Conceptos Matemáticos Fundamentales

Una señal es la manifestación de una magnitud física. En telecomunicaciones, una señal se propaga a través de medios o canales. Matemáticamente, se representa como una función variable en el tiempo.

Frecuencia: Informa sobre el número de ciclos completos de la función por unidad de tiempo, medida en hercios (Hz).

Periodo: Tiempo necesario para que se repita un ciclo completo de la señal, medido en segundos.

Fase: Desplazamiento de la señal en el tiempo, medido en radianes.

Amplitud Máxima: Valor máximo alcanzado por la función. No debe confundirse con el valor instantáneo de la señal.

Multiplexación

Multiplexación: Técnica para combinar señales de diferentes emisores en un mismo canal, con uno o varios receptores. Permite compartir un canal físico estableciendo canales lógicos.

La transmisión de información de varios emisores por un mismo canal es posible gracias a sistemas de espera que alternan los datos a enviar.

Para que la multiplexación sea viable, la capacidad de transmisión del canal debe ser mayor que la suma de las capacidades de los emisores.

Tipos de Multiplexación

Multiplexación en Frecuencia (FDM): Los canales lógicos comparten un canal físico, asignando a cada canal una banda de frecuencia centrada en una portadora. Se establecen bandas de seguridad entre frecuencias para evitar interferencias.

Multiplexación en el Tiempo (TDM): Los canales lógicos se asignan repartiendo el tiempo de uso del canal físico entre los emisores, estableciendo slots o ranuras temporales.

Multiplexación por Longitud de Onda: Usada en fibra óptica.

Capacidad para Transportar Datos

Ancho de Banda: Cantidad de información que puede fluir en un periodo de tiempo determinado.

Throughput: Medida de la transferencia de bits a través de los medios durante un periodo de tiempo determinado.

Capacidad de Transferencia Útil: Medida de datos utilizables transferidos durante un periodo de tiempo determinado. Es la medida de mayor interés para los usuarios de la red.

Medios de Transmisión

El medio de transmisión es el soporte físico que facilita el transporte de la información (mecánico, eléctrico, óptico, electromagnético, etc.).

El objetivo de la capa física es crear la señal (óptica, eléctrica o de microondas) que representa los bits en cada trama. Estas señales se envían por los medios secuencialmente.

Medios de Cobre

Es el medio más simple y económico, pero presenta el inconveniente de la resistencia eléctrica, que afecta la longitud máxima. Se usan repetidores para restablecer el nivel de la señal cuando se excede cierta longitud.

La transmisión debe asegurar que en el destino se interprete la combinación original de ceros y unos.

Conectores RJ45: Utilizados en redes de área local (LAN). RJ11 se usa en telefonía tradicional.

Cable UTP: Cable de par trenzado sin recubrimiento metálico externo, sencillo y económico. Impedancia de 100 ohmios.

Cable STP: Cable de par trenzado con recubrimiento metálico, menos flexible. Impedancia de 150 ohmios.

Cable Coaxial: Más inmune a las interferencias, permitiendo un mayor ancho de banda. Estructura: conductor central, aislante dieléctrico, malla exterior y material aislante protector.

Fibra Óptica

Permite la transmisión de señales luminosas, insensible a interferencias electromagnéticas. Las señales luminosas pueden ser generadas por fuentes láser (semiconductores que producen luz al ser excitados eléctricamente).

Problemas de la fibra óptica: Mayor costo, necesidad de equipamiento especial y mayor fragilidad que los medios de cobre.

Tipos de Fibra Óptica

Fibra Monomodo: Permite transmisión de señales con ancho de banda hasta 2 GHz. La luz viaja por un único camino. Utiliza fuentes láser. Núcleo de 3.3 micras.

Fibra Multimodo: La luz viaja por varios caminos. Utiliza fuentes LED. Núcleo de 50 o 62.5 micras.

Medios Inalámbricos

Ofrecen comodidad y flexibilidad, pero tienen menor velocidad de transmisión.

Características:

• Utilizan señales electromagnéticas.
• Entornos abiertos.
• Susceptibles a interferencias.
• Posibilidad de interceptación de la transmisión.

Sistemas Radioterrestres

El medio de transmisión es el espacio libre, utilizando ondas electromagnéticas que se propagan a la velocidad de la luz.

Pueden producirse interferencias por fenómenos meteorológicos. A mayor frecuencia, mayor sensibilidad a interferencias.

• Onda Corta: Frecuencias en decenas de MHz, utilizan la ionosfera como reflector.
• Microondas: Frecuencias del orden de GHz.

Satélites Artificiales

Fuera de la atmósfera, las transmisiones inalámbricas son más fiables, permitiendo altas frecuencias (hasta 100 GHz).

Inconvenientes: Alto costo de lanzamiento y mantenimiento, y retardo en las transmisiones.

Modulación

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

Técnicas Básicas de Modulación

• Modulación en Amplitud (ASK): Codificación por amplitud.
• Codificación por Desplazamiento de Frecuencia (FSK): Modulación de frecuencia.
• Modulación por Desplazamiento de Fase (PSK): Modulación en fase.

Técnicas Avanzadas de Modulación

• Modulación en Cuadratura (QM): Envío de dos señales portadoras por la línea.

Tipos de Modulación en Cuadratura

• Modulación en Amplitud de Cuadratura (QAM): Ambas portadoras moduladas en amplitud.
• Modulación en Fase de Cuadratura (QPM): Ambas portadoras moduladas en fase.
• Modulación de Fase y Amplitud (QAPM): Combinación de modulación de amplitud y fase.

Modulación Combinada

Envío de más bits por baudio combinando técnicas básicas de modulación en una única portadora.

Modulación con Codificación Entrelazada (TCM)

Con la modulación combinada, cualquier ruido o distorsión en la línea puede modificar significativamente la señal.