Señales

En el campo de las telecomunicaciones las señales tienen una gran importancia, ya que para instalar un sistema de red o realizar la interconexión de los diferentes dispositivos, es necesario entender cómo funcionan, sus tipos, características y sistemas con los que interactúan. Este tema presenta los conceptos necesarios para entender su función y aplicación en un sistema de comunicaciones, concretamente en las redes de voz y datos para redes de área local (LAN).

Esquema 1. Sistema de telecomunicaciones

Analógicas

Los sistemas de comunicaciones electrónicas están basados en dispositivos que manejan básicamente dos tipos de señales: analógicas o digitales. En el caso de una señal analógica, ésta varía de forma continua en el tiempo.

Cuando una señal representa alguna magnitud física como temperatura, intensidad luminosa, energía, presión, sonido o campo eléctrico, son señales analógicas que varían constantemente y pueden tomar todos los valores posibles de un intervalo, es decir, que para pasar de un valor a otro, pasa por todos los valores intermedios, por lo que es continua.

Las señales analógicas son percibidas en el ambiente y se transforman en señales eléctricas mediante un transductor, para su tratamiento electrónico.

Imagen 1. Señal analógica
blogspot.com (s. f.) (s. t.) [gráfico]. Tomada de http://3.bp.blogspot.com/--TPJopXQ4pA/UKmO1hhyEEI/AAAAAAAAAEI/2eiNdsWj93Q/s1600/Se%C3%B1al+anal%C3%B3gica.jpg

Señales analógicas:

Son susceptibles al ruido e interferencia electromagnética.
Presentan grandes atenuaciones en grandes distancias.
No es posible la regeneración de las señales.
No conviven con sistemas digitales; hay que instalar equipo adicional para lograr la comunicación con sistemas digitales.

Digitales

Las señales digitales son discretas (valores finitos) en el tiempo y en amplitud; esto significa que la señal sólo puede tomar uno de dos valores —0 o 1— en intervalos definidos de tiempo; se pueden considerar ejemplos de señales digitales: un programa de una computadora, el contenido de un CD, entre otros.

Imagen 2. Señal Digital
blogspot.com (s. f.) (s. t.) [gráfico]. Tomada de http://2.bp.blogspot.com/-DagjFWzL-oI/UKmS9Svad3I/AAAAAAAAAEY/zT8gbiNWmKE/s400/Se%C3%B1al+digital.jpg

Señales digitales:

La ventaja principal de las señales digitales es la inmunidad al ruido electromagnético.
Convivencia con sistemas digitales (CD-ROM, estéreo, etc.).
Es posible la regeneración de señales.
Es posible la detección y corrección de errores.
El procesamiento digital requiere menos potencia eléctrica, componentes más pequeños y, en ocasiones, es de menor precio.
Son sensibles a la sincronía entre elementos conectados.

Históricamente los sistemas de comunicaciones funcionaron usando las señales analógicas para transmitir información, como en el caso de la voz que tiene esas características y que dio origen a la Red Telefónica Conmutada (RTC). El desarrollo tecnológico y las computadoras en los sistemas de comunicaciones han ocasionado la migración de sistemas analógicos hacia los de tecnología digital. La tendencia es que, por múltiples razones y con el paso del tiempo, las mismas se conviertan totalmente en redes digitales. Son varias las ventajas de las señales digitales respecto a las analógicas: mayor facilidad de uso e instalación, facilidad de mantenimiento, mayor calidad de servicio (QoS) por las técnicas de regeneración de señales que utiliza, así como su menor costo. Las redes de área local (LAN) son un ejemplo de la digitalización que permite la transmisión de cualquier tipo de información.

Características de las señales

Las señales analógicas y digitales se caracterizan por ser de forma variable y tomar una determinada forma según la información que transmiten. Sus características técnicas pueden representarse como la combinación de varias señales de tipo periódico. Su entendimiento es muy importante, ya que nos permite comprender el funcionamiento de los medios de transmisión, equipos de comunicación, estándares de redes LAN y WAN, etc. Por ejemplo, la amplitud puede aplicarse a la atenuación que pueden sufrir las señales en un medio de trasmisión determinado, cuando no se cumplen las normas y estándares establecidos. La frecuencia a la cantidad necesaria de Hz (ancho de banda) que deberá soportar un medio de transmisión alámbrico o inalámbrico de acuerdo con las aplicaciones que soportará: voz, video, datos, videoconferencia, telepresencia, VoIP, etc.

Imagen 3. Características de las señales
(2003) [gráfico]. Tomada de Tomasi, W. (2003). Sistemas de comunicaciones electrónicas, (p. 15).

Características:

Amplitud (A)

Es la distancia entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio. La intensidad máxima de la señal o “valor pico” puede ser representada en valores de voltaje o corriente.

Periodo (T)

Tiempo que tarda en cumplirse un ciclo; se mide en segundos.

Frecuencia (f )

Número de ciclos en la unidad de tiempo, su unidad es el Hertz o hercio, que es la unidad inversa de los segundos, por lo que f = 1/T

Diferencia de fase

La diferencia de fase o ángulo de desfasamiento indica el ángulo que se encuentra atrasado o adelantado respecto a otra señal.

Longitud de onda (λ)

Distancia que hay entre dos crestas o valles consecutivos; con ella se identifica qué tan larga es la onda. Se calcula la longitud de onda (representada por λ que se lee lambda), dividiendo la velocidad de propagación de la onda (v) entre la frecuencia (f), dando la ecuación λ = v/f. La longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, es decir, a frecuencias altas longitudes de ondas pequeñas y viceversa.

Modo de operación

El modelo general de un sistema de comunicaciones está compuesto por un emisor, un receptor y un medio de transmisión, el cual inicia la comunicación y que, al iniciar la respuesta, puede invertir los roles. La comunicación emisor-receptor puede tener varios modos de operación de las señales, dependiendo de las limitaciones del medio de transmisión de los equipamientos: DCE (Equipo de Comunicación de Datos) y DTE (Equipo Terminal de Datos), y de los procesos del usuario. Un DCE puede ser un conmutador de datos (switch), un ruteador o un conmutador de voz, por ejemplo, mientras que un DTE puede ser una computadora o un teléfono, entre otros.

Simplex

En el modo de operación simplex, la comunicación es unidireccional, esto es, mientras un equipo transmite, el otro sólo recibe; en ningún momento el receptor puede tomar el papel de emisor, un ejemplo de este tipo de modo de operación es la TV. En este caso no es el medio de transmisión el que define el tipo de operación, sino el diseño de la aplicación.

Esquema 2. Operación simplex

Half duplex

La comunicación half duplex es bidireccional, pero no en forma concurrente; ambos elementos pueden fungir como receptor y emisor, pero nunca de manera simultánea, sino que invierten sus roles. El ejemplo más simple de este tipo de comunicación es el walkie talkie.

Esquema 3. Operación hall simplex

Full duplex

En el modo full duplex ambos elementos pueden transmitir y recibir de manera simultánea. Ejemplo de este modo lo encontramos en las redes basadas en conmutadores (switches) y en equipos de videoconferencia.

Esquema 4. Operación full duplex

Modo de flujo

La transmisión de información digital requiere de mecanismos de sincronización para la correcta interpretación de ésta. Si tomamos en cuenta la forma en que se sincronizan el transmisor y el receptor, la transmisión puede ser síncrona y asíncrona (o bien sincrónica y asincrónica).

Síncrona

En esta técnica es necesario sincronizar los relojes de ambos equipos; su ventaja es que se transfiere mayor cantidad de datos por unidad de sincronía. Existen dos tipos: orientada a carácter y orientada a bit.

Imagen 7. Transmisión sincrónica

Asíncrona

En esta técnica no hay necesidad de que emisor y receptor compartan el mismo pulso de reloj; es necesario el uso de bits de inicio y paro, para indicar que el dato está llegando y dar al receptor tiempo suficiente para efectuar operaciones mientras llega el siguiente bit. Tiene un bajo costo de implantación y su desventaja es que tiene un alto desperdicio de la capacidad del canal (overead).

Imagen 8. Transmisión asincrónica

Introducción