Modos de Transmisión: Clasificación y Características

La transmisión de señales se clasifica según la relación entre emisor, receptor y canal:

Modos según la Dirección de la Comunicación

• Simplex: La transmisión ocurre en una sola dirección. El receptor no puede responder al transmisor.
• Semiduplex (Half-duplex): Transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Ejemplo: radio de banda civil.
• Dúplex (Full-duplex): Transmisión simultánea en ambas direcciones. Se utilizan dos canales: Uplink (canal de transmisión) y Downlink (canal de recepción).

Modos según la Configuración de Emisores y Receptores

• Punto a punto: Cada canal de datos comunica únicamente dos nodos. Los dispositivos actúan como pares iguales. Fáciles de instalar y operar.
• Punto a multipunto: Un emisor central se comunica con múltiples receptores. Los receptores pueden o no tener capacidad de emisión (ej. Broadcast). Las transmisiones pueden ser de corto, medio o largo alcance.

Señales en la Transmisión: Portadora, Moduladora y Modulada

• Señal portadora: Onda sinusoidal de alta frecuencia que sirve de base para la modulación. Transporta la información. Su frecuencia es mayor que la de la moduladora para capturar más información y variaciones.
• Portadoras Piloto: Se utilizan para la correcta demodulación de las señales, sincronizando la ventana de tiempo con la presentación de cada símbolo. Tipos:
  • Piloto continuas
  • Portadoras Piloto dispersas
  • Portadoras TPS
• Señal moduladora: Contiene la información. Modifica algún parámetro de la portadora para generar la señal modulada.
• Señal modulada: Resultado de la modulación. Es la señal que se transmite en el medio.

Modulación: Conceptos Clave y Necesidad

Modulación: Conjunto de técnicas para transportar información sobre una señal portadora.

• Señal en Banda Base: Señal original con el mensaje a transmitir. Proviene del transductor. No es apta para ser transmitida directamente.
• Ancho de banda (W): Rango de frecuencias de la señal acotado entre –W y W (Transformada de Fourier).

Necesidad de la modulación:

• Mejor aprovechamiento del canal de comunicaciones.
• Transmisión simultánea de más información.
• Mayor inmunidad al ruido.
• Comunicaciones a mayor distancia y en mejores condiciones.

Tipos de Modulación y sus Características

Demodulación por Detección de Envolvente

Es la más sencilla. Solo es posible si la envolvente toma valores positivos. Consiste en detectar la envolvente en el receptor con un circuito rectificador.

Modulación de Amplitud (AM)

Modulación lineal que varía la amplitud de la señal portadora. Traslada el espectro de la señal moduladora para centrarse en la frecuencia de la portadora. Resultado: espectro doble (frecuencias positivas y negativas). La frecuencia portadora también se observa en el espectro.

Ventajas:

• Demodulación simple.
• Receptores sencillos y económicos.

Desventajas:

• Se envía el espectro duplicado y la portadora; la potencia útil es baja.
• Afectada por ruido e interferencias.

Variantes de AM: DBL, BLU y BLV

Cuando la señal moduladora tiene valor 0, la amplitud de la señal modulada coincide con el voltaje final. El crecimiento de la señal moduladora aumenta la amplitud de la señal modulada, siguiendo su tendencia.

• DBL (Doble Banda Lateral): Modificación de la amplitud de la portadora según las variaciones de la moduladora, pero sin reinserción de la portadora. No se observa la frecuencia portadora en el espectro. Útil para ahorrar energía o evitar perturbaciones. El rendimiento puede llegar al 50%. Requiere circuitos adicionales en el receptor para restaurar la portadora.
  • Ventajas: Toda la potencia se emplea en la información. Mayor relación señal/ruido (SNR).
  • Inconvenientes: Demodulación más compleja. No es posible la detección de envolvente.
• BLU (Banda Lateral Única): Transmite solo una de las bandas generadas en AM, sin la portadora. Puede ser la banda superior o inferior.
  • Ventajas: Máxima eficiencia en potencia. Uso más eficiente del espectro.
  • Inconvenientes: Transmisores y receptores más complejos.
• BLV (Banda Lateral Vestigial): Intermedia entre DBL y BLU. Transmite una banda completa y un vestigio (5-10%) de la otra. Se transmite la portadora y una banda lateral completa para facilitar la demodulación y reducir costes. La otra banda se elimina parcialmente, manteniendo un vestigio cerca de la portadora.
  • Ventajas: Similar a BLU en eficiencia y uso del espectro.
  • Inconvenientes: Similar a BLU en complejidad.

Modulación de Fase (PM)

La fase de la onda portadora varía proporcionalmente a la señal moduladora. Poco utilizada en analógico debido a la complejidad de los receptores.

Modulación de Frecuencia (FM)

Modulación angular que varía la frecuencia de la portadora. La amplitud de la señal modulada es constante. Presenta un paquete compacto de información debido al desplazamiento de frecuencias. La desviación de frecuencia indica la cantidad de hercios desplazados.

Cuantificación de la modulación FM:

• Desviación de frecuencia: Respecto a la frecuencia de reposo (portadora).
• Índice de modulación: Relación entre la desviación máxima de la portadora y la frecuencia máxima de la moduladora.
• Ancho de banda: Se extiende indefinidamente, dependiendo del tipo de señal moduladora.

Ventajas e inconvenientes de FM:

• Ventaja: Alta relación señal/ruido con señales de intensidad moderada.
• Desventaja: Gran ancho de banda requerido.

Modulación por Desplazamiento de Amplitud (ASK)

Representa datos digitales como variaciones de amplitud de la portadora. Funciona como un interruptor que enciende/apaga la portadora. Presencia de portadora = 1 binario; ausencia = 0. El número de bits determina los estados de amplitud.

Modulación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK)

Varía la frecuencia de la portadora según la moduladora. Frecuencia de portadora para ‘1’ lógico; frecuencia superior para ‘0’. Común en transmisión de datos por radio (redes celulares).

Modulación por Desplazamiento de Fase (PSK)

Modulación angular que varía la fase de la portadora entre valores discretos. La moduladora es digital. El número de fases depende del número de bits: BPSK (2 fases), QPSK (4 fases), 8-PSK (8 fases). Los diagramas de constelación representan la amplitud y fase de los símbolos. Se usa el código Gray para minimizar errores.

Modulación OFDM y COFDM

OFDM (Multiplexado por División en Frecuencias Ortogonales): Método para transmitir señales de radio. Divide la señal en grupos, modulando cada grupo con portadoras de frecuencias cercanas. El canal se divide en subcanales que transmiten cíclicamente. La baja velocidad de transmisión por portadora permite la transmisión en entornos urbanos. La información digital se asigna secuencialmente a las portadoras (transmisión multiplexada en frecuencia). Se genera un periodo de símbolo entre la transmisión de bits por portadora. Miles de portadoras modulan en QAM (amplitud) o QPSK (fase) señales digitales a baja velocidad.

Modos de transmisión en OFDM: 2k (más rápido, menos información) u 8k (más lento, más información).

COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Permite la transmisión múltiple de señales (multicasting). Mejora la calidad respecto a sistemas analógicos, eliminando alteraciones e interferencias. Ofrece igual cobertura con menor potencia. Servicios adicionales: información en pantalla. Codificación y compresión eficiente (MPEG Audio Layer II). Espectro de frecuencias más eficiente.

Caracterización de un Canal de Comunicación

• Ancho de banda de coherencia: Rango de frecuencias donde el canal se considera constante.
• Tiempo de coherencia del canal: Duración en la que la respuesta al impulso del canal es invariante. Mide las similitudes de la respuesta en diferentes tiempos.
• TU (Símbolo útil): Parte del símbolo con información.
• ISI (Interferencia entre símbolos): Solapamiento entre símbolos consecutivos.
• TS (Señal transmitida): TS = Δ + TU, donde Δ es el intervalo de guarda.
• Intervalo de guarda: Parte del símbolo sin información relevante. Reduce la interferencia multitrayectoria. Se elige según el retardo esperado y la distancia entre transmisores.

Bandas de Frecuencia Utilizadas en Transmisiones Radioterrestres

• Onda corta: Frecuencias de decenas de MHz. Larga distancia. Ancho de banda pequeño.
• Microondas: Frecuencias del orden de GHz. Distancia de 50-100 km. Ancho de banda elevado.

Espectro Radioeléctrico y Frecuencias de Emisión en España

• Radio Onda larga: 148,5 a 283,5 kHz (LF)
• Radio Onda media: 530 kHz – 1710 kHz (MF)
• Radio Onda corta: 3 MHz – 30 MHz (HF)
• Radio AM (onda media): 526,5 kHz – 1606,5 kHz (MF) (canalización de 9 KHz)
• TV Banda I (Canales 2-4): 47 MHz – 68 MHz (VHF) [En desuso]
• Radio FM Banda II: 87,5 MHz – 108 MHz (VHF) (canalización de 100 KHz)
• TV Banda III (Canales 5-11): 174 MHz – 220 MHz (VHF) [En desuso]
• TV Bandas IV (Canales 21–37): 470 – 606 MHz y V (Canales 21-69): 470 a 790 MHz

Sistemas de Radiodifusión Digital: DAB, DMB, IBOC, DRM

• Sistema DAB (Digital Audio Broadcasting): Mejor modulación, multicasting, calidad, cobertura, potencia, servicios adicionales, sistema de frecuencia única (SFN), codificación, eficiencia espectral.
• Sistema SFN: Utiliza una frecuencia única y selecciona automáticamente el transmisor más potente.
• Sistema DMB (Digital Multimedia Broadcasting): Capacidades adicionales de video y multimedia. Plataforma de radio digital multimedia.
• Sistema DAB en España: 195-223 MHz.
• Problemática para la implantación de DAB: Precio de receptores, poca promoción, cobertura limitada.
• Sistema IBOC (In-Band On-Channel): Estándar americano de radio digital. Calidad inferior a DAB. Transmite en la misma banda de frecuencias que las analógicas.
• Sistema DRM (Digital Radio Mondiale): Radiofrecuencias de AM (onda corta y onda larga) sin interferencias.
• Sistemas de televisión analógica: NTSC (América y Japón), SECAM (Francia), PAL (Europa, África, Asia, Australia y algunos países americanos).

DVB (Digital Video Broadcasting)

Tipos de sistemas DVB:

• DVB-S (Satélite): QPSK.
• DVB-C (Cable): QAM.
• DVB-T (Terrestre): QPSK y QAM, combinado con COFDM.

Prestaciones del sistema DVB:

• Transmite múltiples programas de TV en un canal estándar.
• Transmisión de radio e información digital.
• Elección flexible de calidad de video y audio.
• Transmisión de HDTV.
• Codificación de alta seguridad (PPV).
• Mejora de calidad de imagen e inmunidad a interferencias.

Radioenlaces: Características, Tipos y Aplicaciones

Utilizan sistemas de comunicación punto a punto. También para comunicar estaciones emisoras y unidades móviles. Son unidireccionales. Requieren una red de reemisores para garantizar contacto visual en áreas extensas.

Función principal: Producción de programas desde puntos remotos.

Frecuencias utilizadas: Banda MOO (500 MHz a 300 GHz).

Ventajas:

• Rápido despliegue de la red.
• Instalación y mantenimiento sencillos.
• Antenas directivas que evitan interferencias.

Inconvenientes:

• Necesidad de visión directa.
• Ancho de banda reducido.

• Radioenlace analógico: Utiliza modulaciones analógicas (FM, PM).
• Radioenlace digital: Reemplazan a los analógicos. Modulaciones: QPSK y QAM.

Reglas en los radioenlaces:

1. Ondas más largas viajan más lejos.
2. La distancia depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño de los obstáculos.
3. Cuanto más corta la longitud de onda, más datos puede transportar.

Componentes y Conceptos Clave en Radioenlaces

• Vano: Distancia entre dos extremos de un radioenlace (aprox. 50 km). Se cambia la polarización en multivano para minimizar interferencias.
• Radiocanal: Conjunto de frecuencias utilizado en el radioenlace (dos por sentido).
• Repetidor: Se utiliza cuando la distancia es elevada o hay obstáculos.
  • Activos: Demodulan y retransmiten la señal amplificada, intercambiando frecuencias.
  • Pasivos: Cambian la trayectoria del enlace (reflexión o dos antenas conectadas – back to back).

  Frecuencias disponibles: 1,5 GHz a 55 GHz.

• Capacidad del enlace: Cantidad de información que puede transmitir (baja: hasta 2 Mbps; alta: +34 Mbps).
• Protección o elementos de reserva: Para usar en caso de fallo del principal. Expresión M+N (M: canales principales, N: canales de reserva).
• Agentes meteorológicos: Mayor frecuencia = mayor sensibilidad a interferencias. Menor distancia = mayor garantía de comunicación.
• Despejamiento: Distancia entre la línea imaginaria que une las antenas y el obstáculo. Mínimo > 60% del radio de la primera zona de Fresnel.
• Primera zona de Fresnel: Espacio entre emisor y receptor con desfase máximo de 180º.
• LOS (Line of Sight): Líneas de vista. Visión directa entre antenas.

Canal, Ancho de Banda y Principio de Huygens

Canal: Enlace entre dos puntos. Tipos: radio, modulación, digital.

Ancho de banda: Medida del rango de frecuencias.

Rango de frecuencia: Límites inferior y superior del ancho de banda.

Cantidad de datos: Relacionada con el ancho de banda.

Tasa de transmisión de datos: A menudo confundida con el ancho de banda.

Principio de Huygens: Método de análisis para la propagación de ondas. Cada punto de un frente de ondas es el centro de un nuevo tren de ondas.

Fenómenos de Propagación de Ondas

• Absorción: Debilitamiento de las ondas al atravesar materiales. Depende de la frecuencia y el material.
  • Metales: Los electrones oscilan y absorben energía.
  • Agua: Las microondas agitan las moléculas de agua, capturando energía.
  • Medición: a 2,4 GHz.
• Reflexión: En metales y superficies de agua. El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Causa el efecto multitrayectoria (señales llegan al receptor por diferentes caminos y tiempos).
• Difracción: Las ondas se doblan al incidir en un objeto. Según Huygens, cada punto del frente de onda es el inicio de otra onda esférica. Permite rodear obstáculos.
• Interferencias:
  • Constructivas: Las amplitudes de las ondas coinciden.
  • Destructivas: Las amplitudes se oponen y pueden anularse.

Cálculo del Nivel de Potencia Recibida

Pr (dBm) = Potencia transmitida (dBm) + Ganancia antena transmitida (dB) + Ganancia antena receptora (dB) – Atenuación de propagación (dB) – Atenuación en branching (dB) – Atenuación en cables y guías (dB)

Red de Difusión: Estructura y Componentes

Conjunto de radioenlaces, emisores y reemisores que garantizan el servicio de radiodifusión. Estructura de estrella múltiple. Utilizada por grandes operadores.

• Centro primario: Transmisor principal, de mayor potencia y cobertura.
• Centros secundarios, terciarios…: Transmisores y reemisores de apoyo, menos potentes y dependientes del centro primario.
• Reemisor: Recibe la señal de un emisor y la reenvía a una nueva zona.
• CDT (Centro de Difusión Terrestre): Difunde programas a centros regionales. Pueden configurarse como CDR.
• CDR (Centro de Difusión Regional): Reemiten señales de centros nodales o emiten sus propios programas.
• RTDS (Red de Transporte y Distribución de la Señal): Transmisiones internas entre centros nodales.
• RRS (Red de Recogida de Señal): Red punto a punto que transporta señales desde los centros de producción hasta la cabecera.
• Cabecera: Centro donde se multiplexa la información para generar el flujo de salida. Transporte: radioenlaces o fibra óptica.
• Tipos de difusión: Local, regional, en cadena.

Redes de Frecuencia Múltiple (MFN) y Única (SFN)

• MFN (Red de frecuencia múltiple): Para televisión analógica. Requiere planificación de canales para evitar interferencias.
• SFN (Red de frecuencia única): Para TV digital. Los mismos canales se utilizan en toda la geografía para los mismos servicios. No es necesario resintonizar.

Sistemas de Radiocomunicaciones Móviles: Trunking, PMR, PAMR, TETRA

Trunking: Sistema para aplicaciones privadas, formando grupos de usuarios.

• Tipo de comunicación: Punto a multipunto.
• Sistema PTT (Push-to-Talk): Apretar para hablar.
• Bandas de frecuencia: VHF y UHF.
• Tipo de usuarios: Grupos cerrados.
• Sistemas que utilizan Trunking: PAMR, PMR, TETRA.

• PMR (Private Mobile Radio): Para grupos cerrados de usuarios.
  • Área de cobertura: Hasta 50 km en campo abierto.
  • Ventaja principal: Llamadas entre usuarios sin coste adicional.
  • Modulación: FM (separación de canales de 12,5 kHz).
• PAMR (Public Access Mobile Radio): Dependen de un operador de telecomunicaciones (similar a telefonía móvil).
• TETRA (Terrestrial Trunked Radio): Sistema bidireccional para telefonía móvil privada.
  • Destinatarios: Seguridad pública y privada, emergencias, transportes.
  • Modulación: DQPSK (modulación diferencial por desplazamiento de fase en cuadratura).
  • Ventajas frente a GSM: Llamadas punto a punto, punto a multipunto y multipunto a multipunto. Mayor alcance (banda de 400 MHz). Mayor resistencia a fallos. Infraestructuras independientes. Despliegue rápido. Modo puerta de enlace (terminales actúan como repetidores).
  • Desventajas: Mayor coste por terminal. Baja velocidad de datos. Posibilidad de interferencias.

STL (Studio Transmitter Link)

Enlace entre el estudio y el transmisor.