A, aproximadamente, o lo que es lo mismo, entre los 400 nm y los 700 nm. La luz blanca se
descompone, en definitiva, en un espectro de diferentes bandas coloreadas, cada
una definida por una longitud de onda distinta. Así, la luz de menor longitud
de onda es la luz violeta, que es de alrededor de unos 4000 Ángstroms,
y la luz de mayor longitud de onda es la luz roja, que es de alrededor de unos
7000 Ámgstroms.
Sin embargo,
hay radiaciones de mayor y también de menor longitud de onda, es decir, que
tienen una longitud de onda inferior a 4000
Angstroms y que tienen
una longitud de onda superior a los 7000 Angstroms.
Las
radiaciones que van desde el violeta al rojo se dice que forman el espectro
visible, pues procede de la descomposición de la luz blanca.
Las
radiaciones de longitud de onda inferior al violeta se llaman radiación
ultravioleta, rayos X, y rayos gamma, por orden decreciente en la longitud de
onda.
Las radiaciones de longitud de onda
superior al rojo son las denominadas infrarrojo, microondas
y ondas de radio, por orden creciente en longitud de onda.
Espectros
de emisión y espectros de absorción:
Esas
longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada elemento.
También ocurre que cuando un elemento recibe energía no absorbe todas las
longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de “proveerse”.
Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiación con los
huecos o líneas negras del espectro de absorción de la radiación, como si un
espectro fuera el negativo del otro.
Se acostumbra
a llamar “cuerpo negro” al cuerpo ideal que absorbe todas las longitudes de
onda y, por consiguiente, emite radiación también a todas las longitudes de
onda. Sería, en definitiva, un emisor perfecto de radiación. A cada temperatura
emitiría una cantidad definida de energía por cada longitud de onda.
El fracaso en
el intento de explicar la radiación del cuerpo negro desde los conceptos de la
física condujo al descubrimiento de Planck de que la
emisión de energía es un múltiplo de la frecuencia de a radiación:
E = h. u
Los espectros de emisión:
Todos los
cuerpos emiten energía a ciertas temperaturas. El espectro de la radiación
energética emitida es su espectro de emisión. Todos los cuerpos no tienen el
mismo espectro de emisión. Esto es, hay cuerpos que emiten en el infrarrojo,
por ejemplo, y otros cuerpos no.
En realidad,
cada uno de los elementos químicos tiene su propio espectro de emisión. Y esto
sirve para identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos,
inaccesibles para nosotros, como son las estrellas.
Así, el sodio
tiene su característico espectro de emisión, lo mismo que el calcio, o que el
hidrógeno, etc...
Algunos
ejemplos de espectros de emisión:
Diremos que el hidrógeno emite,
dentro del visible, en una cierta longitud de onda del naranja (6560 A), en
otra del azul (4858 A), otra del añil (4337 A) y otra del violeta (4098 A).
El sodio (Na)
emite en el amarillo (bandas de longitudes de onda de 5896 A y 5890 A).
El gas noble Neón (Ne) emite en el espectro visible en las longitudes de onda
de 6402 A (naranja), 5852 A (amarillo) y 5400 A (verde).
El Calcio emite en la longitud
de onda del espectro visible 6162 A (amarillo-naranja), 4454 A y 4435 (color
añil) y 4226 A (violeta).
El Mercurio (Hg) emite radiación en dos longitudes de onda del visible:
5460 A (color verde) y 4358 A (color añil).
Los espectros de absorción:
Y también los
cuerpos absorben radiación emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro
de radiación que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro.
Son lo que se llaman “rayas negras” o simplemente “rayas” del espectro.
También ocurre
con la absorción, que unos cuerpos absorben la radiación de unas determinadas
longitudes de onda y no absorben la radiación de otras longitudes de onda, por
lo que cada cuerpo, cada elemento químico en realidad, tiene su propio espectro
de absorción, correspondiéndose con su espectro de emisión, cual si fuera el
negativo con el positivo de una película.
Algunos
ejemplos de espectros de absorción:
El hidrógeno, pues, absorbe
radiación en las mismas bandas en las que la emite, es decir, absorbe en una
cierta longitud de onda del naranja, en otra longitud de onda del azul, en otra
del añil y en otra del violeta.
También, por consiguiente, el
sodio (Na) absorbe en las mismas bandas de longitud
de onda en las que emite.
El gas Neón absorbe,
naturalmente, las mismas bandas que figuran en su espectro de emisión.
El calcio (Ca)
absorbe también las líneas que figuran en su espectro de emisión.
El mercurio (Hg) absorbe también las mismas líneas que emite.
El Espectro Solar:
Si analizamos mediante un espectroscopio la
luz que nos llega del Sol observamos en el espectro que no es completamente
continuo, sino que aparecen ciertas rayas de absorción. Indicándonos este hecho
que la luz del sol ha atravesado gases que han absorbido las longitudes de onda
que a cada uno de ellos le es característica.
Se observa
fácilmente, por tanto, la existencia de Sodio (las dos líneas amarillas),
hidrógeno, etc...
El primero en
describir las líneas oscuras del espectro solar fue Joseph Von
Fraunhofer (1787-1826), por lo que se le denominaron
"Líneas de Fraunhofer", aunque ya habían
sido descubiertas en 1802 por William H. Wollaston
(1766-1828).
TRANSMICION DE SEÑALES
Continuas
Una de las operaciones que más utilizaremos en
el manejo de señales son sus transformaciones. Transformar una señal es cambiar
la variable que define la señal.
Las señales de partida son:
Desplazamientos en el tiempo
Las señales no cambian de
forma, sólo hacemos que ocurra antes o después de nuestro origen de referencia.
Los factores
fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de
información son el ancho de banda B
y la potencia S de la señal.
El ancho de banda de un canal es el
rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad; por
ejemplo, si un canal puede transmitir con razonable fidelidad una señal cuyas
componentes de frecuencia ocupan un rango de 1,000 hasta un máximo de 5,000 Hz (5 kHz) el ancho de banda será
de 4 kHz.
Para
comprender el papel de B, se
considera la posibilidad de aumentar la velocidad de transmisión de la
información mediante la compresión en el tiempo de la señal. Si una señal se
comprime en el tiempo un factor de dos, se podrá transmitir en la mitad del
tiempo, y la velocidad de transmisión se duplica. Sin embargo, la compresión
por un factor de dos hace que la señal "oscile" dos veces más rápido,
lo que implica que las frecuencias de sus componentes se dupliquen. Para
transmitir sin distorsión esta señal comprimida, el ancho de banda del canal
debe duplicarse. De esta forma, el índice de transmisión de la información es
directamente proporcional a B. Con más generalidad si un canal de ancho de
banda B puede transmitir N pulsos por segundo, entonces, para transmitir KN
pulsos por segundo se necesita un canal de ancho de banda KB. Para reiterar, el
número de pulsos/segundo que pueden transmitirse a través de un canal es
directamente proporcional a su ancho de banda B.
La potencia S
de la señal desempeña un papel dual en la transmisión de información. Primero,
S esta relacionada con la calidad de la transmisión. Al incrementarse S, la
potencia de la señal, se reduce el efecto del ruido de canal, y la información
se recibe con mayor exactitud, o con menos incertidumbre. Una mayor relación de
señal a ruido S/N permite también la transmisión a través de una distancia
mayor. En cualquier caso, una cierta S/N mínima es necesaria para la
comunicación.
Relación Señal a Ruido (S/N
CONVOLUCIÓN
Se denomina convolución a una función, que de forma lineal y continua,
transforma una señal de entrada en una nueva señal de salida. La función
de convolución se expresa por el símbolo *.
En un sistema unidimensional, se dice
que g(x) convoluciona f(x) cuando
donde x’ es una variable de integración.
El resultado de g(x) depende únicamente
del valor de f(x) en el punto x, pero no de la posición de x. Es la propiedad
que se denomina invariante respecto la posición (position-invariant) y es condición necesaria en la definición de las
integrales de convolución.
En el caso de una función
continua, bidimensional, como es el caso de una imagen monocroma, la convolución de f(x,y)
por g(x,y) será:
Cuando se requiere medir
tiempos de retraso en sistemas que presentan problemas de propagación de
señales, se aplica la función de correlación cruzada.
En el presente trabajo con ayuda del analizador B&K 2034 se reafirman los conocimientos
teóricos dados en la clase sobre el
concepto y principales propiedades de la correlación cruzada.
Introducción
La correlación cruzada expresa
que tanta similaridad tienen dos señales de tiempo
diferentes a (t) y b (t) para diferentes desplazamientos de tiempo .
Esta definida como:
Correlación
cruzada
Se emplea tradicionalmente para
medir tiempos de retardo de señales, debidos a problemas de propagación.
También se puede usar para determinar la contribución de alguna medida en la
salida
de un sistema, para cada una de
las diversas fuentes de entrada independientes.
Objetivo:
o Mediante el
manejo adecuado de las funciones referentes a: la correlación cruzada en
el analizador, se podran reforzar los
conceptos dados en la clase de teoria.
Procedimiento
Para efectuar
las pruebas se necesita conectar la unidad de prueba en. Auto correlación,
“Delay ~3ms”, “Noise-off”. Se tiene que conectar de acuerdo a la figura 1.
Sistema de
prueba ZZ0201 y circuito de medición,
para la de mostración de la auto correlación.
El “setup” de medición empleado fue el
predefinido No. 14, utilizado para mediciones de funciones en dominio del
tiempo, como la auto correlación y la correlación cruzada.
Pruebas.
Se realizaron
diferentes pruebas, con diferentes señales de exitación. Obteniendose los
siguientes resultados para:
Señal Impulso
Para la realización de los siguientes ejercicios se requiere que
la unidad de prueba se encuentre en: Correlación cruzada, retraso » 3ms y sin ruido, conectada como se muestra:
. Transitorio en CH Ha, parte
real.
Transitorio en CH B a 2.899ms del transitorio
de canal A, parte real.
Señal impulso con retraso y
bajo ruido.
o
Ahora se requiere que la unidad de prueba se encuentre en:
Correlación cruzada, retraso » 3ms y bajo ruido,
obteniéndose las siguientes gráficas:
o
Señal en tiempo, canal A, parte real. Gráfica superior 6.
o
Señal en tiempo con retraso y bajo ruido, canal B, parte real.
Gráfica inferior 6.
o
Correlación cruzada, parte real, eje-x: 0.00 ms
+7.81 ms sin corrección bow
tie. Gráfica 7.
o
Correlación cruzada, magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes
lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
sin corrección bow tie.
Gráfica 8.
o
Correlación cruzada, parte real, eje-x: 0.00 ms
+7.81 ms con corrección bow
tie. Gráfica 9.
Señal de impulso de la señal
con retraso y alto ruido.
o
Ahora se requiere que la unidad de prueba se encuentre en:
Correlación cruzada, retraso » 3ms y alto ruido,
obteniéndose las siguientes gráficas:
o
Señal en tiempo, canal A, parte real. Gráfica superior 11.
o
Señal en tiempo con retraso y alto ruido, canal B, parte real.
Gráfica inferior 11.
o
Correlación cruzada, parte real, eje-x: 0.00 ms
+7.81 ms sin corrección bow
tie. Gráfica 12.
o
Correlación cruzada, magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes
lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
sin corrección bow tie.
Gráfica 13.
o
Correlación cruzada, parte real, eje-x: 0.00 ms
+7.81 ms con corrección bow
tie. Gráfica 14.
o
Correlación cruzada, magnitud, eje –y: unidades absolutas, ejes
lineales, eje-x: 0.00 ms +7.81 ms
con corrección bow tie.
Gráfica 15.
Correlación cruzada en su parte
real de las señales de tiempo de la gráfica 11, sin corrección Bow tie.
Magnitud de la correlación
cruzada de las señales en tiempo anteriores, sin corrección Bow
tie.
Parte real de la correlación cruzada de las
señales en tiempo anteriores, con corrección Bow Tie.
Magnitud de la correlación
cruzada
La magnitud de la correlación cruzada es una cantidad vectorial,
es decir, es el vector resultante de la parte real (eje x )
y la parte imaginaria (eje y), ambos perpendiculares entre sí. (Figura 2)
La correlación cruzada es una
cantidad vectorial.
La correlación cruzada generada por la unidad de prueba
seleccionando correlación cruzada con retraso y sin ruido está dada por las
siguientes gráficas.
Parte real de la correlación
cruzada de un impulso de excitación.
Se observa que la correlación
cruzada presenta un cruce por cero a un tiempo de 3 ms,
este cruce indica que la correlación cruzada se encuentra entre los ejes real e
imaginario, es decir el coeficiente de correlación solamente puede ser obtenido
a través de su magnitud. Es importante mencionar que la correlación cruzada es
calculada por el analizador a través de la transformada de Hilbert.
Funciones de peso.
Se emplean la ventana de
transitorios o la ventana rectangular en tiempo, la cual es apropiada para
transitorios más cortos que la longitud de la grabación, la diferencia entre
ambas radica en que la ventana de transitorios permite elegir la longitud de la
ventana.
Para la realización de los
siguientes ejercicios se requiere que la unidad de prueba se encuentre en:
Correlación cruzada, retraso » 3ms y sin ruido o ruido bajo o ruido alto, y en el analizador se
elija una ventana tipo transitorios. Al ser elegida la ventana es
automáticamente mostrada sobrepuesta en la posición de la función de tiempo.
Una de las importantes aplicaciones de esta ventana es que con ella se pueden
editar las funciones en tiempo después de que han sido adquiridas
Señales en tiempo, superior:
señal sin retraso y sin ruido; inferior: señal con retraso y sin ruido.
Parte real de la correlación
cruzada de las señales en tiempo de la gráfica 18
Señales en tiempo, superior:
señal sin retraso y sin ruido; inferior: señal con retraso y bajo ruido.
Parte real de la correlación
cruzada de las señales en tiempo de la gráfica 18.
Señal con retraso » 3ms y alto ruido.
Señales en tiempo, superior:
señal sin retraso y sin ruido; inferior: señal con retraso y sin ruido.
Parte real de la correlación cruzada de las
señales en tiempo de la gráfica 18.
Ventana tipo exponencial
Este mismo análisis puede ser aplicado a una señal de prueba pero
empleando una ventana tipo exponencial, cuya principal característica es que
permite ****, su forma de aplicación es la misma que para una ventana tipo
transitorios.
Señal con retraso » 3ms y sin ruido.
Señal con retraso » 3ms y alto ruido.
Excitación azarosa
Aplicando en el campo Generador del analizador la función “ruido
azaroso”, se observa que la función en tiempo en ambos canales no presentan correlación o similaridad,
sin embargo, se puede observar en las siguientes gráficas la existencia de un
pico.
La función de correlación cruzada graficada en:
·
Parte imaginaria, gráfica
·
En fase, gráfica
·
En Nyquist, gráfica
MODULACION
"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora
de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una
codificación"
"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de
información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un
a canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para
facilitar su transmisión."
Una portadora
es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como la
amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda
base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene
la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia (FM), o la modulación
en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y FM
correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la
portadora varía en proporción a s(t).
MODULACION
ANALOGICA
Modulación de una onda portadora mediante una señal analógica moduladora.
MODULACIÓN
DIGITAL
Modulación de una onda portadora mediante una señal digital moduladora.
MODULACIÓN DE FRECUENCIA (FM).
La modulación
de amplitud tiene en la práctica dos inconvenientes: por un lado, no siempre se
transmite la información con la suficiente calidad, ya que el ancho de banda en
las emisiones está limitado; por otra parte, en la recepción es difícil
eliminar las interferencias producidas por descargas atmosféricas, motores,
etc.
La modulación de frecuencia consiste en varar la frecuencia de la onda
portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud
de la onda modulada es constante e igual que la de la onda portadora.
La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda
moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz,
la onda modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto
de su frecuencia central, que es la portadora; además el grado de esta
variación dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que denominamos
“índice de modulación”.
MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM) .
DEMODULACION DE PM
Es idéntico a la recepción de FM, pero la decodificación de la
señal de
interés(moduladora) es por la detección
de FASE de esa señal.
Graficar la ecuación (-3-)
e = Ac cos( wc t + kf
Am sen wm t)
wm
a b
Tiene la forma cos (a+b) =[cos a . cos b - sen a . sen b] da una serie de Bessel
Figura:TR09_08.
La función de Bessel, da un conjunto de
armónicas con la característica de dar una
respuesta de fase lineal y retardo
constante para un rango limitado de frecuencia.
Justamente desde el punto de vista práctico, cualquier modulación
tiene acotado un rango
ASK:
Modulación digital de amplitud.
Consiste en cambiar la amplitud de la
sinusoide entre dos valores posibles; si uno de los valores es cero se le llama
OOK (On-Off keying). La aplicación más popular de ASK son las
transmisiones con fibra óptica ya que es muy fácil "prender" y
"apagar" el haz de luz; además la fibra soporta las desventajas de
los métodos de modulación de amplitud ya que posee poca atenuación. Otra
aplicación es el cable transoceánico.
El modulador es un simple multiplicador de los
datos binarios por la portadora. A continuación se ilustra un ejemplo de un
mensaje en banda base y el resultado de modular en ASK(OOK).
ASK puede ser definido como un sistema banda base con una señal para el "1"
igual a s1(t) y una señal para el cero igual a s0(t) = 0.
Definamos una señal b(t) que toma el valor de 1
cuando el bit enviado es un UNO y –1 cuando el bit enviado es un CERO.
Como se observa b(t) es una
onda NRZ polar, por lo tanto su espectro, que es infinito, quedará trasladado a
fc . Como el espectro de b(t)
es un Sinc2 con cortes cada fb=1/tb, y como siempre se elige fc
mucho mayor quefb, entonces el espectro de
la señal ASK quedará:
Se observa que el ancho de banda práctico es 2fb el cual es
el doble del requerido en transmisión banda base. Otro parámetro que será muy
útil sobre todo en modulación multinivel es la
constelación que a continuación definiremos:
La constelación consiste en representar la señal modulada en función de
una o varias funciones ortonormales (ortogonales de
energía unitaria).
Por ejemplo si fc = nfb
la función u1(t) definida como sigue,
tiene energía unitaria en un intervalo de tiempo igual a tb.
La gráfica de xASK(t) en función de u1(t) recibe el nombre de
constelación. En este caso luciría como:
La distancia entre los posibles valores de la señal es muy importante,
ya que representará la fortaleza que tiene la modulación frente al ruido.
Observe que si los símbolos están más distanciados, será mas difícil que uno se
convierta en otro por efectos del ruido añadido en el sistema.
FSK:
Modulación digital de frecuencia.
Consiste en variar la frecuencia de la portadora de acuerdo a los datos.
Si la fase de la señal FSK es continua, es decir entre un bit
y el siguiente la fase de la sinusoide no presenta discontinuidades, a la
modulación se le da el nombre de CPFSK (Continuous Phase FSK) y será la que analizaremos a continuación.
La siguiente figura ilustra un mensaje y
la señal CPFSK resultante
La continuidad de la fase se logra cuando
La Densidad espectral de potencia de la señal FSK puede obtenerse
conociendo que:
Por lo tanto
Observe que esto puede verse como dos ondas ASK
La constelación de la señal CPFSK se construye luego de definir las
siguientes funciones ortonormales
:
PSK: Modulación digital de fase.
Aunque PSK no es usado directamente, es la base para entender otros sistemas
de modulación de fase multinivel. Consiste en variar
la fase de la sinusoide de acuerdo a los datos. Para el caso binario, las fases
que se seleccionan son 0 y p. En este caso la modulación de fase recibe el
nombre de PRK (Phase Reversal
Keying).
El espectro es parecido al de ASK solo que no incluye las deltas de Dirac. Esto implica un ahorro de potencia. El ancho de
banda resulta igual al de ASK o sea 2fb
La constelación muestra que esta es la modulación que presenta la mayor
distancia entre los puntos de la misma; esto la convierte en la de mayor
fortaleza frente al ruido.
CDMA
CDMA es una forma de "el cobertor - el espectro
“, una familia
de técnicas de comunicación digitales que se han usado en las aplicaciones
militares durante muchos años. El principio del centro de espectro del cobertor
es el uso de ruido -
el portador ondea, y, cuando el nombre implica, el ancho de banda es más ancho
que el requerido para el punto simple - a - la comunicación del punto a la
misma proporción de los datos.
Había dos motivaciones originalmente: o para resistirse los esfuerzos enemigos
para bloquear las comunicaciones, o para esconder el hecho que la comunicación
incluso estaba teniendo lugar.
Tiene una historia que regresa a los
días de la Segunda Guerra
Mundial.
El uso de CDMA para las
aplicaciones de la radio
móviles civiles es nuevo. Era propuesto teóricamente en los años 1940, pero la
aplicación práctica en el mercado
civil el lugar no tardó después hasta 40 años. Comercialmente las aplicaciones
se colocaron posiblemente debido a dos desarrollos evolutivos.
Uno era la disponibilidad de costo
muy bajo, la densidad
alta digital integró circuitos
que reducen el tamaño, peso, y costo de las estaciones del subscriptor a un
nivel aceptablemente bajo. El otro era la realización óptima de la comunicación
de acceso múltiple que requiere que todas las estaciones del usuario regulan en
su transmisor
los poderes al más bajo, eso logrará una adecuada calidad señalada.
La tecnología CDMA cambia la naturaleza
de la estación del subscriptor de un predominante dispositivo analógico a un
predominante dispositivo digital.. En CDMA los
receptores no eliminan el proceso
analógico completamente, pero ellos separan la comunicación encauza por medio
de un pseudo - modulación del azar que es aplicado y alejado en el dominio
digital, no en base a la frecuencia. Los usuarios múltiples ocupan la misma
banda de frecuencia. Esta frecuencia universal no es fortuito.
Al contrario, es crucial al muy alto eficacia
espectral que es el sello de CDMA.
REDES
Redes
de comunicación,
posibilidad de compartir con carácter universal la información entre grupos de
computadoras y sus usuarios; un componente vital de la era de la información.
La generalización del ordenador o computadora personal (PC) y de
la red de área local (LAN)
durante la década de
Las redes que permiten
todo esto son equipos avanzados y complejos. Su eficacia se basa en la
confluencia de muy diversos componentes. El diseño e implantación de una red mundial de ordenadores es uno de los
grandes ‘milagros tecnológicos’ de las últimas décadas.
CLASIFICACIÓN DE LAS REDES
Una primera clasificación
de las redes puede hacerse teniendo en cuenta el espacio físico por el que se
encuentran distribuidas. De esta forma, puede hablarse de la siguiente
división:
·
Redes de área local (LAN): Es una red cuyos
componentes se encuentran dentro de una misma área limitada, como por ejemplo
un edificio.
·
Red Metropolitana (MAN): Es una red que se extiende por varios edificios
dentro de una misma ciudad. Poseen un cableado especial de alta velocidad para
conectarlas utilizando la red establecida de telefónica.
·
Red de área extensa (WAN): Cuando se habla de una red de área extensa
se está haciendo referencia a una red que abarca diferentes ciudades e incluso
diferentes países.
·
TIPOS DE CONFIGURACIONES
DE RED
Básicamente existen tres
tipos de configuraciones que engloban a todas las redes existentes en el
mercado, independientemente del fabricante.
·
Peer to
peer (Punto a punto): Cada estación de trabajo
puede compartir sus recursos con otras estaciones de trabajo que están en la
red.
·
Comparición de recursos: Con este método los recursos a compartir
están centralizados en uno o más servidores. En estos servidores está toda la
información. Las estaciones de trabajo no pueden compartir sus recursos.
·
Cliente/Servidor:
En este tipo de redes, las aplicaciones se parten entre el servidor y las
estaciones de trabajo. En el Front End, la parte cliente de la aplicación acepta las
peticiones del usuario, las prepara para el servidor y espera una respuesta del
mismo. En el Back End, el servidor recibe la petición
del cliente, la procesa y proporciona el servicio deseado por el cliente. El
cliente ahora presenta los datos u otro resultado al usuario a través de su
propia interfaz.
TIPOS DE REDES DE ÁREA
LOCAL
Los tipos más comunes de
redes de área local son: Ethernet, Token Ring, ArcNet.
Desde 1970 la Red
Ethernet es la tecnología más representativa de las redes
de trabajo. Hay un estimado que en 1996 el 82% de todos los equipos de redes
eran Ethernet. En 1995 el estándar Fast ethernet fue aprobado por
Fast Ethernet fue publicada
por un aliancia de consorcio de industriales. En Mayo
de 1996 se formó la alianza Gigabit Ethernet conformada por 11 compañías, poco después
El nuevo estándar Gigabit Ethernet
será compatible completamente con las instalaciones existentes de redes Ethernet. Reteniendo el mismo método de acceso CSMA/CD, soportará modos de operaciones como Full-Duplex
y Half-Duplex.
Inicialmente, suportará fibra mono-modo y multi-modo
y cable coaxial short-haul.
Al comienzo, Gigabit Ethernet
es aceptada para ser empleada como backbone en redes
existentes. Estas pueden ser usadas para agregar trafico
entre clientes y "server
farms" e interconectando switches
Fast Ethernet, estos pueden
ser usados para interconectar workstation y servidores de aplicaciones de alto ancho de
banda tales como imágenes medicas o CAD.
TOKEN RING
El anillo con testigo es
la norma 802.5 del IEEE. Una red en anillo con paso de testigo se puede
configurar en una topología en estrella. IBM hizo posible la norma con la
comercialización de la primera red Token Ring a 4 Mbit/seg. a mediados de los 80. Aunque la red físicamente aparece como
una configuración en estrella, internamente, las señales viajan alrededor de la
red de una estación a la siguiente. Por tanto, la configuración del cableado y
la adición o supresión de un equipo debe asegurar que se mantiene el anillo
lógico. Las estaciones de trabajo se conectan a los concentradores centrales
llamados unidades de acceso multiestación (MAU). Para
crear redes grandes se conectan múltiples concentradores juntos. Las tarjetas
de Token Ring de IBM están
disponibles en una versión a 4 Mbit/seg. y en otra a 16 Mbit/seg. Son
comunes el cable de par trenzado no apantallado y las MAUS con 16 puertos.
ARCNET
La red
de computación de recursos conectados ARCNET es un sistema de red banda base
con paso de testigo que ofrece topologías flexibles de estrella y bus a un
precio bajo. Las velocidades de transmisión son de 2,5 Mbit/seg.
y en ARCNET Plus de 20 Mbit/seg.
ARCNET proporciona
una red robusta que no es tan susceptible a fallos como
La topología de
una red define únicamente la distribución del cable que interconecta los
diferentes ordenadores, es decir, es el mapa de distribución del cable que
forma la intranet.Define cómo se organiza el cable de
las estaciones de trabajo.
A la hora de
instalar una red, es importante seleccionar la topología más adecuada a las
necesidades existentes.
Hay una serie de
factores a tener en cuenta a la hora de decidirse por una topología de red
concreta y son:
·
La
distribución de los equipos a interconectar.
·
El
tipo de aplicaciones que se van a ejecutar.
·
La
inversión que se quiere hacer.
·
El
coste que se quiere dedicar al mantenimiento y actualización de la red local.
·
El
tráfico que va a soportar la red local.
·
La
capacidad de expansión. Se debe diseñar una intranet
teniendo en cuenta la escalabilidad.
Arquitectura de una Red
No se debe confundir el término topología
con el de arquitectura.
La arquitectura de una red engloba:
·
La
topología.
·
El
método de acceso al cable.
·
Protocolos
de comunicaciones.
Actualmente la topología está directamente
relacionada con el método de acceso al cable, puesto que éste depende casi
directamente de la tarjeta de red y ésta depende de la topología elegida.
Topología física
Es lo que hasta ahora se ha venido definiendo; la
forma en la que el cableado se realiza en una red. Existen tres topologías
físicas puras:
·
Topología
en anillo.
·
Topología
en bus.
·
Topología
en estrella.
Existen mezclas de topologías físicas, dando lugar
a redes que están compuestas por mas de una topología
física.
·
Topología
en bus
Consta
de un único cable que se extiende de un ordenador al siguiente de un modo
serie. Los extremos del cable se terminan con una resistencia denominada terminador, que además de indicar que no existen más
ordenadores en el extremo, permiten cerrar el bus.
Sus
principales ventajas son:
o
Fácil
de instalar y mantener.
o
No
existen elementos centrales de los que dependa toda la red, cuyo fallo dejaría inoperativas a todas las estaciones.
Sus
principales inconvenientes son:
o
Si se
rompe el cable en algún punto, la red queda inoperativa
por completo.
·
Topología
en anillo
Sus
principales características son:
o
El
cable forma un bucle cerrado formando un anillo.
o
Todos
los ordenadores que forman parte de la red se conectan a ese anillo.
o
Habitualmente
las redes en anillo utilizan como método de acceso al medio el modelo
"paso de testigo".
Los
principales inconvenientes serían:
o
·Si se
rompe el cable que forma el anillo se paraliza toda la red.
o
Es
difícil de instalar.
o
Requiere
mantenimiento.
Topología en Estrella
Sus principales características son:
·
Todas
las estaciones de trabajo están conectadas a un punto central (concentrador),
formando una estrella física.
·
Cada
vez que se quiere establecer comunicación entre dos ordenadores, la información
transferida de uno hacia el otro debe pasar por el punto central
·
Si se
rompe un cable sólo se pierde la conexión del nodo que interconectaba.
·
Es
fácil de detectar y de localizar un problema en la red.
Un
Protocolo
es una serie de reglas que indican a una Terminal cómo debe llevar a cabo el proceso
de comunicación. (fig. anterior)
Dos
terminales que se comunican pueden tener una arquitectura
y un sistema
operativo diferente que hace imposible una comunicación directa
entre ambas. Debido a esto se han desarrollado protocolos
que estandarizan la forma en que dos terminales deben establecer comunicación y
lo hacen desde cuestiones físicas (por ejemplo tipo de cable, niveles de
voltaje, frecuencia, etc.) hasta cuestiones meramente de software
(representación de datos, compresión y codificación, entre otras cosas).
Ahora
bien, dos elementos que intervienen en el proceso de comunicación lo forman el
paquete de información que
Los
protocolos o normalizaciones son establecidos por organizaciones
de reconocimiento mundial, pro ejemplo la ISO,
IEEE, ANSI, etc. Existen tres tipos de estandarizaciones.
6-a.
Normas
por imposición. Este tipo de normas son impuestas por una organización y debe
seguirse en estos terrenos para asegurar comunicación.
6-b.
Normas por convención. Este tipo de normas son tomadas como tal bajo común
acuerdo de distintas organizaciones o grupos
de usuarios; éstas fueron tomadas por normas debido a su alto desempeño
o que son las únicas en su tipo, sin embargo quien las diseñó no intentaba que
fueran una norma impuesta.
Los principales
tipos de redes
Red de comunicaciones
Protocolo de redes
Protocolos más utilizados.
Los
principales tipos de redes
Hay dos principales tipos de red: punto-a-punto y basada en servidor.
En una red punto a punto cada computadora puede actuar como cliente y como
servidor. Las redes punto a punto hacen que el compartir datos y periféricos
sea fácil para un pequeño grupo de gente. En una ambiente punto a punto, la
seguridad es difícil, porque la administración no está centralizada.
Las redes basadas en servidor son mejores para compartir gran cantidad de
recursos y datos. Un administrador supervisa la operación de la red, y asegura
que la seguridad sea mantenida. Este tipo de red puede tener unos o mas servidores, dependiendo del volumen de tráfico, número
de periféricos etc. Por ejemplo, puede haber un servidor de impresión, un
servidor de comunicaciones, y un servidor de base de datos, todos en una misma
red.
Hay combinaciones de redes lo cual tiene ambas características: de red punto a
punto y basada en servidor . Este tipo de red es la mas comúnmente usada, pero requiere de un entrenamiento
extenso y planeado para su máxima productividad.
Las características de los dos principales tipos de red están resumidas abajo.
Tamaño
Buena hasta 10 usuarios
Limitada solo por el servidor y el hardware de red.
Seguridad
Establecida por el usuario de cada computadora
Extensa, consistentes recursos, y seguridad para los usuarios
Administración
Cada usuario es responsable de su administración. No es necesario administrador
de tiempo completo.
Centralizada para control consistente de la red. Requiere al menos de un
administrador con conocimientos.
RED DE COMUNICACIONES
Es el conjunto de recursos, tales como las líneas de transmisión, enlaces y
nodos de conmutación, que permiten la comunicación entre usuarios de los
terminales (teléfonos, estaciones de datos, etc.) conectados a ellas.
Red-corporativa
Son redes compuestas por centralitas, ordenadores o redes de área local propias
de una entidad (empresa, firma, organismo, etc.) y unidas mediante enlaces
privados o públicos, que contienen a nivel de su red las prestaciones de la red
publica y las suyas propias.
Red de área extensa
Normalmente expresada de forma abreviada y en inglés como "WAN", es
una red de comunicaciones, de concepto análogo a LAN,
pero en distancias mayores y por lo general con recurso a las redes públicas de
telecomunicaciones para los enlaces entre distintas sedes.
Red de área local
Es una red de comunicaciones, normalmente privada, que abarca una extensión de
pocos kilómetros y a la que se pueden conectar diferentes dispositivos;
ordenadores, impresoras, teléfonos, etc. Tradicionalmente se consideran tres
tipos de topología: en estrella, en bus y en anillo. Abreviadamente se expresa
en castellano como "RAL" y en inglés como "LAN".
Red de comunicaciones personales
Técnica de radio celular digital que utiliza el estándar GSM modificado con
frecuencias en la banda de 1,7 - 1,9 GHz para dar un
servicio radio móvil a un mercado masificado. (Ver Sistema GSM).
Red de valor añadido
Redes que dan servicio a usuarios externos, suministrados por empresas privadas
y que ofrecen servicios adicionales a los de comunicaciones.
Red digital integrada
Nivel intermedio de evolución de una red de comunicaciones hacia
Red digital de servicios integrados
Es una red de comunicaciones, digital, de banda estrecha, que evolucionó a
partir de la red telefónica y permite conectividad digital de usuario a
usuario, proporcionando servicios telefónicos y no telefónicos entre los
mismos. Normalmente se expresa como "RDSI" o "RDSI-BE".
Red digital de servicios integrados de banda ancha
Es la evolución lógica de
Red-GSM
Es una red de telefonía celular digital de ámbito europeo. La infraestructura
básica de una red GSM, es similar a la de cualquier otra red de telefonía
celular. El sistema dispone de una red de células de radio contiguas, que
juntas dan cobertura completa al área de servicio. Cada célula tiene una
Estación Base Transceptora (BTS) con un grupo de
frecuencias diferente al de las células adyacentes.
Las estaciones base transceptoras son controladas por
el denominado Controlador de Estación Base (BSC) para el manejo de la potencia
y conmutación de la llamada en curso. A su vez, un grupo de los controladores
de estación base es servido por un Centro de Conmutación de Servicios Móviles
(MSC) el cual direcciona o encamina las llamadas
hacia la red pública de conmutación telefónica (RTPC),
Red-híbrida
Red compuesta por centrales analógicas y digitales.
Red-jerárquica
Red con varios niveles de comunicación representados por sus nodos
correspondientes. La información de origen recorre los nodos en nivel
ascendente y luego en orden descendente hasta su nodo destino.
Red-microcelular
Es un desarrollo de Vodafone para una red de tipo GSM
que utiliza transmisores-receptores portátiles de baja potencia. Actualmente
está disponible en áreas urbanas con alta densidad de población y se conoce
como servicio MetroDigital. Los cargos son menores si
las llamadas se realizan desde el área o célula local.
Red-privada
Red de un único usuario. Los medios de transmisión y conmutación pueden ser de
su propiedad o en régimen de alquiler.
Red privada móvil
Red de radio móvil, que normalmente funciona en semiduplex
y es utilizada por una sola organización o usuario. Utiliza transmisores de
larga distancia y situados en lugares elevados para mejorar la cobertura.
Normalmente se denominan de forma abreviada "PMR". Estas redes no
utilizan la tecnología celular.
Red privada virtual
Entidad dentro de una Red Digital de Servicios Integrados, que suministra una
serie de servicios dedicados a dar prestaciones de red privada al abonado, como
conferencia o conversión de numeración.
Red pública de telecomunicaciones
Red pública móvil terrestre
Red de comunicaciones formada por un conjunto de centros de conmutación de
servicios móviles dentro de un mismo plan de numeración y direccionamiento. El
centro de conmutación de móviles es el interfaz entre la red fija y la red de
móviles.
Redes-prohibidas
Característica del módulo de identidad de abonado del sistema GSM, por la que
la estación móvil almacena la información sobre las redes a las que tiene el
acceso prohibido.
PROTOCOLO DE REDES
Un Protocolo es una serie de reglas que indican a una terminal cómo debe llevar
a cabo el proceso de comunicación. (fig. anterior)
Dos terminales que se comunican pueden tener una arquitectura y un sistema
operativo diferente que hace imposible una comunicación directa entre ambas.
Debido a esto se han desarrollado protocolos que estandarizan la forma en que
dos terminales deben establecer comunicación y lo hacen desde cuestiones
físicas (por ejemplo tipo de cable, niveles de voltaje, frecuencia, etc.) hasta
cuestiones meramente de software (representación de datos, compresión y
codificación, entre otras cosas).
Ahora bien, dos elementos que intervienen en el proceso de comunicación lo
forman el paquete de información que la terminal transmisora dirige a la
terminal receptora; este paquete contiene entre otras cosas direcciones,
información de usuario e información para corrección de errores, requeridos
para que alcance a la terminal receptora. Además se encuentra obviamente el
protocolo de comunicación.
Los protocolos o normalizaciones son establecidos por organizaciones de
reconocimiento mundial, pro ejemplo
6-a. Normas por imposición. Este tipo de normas son impuestas por una
organización y debe seguirse en estos terrenos para asegurar comunicación.
6-b. Normas por convención. Este tipo de normas son tomadas como tal bajo común
acuerdo de distintas organizaciones o grupos de usuarios; éstas fueron tomadas
por normas debido a su alto desempeño o que son las únicas en su tipo, sin
embargo quien las diseñó no intentaba que fueran una norma impuesta.
PROTOCOLO
Este protocolo está basado en la arquitectura de redes estratificada, en ésta
arquitectura el proceso de comunicación se divide en etapas y a cada etapa le corresponde
un protocolo diferente, algunas etapas son implementadas en hardware y otras en
software y otras en una combinación de las dos.