Sistemas de Comunicación

Un sistema de comunicación se compone de tres elementos principales: emisor, transmisión y receptor. Estos sistemas utilizan la electricidad para transmitir señales electrónicas, que pueden ser:

Señales Analógicas

Se basan en el movimiento ondulatorio. Son susceptibles al ruido, lo que puede provocar la pérdida de información.

Señales Digitales

La señal se transmite mediante un código binario. La información perdida es más fácil de recuperar en comparación con las señales analógicas.

Comunicación Alámbrica

Se caracteriza por el uso de un soporte físico para la transmisión de señales, como:

• Cable de cobre
• Fibra óptica

Comunicación Inalámbrica

No requiere un soporte físico. Las señales se transmiten en forma de ondas a través de la atmósfera, el océano o el espacio exterior. Algunos ejemplos son:

• Radio
• Televisión por satélite
• Wifi
• Bluetooth

Medios de Transmisión Alámbricos

Cables Pares Trenzados

Formados por dos cables de cobre aislados y trenzados para reducir las interferencias electromagnéticas externas. Presentan un ancho de banda limitado y son susceptibles a interferencias.

Cable Coaxial

Compuesto por un conductor central rodeado de aislante y una malla conductora externa concéntrica. Ofrece un mayor ancho de banda y es menos susceptible a interferencias que los cables pares trenzados.

Fibra Óptica

Consiste en un núcleo central de vidrio rodeado de capas protectoras, también de vidrio. Las señales se transmiten mediante impulsos de luz que se convierten en electricidad en el receptor. Ofrece mayor ancho de banda, mayor distancia de transmisión y es menos susceptible a interferencias.

Sistemas de Comunicación Alámbricos

Telégrafo

Circuito eléctrico entre dos estaciones conectadas que permite recibir una señal en la otra mediante un timbre. La información se transmite mediante un conjunto de puntos y rayas (código Morse).

Teléfono Fijo

Similar al telégrafo, pero permite la transmisión de mensajes de voz en ambos sentidos. Utiliza un micrófono para convertir las ondas sonoras en señales eléctricas y un altavoz para el proceso inverso.

Ondas Electromagnéticas

Las ondas mecánicas necesitan un medio material para propagarse, mientras que las ondas electromagnéticas pueden propagarse tanto por un medio natural como por el vacío.

Características de las Ondas

• Longitud de onda: Espacio recorrido por la onda en un ciclo (metros).
• Amplitud: Valor que alcanza la onda (metros).
• Frecuencia: Número de veces que oscila por segundo (Hercios).
• Periodo: Tiempo que tarda en completar un ciclo (segundos).

El conjunto de ondas electromagnéticas se denomina espectro electromagnético.

Propagación de Ondas

Las ondas electromagnéticas se propagan a través de la atmósfera.

Troposfera

Se extiende hasta los 45 km de altitud. Incluye la troposfera y la estratosfera.

Ionosfera

Capa situada entre la troposfera y el espacio exterior.

Antenas

Dispositivos que emiten y/o reciben ondas electromagnéticas en el espacio libre. Las antenas transmisoras transforman la energía eléctrica en ondas electromagnéticas, mientras que las receptoras realizan el proceso inverso.

Formas de Propagación de Ondas

1. Propagación en superficie: Las ondas viajan por la parte más baja de la atmósfera.
2. Propagación troposférica: Las ondas se propagan en línea recta o con un ángulo determinado hacia los niveles superiores de la troposfera.
3. Propagación ionosférica: Las ondas alcanzan la ionosfera y se reflejan hacia la Tierra.
4. Propagación directa: Las ondas viajan directamente de la antena transmisora a la receptora en línea recta. No puede haber obstáculos entre ambas antenas.
5. Propagación por el espacio: Se utilizan satélites como repetidores en lugar de la atmósfera.

Espacio Radioeléctrico

Parte del espectro electromagnético utilizada en comunicaciones, astronomía, etc. Pertenece al Estado.

Bandas de Frecuencia

• VLF/LF (Onda larga): Propagación por superficie, requiere grandes antenas. Se utiliza en navegación.
• MF/HF: Las ondas se reflejan en la ionosfera, lo que permite transmisiones a miles de kilómetros. Se utiliza en radio, ejército, etc.
• VHF/UHF: Propagación por la troposfera. Requiere línea de visión entre antenas, por lo que tiene un alcance limitado. Se utiliza en televisión, telefonía móvil, etc.
• SHF/EHF: Requiere una orientación precisa entre la antena transmisora y la receptora. Se utiliza en comunicaciones por satélite.

Sistemas de Comunicación Inalámbricos

Radio

Transmite voz y sonidos mediante ondas electromagnéticas. Utiliza la modulación para combinar la señal de audio con una onda portadora de mayor frecuencia.

Modulación de Amplitud (AM)

La amplitud de la onda portadora varía en función de la señal de audio. La frecuencia de la onda portadora es constante. Ofrece una calidad de sonido inferior a la FM.

Modulación de Frecuencia (FM)

La frecuencia de la onda portadora varía en función de la señal de audio. La amplitud de la onda portadora es constante. Ofrece una mayor calidad de sonido y es más resistente al ruido y las interferencias que la AM.

Televisión

Permite la transmisión y recepción de imágenes y sonido. Tradicionalmente se ha utilizado la televisión terrestre, que transmite las señales mediante ondas de radio. También existen otros tipos de televisión:

• Televisión por cable: La señal se transmite a través de cable coaxial o fibra óptica.
• Televisión por satélite: La señal se transmite desde satélites artificiales y se recibe mediante antenas parabólicas.
• Televisión por Internet (IPTV): La señal se transmite a través de Internet.

Resolución

Número de puntos individuales (píxeles) que componen la imagen en una pantalla. A mayor resolución, mayor nitidez de la imagen.

Tipos de Televisores

• Tubos de rayos catódicos (CRT): Tecnología antigua, pesada y con baja resolución.
• Plasma: Compuestos por muchas cápsulas llenas de gas entre dos paneles de vidrio. La corriente eléctrica que atraviesa el gas lo convierte en plasma, lo que hace reaccionar al fósforo y produce la imagen.
• LCD: Utilizan una fuente de luz fija (tubos fluorescentes) que atraviesa un cristal líquido para crear los filtros de color. Ofrecen un menor consumo energético, mayor variedad de tamaños y mayor vida útil que los CRT.
• LED: Utilizan diodos LED como fuente de luz. Ofrecen un mayor contraste, son más delgados, consumen menos energía y producen menos reflejos que los LCD.
• LED 3D: Permiten visualizar imágenes en tres dimensiones mediante la transmisión de dos señales ligeramente diferentes para cada ojo.

Telefonía Móvil

Similar a la radio, pero utiliza una frecuencia para hablar y otra para escuchar. Los teléfonos móviles se conectan a estaciones base que, a su vez, están conectadas entre sí mediante enlaces de radio. Cada estación base cubre un área geográfica determinada denominada celda. El conjunto de celdas forma la zona de cobertura de la operadora.

Generaciones de Telefonía Móvil

1. 1G: Telefonía analógica. Solo permitía realizar llamadas de voz.
2. 2G: Telefonía digital. Duplicó la velocidad de transmisión de datos.
3. 3G: Incorporó la banda ancha móvil, lo que permitió transmitir datos a mayor velocidad. Permitió el acceso a Internet, la descarga de aplicaciones, etc.
4. 4G: Ofrece velocidades de transmisión de datos hasta 10 veces superiores a las de 3G. Permite la transmisión de vídeo en alta definición, juegos en línea, etc.

Comunicaciones por Satélite

Los satélites artificiales se utilizan para comunicar puntos muy distantes de la Tierra sin necesidad de repetidores intermedios. Permiten la transmisión de señales analógicas y digitales. Los satélites geoestacionarios se mantienen fijos sobre un punto del ecuador terrestre. Obtienen la energía necesaria para su funcionamiento de paneles solares y la almacenan en baterías.

Tipos de Satélites

• De telecomunicaciones: Permiten la transmisión de información de un punto a otro de la Tierra (telefonía, televisión, Internet, etc.).
• De observación terrestre: Se utilizan para observar la Tierra con fines militares o científicos.
• De observación espacial: Se utilizan para observar el espacio exterior (telescopios espaciales).
• De localización: Permiten determinar la posición de objetos sobre la superficie terrestre (GPS).
• Estaciones espaciales: Estaciones espaciales habitadas por seres humanos con fines científicos.
• Sondas espaciales: Naves espaciales no tripuladas que se envían al espacio para observar cuerpos celestes.

Tipos de Órbita

• LEO (Low Earth Orbit): Órbita baja terrestre. Los satélites LEO completan una vuelta a la Tierra en aproximadamente 2 horas. Se utilizan para observar el movimiento de las placas tectónicas, entre otras aplicaciones.
• MEO (Medium Earth Orbit): Órbita media terrestre. Los satélites MEO se utilizan en comunicaciones móviles, televisión, medición espacial, etc.
• HEO (Highly Elliptical Orbit): Órbita altamente elíptica. Los satélites HEO se utilizan en cartografía, espionaje, etc.
• GEO (Geostationary Orbit): Órbita geoestacionaria. Los satélites GEO se utilizan en la emisión de televisión, telefonía, transmisión de datos a larga distancia, meteorología, etc.

Conexión de Dispositivos Digitales

Hub

Dispositivo que conecta varios ordenadores en una red local. Dispone de varios puertos. Cuando un ordenador envía datos al hub, este los replica y los transmite a todos los demás ordenadores de la red. Presenta un bajo rendimiento debido a que todos los dispositivos comparten el mismo ancho de banda.

Switch

Similar al hub, pero la información solo se envía al ordenador de destino. Ofrece un mayor rendimiento y una menor saturación de la red que el hub.

Router/Wifi

Dispositivo que conecta dos o más redes, como una red local e Internet. Permite compartir la conexión a Internet entre varios dispositivos. Los routers wifi permiten la conexión inalámbrica de dispositivos mediante ondas de radio.

Tipos de Conexión

• Conexión Wifi: Tecnología inalámbrica que utiliza ondas de radio para la transmisión de datos. Requiere un router wifi y un adaptador wifi en el dispositivo que se desea conectar.
• Conexión por cable: Conexión física mediante cable de red. El tipo de cable más utilizado es el cable Ethernet.
• Conexión por infrarrojos: Tecnología inalámbrica de corto alcance que utiliza luz infrarroja para la transmisión de datos. Poco utilizada en la actualidad.
• Bluetooth: Tecnología inalámbrica de corto alcance que utiliza radiofrecuencia para la transmisión de datos y voz entre dispositivos.

Redes Informáticas

Una red informática es un conjunto de dispositivos interconectados que pueden compartir recursos. Los dispositivos que forman parte de una red se denominan hosts.

Tipos de Redes

• Redes compartidas: Permiten el acceso de un gran número de usuarios.
• Redes exclusivas: Conectan dos o más puntos de forma exclusiva por motivos de seguridad, velocidad o ausencia de otra red disponible.
• Redes privadas: Gestionadas por particulares, empresas u organizaciones privadas. Solo los usuarios autorizados pueden acceder a la red.
• Redes públicas: Pertenecen a organizaciones estatales y están abiertas a cualquier usuario.
• Redes inalámbricas: Permiten la conexión de dispositivos sin necesidad de cables. Son fáciles de instalar, ofrecen movilidad y son más económicas que las redes cableadas. Sin embargo, ofrecen un menor ancho de banda, son más lentas y menos seguras que las redes cableadas.

Tipos de Redes Informáticas

• PAN/WPAN (Personal Area Network): Redes de área personal. Permiten la comunicación entre dispositivos que se encuentran a pocos metros de distancia (Bluetooth, Wifi Direct).
• LAN/WLAN (Local Area Network): Redes de área local. Permiten la comunicación entre hosts en un área pequeña (hogar, oficina, edificio).
• CAN (Campus Area Network): Redes de área de campus. Interconectan varias LANs dentro de una zona geográfica determinada (universidad, empresa).
• MAN (Metropolitan Area Network): Redes de área metropolitana. Interconectan varias LANs o CANs dispersas por una ciudad. Se utilizan para crear zonas wifi públicas.
• WAN (Wide Area Network): Redes de área amplia. Interconectan redes LAN, CAN o MAN en un área geográfica extensa (país, continente, mundo). Internet es un ejemplo de red WAN.
• SAN (Storage Area Network): Redes de área de almacenamiento. Conectan servidores de datos con sistemas de almacenamiento. Se utilizan en empresas que trabajan con grandes volúmenes de datos.

Topología de Redes

La topología de red describe la forma en que están interconectados los dispositivos de una red. Los puntos de conexión se denominan nodos.

Tipos de Topología

• Bus: Todos los nodos están conectados a un único cable (bus). Es una topología sencilla y económica, pero poco eficiente y vulnerable a fallos.
• Anillo: Los nodos están conectados en un anillo cerrado. Ofrece un buen rendimiento, pero es vulnerable a fallos y difícil de ampliar.
• Estrella: Todos los nodos están conectados a un nodo central (hub o switch). Es una topología eficiente y fácil de ampliar, pero vulnerable a fallos en el nodo central.
• Estrella extendida: Similar a la topología en estrella, pero cada nodo conectado al nodo central puede ser a su vez el nodo central de otra estrella. Reduce la longitud de los cables y el número de dispositivos necesarios.
• Árbol: Los nodos están organizados en forma de árbol jerárquico. Requiere varios hubs y una gran cantidad de cable, pero evita las colisiones de señales.
• Malla: Los nodos están interconectados entre sí por múltiples rutas. Es una topología robusta y tolerante a fallos, pero requiere una gran cantidad de cable y es costosa de implementar.