miércoles, 26 de agosto de 2015

Señales digitales.


La señal digital es una señal discreta que recoge tan sólo determinados valores para todo el tiempo.

Se trata de la señal cuyos signos representan ciertos valores discretos que contienen información codificada lógica binaria  estados  unos  ceros, que indican el estado alto o bajo del nivel de tensión eléctrica.

Una señal digital pierde poca calidad y puede reconstruirse y amplificarse en un proceso simultáneo. Estas señales, además, pueden procesarse de manera sencilla y son poco susceptibles al ruido ambiental.
Sus parámetros son:
- Altura de pulso (nivel eléctrico)
- Duración (ancho de pulso)
- Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)


Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.


Ventajas de las señales digitales.

- La ventaja principal de la transmisión digital es la inmunidad al ruido. Las señales analógicas son más susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud no deseada, frecuencia y variaciones de fases.
- Se prefieren a los pulsos digitales por su mejor procesamiento y multicanalizaciones que las señales analógicas. Los pulsos digitales pueden guardarse fácilmente, mientras que las señales analógicas no pueden.
- Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación de señales, por lo tanto producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica.
- Las señales digitales son más sencillas de medir y evaluar.
- Los sistemas digitales están mejores equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo, detección y corrección de errores), que los sistemas analógicos


Desventajas de las señales digitales:

Necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior en el momento de la recepción.
- Requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj del transmisor con respecto a los del receptor.
- Pérdida de calidad cada vez mayor en el muestreo respecto de la señal original.

Señales analógicas.


      La señal analógica es una señal continua que recoge valores para todo el tiempo. Son ondas continuas que conducen la información alterando las características de las ondas. Estas cuentan con dos parámetros: AMPLITUD Y FRECUENCIA. Por ejemplo; la voz y todos los sonidos viajan por el oído humano en forma de ondas, cuantas más altas sean las ondas más intenso será el sonido y cuanto más cercanas estén unas de otra mayor será la frecuencia o tono. Por ejemplo una señal analógica que es continua es: la variación de temperatura de un ambiente en cada instante, que podría ser detectado por un sensor como el del aire acondicionado.





Ejemplo de ondas analógicas: la radio, el teléfono, equipos de grabación.

Características:

• Se transmite sin importar su contenido
• Puede provenir de datos digitales o analógicos.
• Uso de amplificadores para mejorar la señal.
• También amplifica el ruido.


Parámetros de la Señal Analógica

-Valor de pico (VP): Es el valor máximo que alcanza una señal; también se le llama amplitud. Si el máximo positivo es igual al máximo negativo, denominamos valor de pico a pico (Vpp) a la suma sin signo de los dos valores. Por tanto, [Vpp=2Vp].

-Periodo (T): Es el tiempo que tarda en ejecutar un ciclo. Entendemos por ciclo cada repetición de la señal. El periodo se mide en segundos, y se emplean más habitualmente los submúltiplos.

-Frecuencia (F): Es el número de ciclos que una señal periódica ejecuta por segundo, y su unidad es el Herzio (Hz).


Ventajas y desventajas de la señal analógica

La principal ventaja es la correcta y ajustada definición de la señal analógica que tiene el potencial para una cantidad infinita de resolución de la señal. En comparación con las señales digitales, las señales analógicas son de mayor densidad. Otra de las ventajas con las señales analógicas es que su tratamiento se puede lograr más sencillo que con el equivalente digital. Una señal analógica puede ser procesada directamente por los componentes analógicos, aunque algunos procesos no están disponibles, excepto en forma digital.

La principal desventaja de la señal analógica son los efectos del ruido aleatorio que pueden hacer que la pérdida y la distorsión de la señal hagan imposible su recuperación.


Equipo analógico

Un equipo analógico es un equipo en que las cantidades físicas son continuas, como la electricidad, el líquido o el movimiento mecánico, se utilizan para representar (por analogía), las cantidades del problema a resolver. El sistema analógico está configurado de acuerdo a las condiciones iniciales y después se permite cambiar libremente.




Tipos de propagación de las ondas de radio. Comentario personal, ventajas e inconvenientes de estos tipos de propagación.


PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE RADIO.

       Los métodos principales y más utilizados de propagación de las ondas de radio son los siguientes:

- Propagación por onda terrestre.  En esta forma de propagación las ondas de radio siguen la curvatura terrestre. Las ondas son capaces de alcanzar grandes distancias. Las características del suelo influyen notablemente en su forma de propagación: por ejemplo, en suelos húmedos, como los océanos, viajan con mayor facilidad. La propagación mediante este sistema es útil para frecuencias inferiores a los MHz, es una de las mejores formas para propagar una onda de baja frecuencia a larga distancia.


- Propagación por ondas ionosféricas. Las ondas tienden a subir hacia el espacio pero se encuentran con la ionosfera, que es una capa de la atmósfera que se encuentra de 80-800 km (NASA) de altura, y rebotan hacia la superficie terrestre. Una vez llegan otra vez a la tierra vuelven a rebotar hacia la atmosfera, así sucesivamente hasta que llegan a su destino. Este tipo de propagación puede conectar puntos a miles de kilómetros distantes entre sí. Un punto negativo es que, como las propiedades de la ionosfera cambian durante el ciclo día-noche o según la estación del año, también lo harán las comunicaciones. Por ejemplo, las comunicaciones en invierno y durante la noche son más favorables.


- Propagación por ondas directas. Este tipo de propagación se utiliza por encima de los 50 MHz, ya que las frecuencias altas se ven menos afectadas por los fenómenos atmosféricos, atraviesa la atmósfera; no obstante, también tiene el inconveniente de que el tipo de onda que transporta es bastante vulnerable a los obstáculos, aunque esto se puede corregir mediante el empleo de satélites. Este sistema se usa, por ejemplo, para la radio FM y la televisión. Hoy en día se usan satélites que reciben y emiten la señal mediante este sistema, por lo que las ondas alcanzan miles de kilómetros.





         Existen otros métodos de propagación de las ondas, pero los más usados actualmente y los más eficaces son los expuestos aquí.



TIPO DE PROPAGACIÓN DEPENDIENDO DE LA FRECUENCIA.


FRECUENCIA
PROPAGACIÓN
ELF-Extremely Low Frecuency
Propagación por onda terrestre. Están en desuso porque hacen falta antenas muy grandes y se puede enviar poca información.
SLF-Super Low Frecuency
ULF-Ultra Low Frecuency
VLF-Very Low Frecuency
Propagación por onda terrestre y/o ionosférica.
LF-Low Frecuency
Propagación por onda terrestre.
MF-Medium Frecuency
Por onda terrestre y/o ionosférica durante la noche.
HF-High Frecuency
Por ondas ionosféricas.
VHF-Very High Frecuency
Por onda directa. Esporádicamente ionosférica.
UHF-Ultra High Frecuency
Propagación directa. A través de satélites.
SHF-Super High Frecuency
EHF-Extremely High Frecuency






























COMENTARIO PERSONAL.

       Mediante este comentario personal me propongo resaltar las principales ventajas e inconvenientes que ha tenido el desarrollo de los sistemas de comunicación en los últimos tiempos. 


   Consecuencias prácticas de los estudios de Maxwell, culminados por Hertz.

              Los estudios de estos dos científicos tuvieron un antes y un después por las consecuencias significativas que tuvieron en los aparatos para la comunicación global. Popov en Rusia, Tesla en Estados Unidos y Marconi en el Reino Unido lograron transmitir ondas radiales, pero fue este último, Marconi, quien patentó la radio como tal.

              Antes del invento de la radio nos encontramos con diferentes sistemas para la comunicación: el primero fue la invención del papel, desde tiempos antiguos; en el siglo XIV llegó la imprenta, que supuso la posibilidad de comunicar el mensaje a más gente; a principios del siglo XIX se inventó el telégrafo, que supuso un gran avance en las comunicaciones, como la reducción de tiempo entre los mensajes, pero también tenía algunas desventajas como la complejidad de uso y los grandes tendidos  de cables para conectar unas estaciones a otras; a mediados del siglo XIX Antonio Meucci inventó el teléfono, que daba un servicio similar al telégrafo pero lo hacía de una forma más sencilla y más rápida y eficaz































Cableados de telégrafo en el siglo XIX



      El invento de la radio supuso una ventaja, a mi modo de ver, de la eliminación del soporte material necesario para las comunicaciones, como eran el papel, las líneas de telégrafos y teléfonos, ya que en muchos casos suponían un problema: al no estar en perfectas condiciones de empleo no era posible la comunicación. Ahora, con los sistemas de radio, el mensaje se enviaba en forma de ondas, que no necesitan ningún medio de transporte, sino solo el vacío. En la actualidad, las comunicaciones son todavía más eficaces con el empleo de los satélites. Mediante la propagación por onda directa, cualquier obstáculo geográfico, climatológico, etc., se evita, logrando una comunicación como nunca antes en la historia.
               
     Hasta aquí todo son ventajas pero en la actualidad el ser humano se está encontrando con varios problemas a la hora de aplicar a gran escala todas estas tecnologías. La primera desventaja es que las comunicaciones son menos seguras: en otros sistemas más antiguos de comunicación la estación emisora conectaba directamente con la receptora por lo que el espionaje de información solo se producía si se localizaba el cableado; ahora, como las ondas de radio viajan libremente, es mucho más fácil captar el mensaje, lo único que hace falta es un receptor con una programación determinada. Por otra parte, los inventos en el electromagnetismo y su uso a escala global parece ser que tienen una influencia en el aumento del riesgo de padecer cáncer, dolores de cabeza, insomnio, irritabilidad o depresión, según reconoce la Organización Mundial de la Salud (www.who.int.es/es/). Hay muchos estudios que relacionan el aumento de las cifras de cáncer con el aumento del uso de la telefonía móvil y demás aparatos que usan ondas electromagnéticas. Se debería invertir más dinero para estudiar el tema.

La radio. Espectro electromagnético. Frecuencias de telecomunicaciones.

         La radio (o radiofonía) es un medio de comunicación que se basa en el envío de señales de audio a través de ondas de radio, si bien el término se usa también para otras formas de envío de audio a distancia.

La radiocomunicación, concepto relacionado con el anterior, es la tecnología que posibilita la transmisión de señales de ondas electromagnéticas. Estas ondas no requieren un medio físico de transporte, por lo que pueden propagarse a través del vacío. Para hacernos una idea general del sistema de conexión de los aparatos de radio y entender cómo funciona una radio tenemos que saber qué es el espectro electromagnético y cuáles son las frecuencias más relevantes en las comunicaciones que se emplean hoy en día a nivel global.

Espectro electromagnético.

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.  A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. La generación y la propagación de estas ondas obedecen a las ecuaciones de Maxwell.





Las ondas electromagnéticas son una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro. 

Según la longitud de onda, la radiación electromagnética recibe diferentes denominaciones, desde las ondas de radio (longitudes de onda más grandes) hasta los rayos gamma (longitudes de ondas más pequeñas), pasando por otros tipos de ondas, como el espectro visible. El espectro visible es un minúsculo intervalo que va desde la longitud de onda correspondiente al color violeta hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo.



Ondas de telecomunicaciones.

En telecomunicaciones se clasifican las ondas mediante un convenio internacional de frecuencias en función del empleo al que están destinadas, además se debe considerar un tipo especial llamado microondas, que se sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro, que tienen la capacidad de atravesar la ionosfera terrestre, permitiendo la comunicación por satélite.

Bandas y frecuencias de las ondas de telecomunicaciones.
Banda ELF (Extremely Low Frequency).
                Rango de frecuencias: 3 Hz a 30 Hz.
                Longitud de onda: 100000 km a 10000 km.
                Uso: comunicación submarina y actividades mineras. La longitud de onda muy grande requiere antenas muy grandes.

Banda SLF (Super Low Frequency).
                Rango de frecuencias: 30 Hz a 300 Hz.
                Longitud de onda: 10000 km a 1000 km.
                Uso: comunicación submarina o de subsuperficie.

Banda ULF (Ultra Low Frecuency).
                Rango de frecuencias: 300 Hz a 3 KHz.
                Longitud de onda: 1000 km a 100 km.
                Uso: longitud de onda grande, tamaño antenas medias.

Banda VLF (Ver Low Frequency).
                Rango de frecuencias: 3 KHz a 30 KHz.
                Longitud de onda: 100 km a 10 km.
                Uso: enlaces de radio a gran distancia  comunicaciones militares.

Banda LF (Low Frequency).
                Rango de frecuencias: 30 KHz a 300 KHz.
                Longitud de onda: 10000 m a 1000 m.
                Uso: comunicaciones de cobertura global, navegación aérea y marítima.

Banda MF (Medium Frecuency).
                Rango de frecuencias: 300 KHz a 3 MHz.
                Longitud de onda: 1000m a 100m.
                Uso: radiodifusión para emisoras radiales en AM.

Banda HF (High Frecuency).
                Rango de frecuencias: 3 MHz a 30 MHz.
                Longitud de onda: 100 m a 10 m.
                Uso: comunicación en medias y largas distancias.  En esta frecuencia operan las radios de banda corta (SW).

Banda VHF (Very High Frecuency).
                Rango de frecuencias: 30 MHz a 300 MHz.
                Longitud de onda: 10 m a 1 m.
                Uso: Comunicaciones Móviles (Walkie-Talkies, bomberos, ambulancias, policía, y taxis), enlaces de radio a corta distancia, señal de televisión y emisoras en frecuencia modulada (FM). Utilizada por las compañías de comunicación telefónica móvil y fija, emisoras radiales y de radioaficionados, con cubrimiento de acuerdo a la potencia, para largas distancias.


Banda UHF (Ultra High Frecuency).
               
                Rango de frecuencias: 300 MHz a 3 GHz.
                Longitud de onda: 1 m a 0,1 m.
                Uso: Comunicaciones Móviles, enlaces de radio, radares, Canales de TV y telefonía celular. Se utiliza por las compañías de telefonía fija y telefonía móvil, compañías para el rastreo satelital de automóviles y emisoras radiales. Esta tecnología es de fácil adquisición e implementación y requiere control y regulación.


Banda SHF (Super High Frecuency).
               
                Rango de frecuencias: 3 GHz a 30 GHz.
                Longitud de onda: 0,1 a 0,01 m.
                Uso: Radares, comunicaciones satelitales y radioenlaces terrestres de larga distancia. Presentan mayor cobertura por la reflexión de emisiones residuales.


Banda EHF (Extremely High Frecuency).

                Rango de frecuencias: 30 GHz a 300 GHz.
                Longitud de onda: 0,01 m a 0,001 m.
                Uso: Radioastronomía, radares de precisión y enlaces de comunicación.