Sistema de transmisión

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En telecomunicaciones, un sistema de transmisión es un conjunto de elementos interconectados que se utiliza para transmitir una señal de un lugar a otro y en diferentes sentidos. La señal transmitida puede ser eléctrica, óptica o de radiofrecuencia.

Algunos sistemas de transmisión están dotados de repetidores que amplifican la señal antes de volver a retransmitirla. En el caso de señales digitales estos repetidores reciben el nombre de regeneradores ya que la señal, deformada y atenuada por su paso por el medio de transmisión, es reconstruida y conformada antes de la retransmisión.

Los elementos básicos de cualquier sistema de transmisión son la pareja multiplexor/demultiplexor (que pueden ser analógicos o digitales), los equipos terminales de línea y, en su caso, los repetidores o regeneradores .

Los multiplexores pueden ser de división de frecuencia o de división de tiempo.

El equipo terminal de línea consta de los elementos necesarios para adaptar los multiplexores al medio de transmisión, sea este un conductor metálico, fibra óptica o el espacio radioeléctrico. En el equipo terminal se incluyen además los elementos de supervisión de repetidores o regeneradores así como, en caso de ser necesario, el equipo necesario para alimentar eléctricamente (telealimentar) a estos repetidores o regeneradores intermedios cuando ello se hace a través de los propios conductores metálicos de señal.

En los modernos equipos de transmisión de la Jerarquía Digital Síncrona (SDH) estas funciones de supervisión y adaptación al medio, generalmente óptico, están concentradas en el mismo equipo.

Introducción

¡Atención el universo! Por reinos, ¡A la derecha! (voz de mando en el ejercito estadounidense.) Esta frase profética es el primer mensaje telegráfico registrado, que envió a travéz de una línea de 16 Km Samuel Morse, en 1838. Así nació una nueva era de en la comunicación, la era de la comunicación eléctrica.Hoy, los sistemas de comunicación eléctrica se encuentran en todas partes donde se transimite la información de un punto a otro. El teléfono, la radio y la televisión han venido a ser factores de la vida diaria. Los circuitos de larga distancia cubren el globo terráqueo llevando texto, voces e imagenes. Los sistemas de radar y telemetría desempeñan papeles importantes, vitales, en navegación, defensa e investigación científica. Las computadoras hablan a otras computadoras por medio de enlaces de datos transcontinentales de datos. Los logros son muchos y la lista es, al parecer, interminable. Ciertamente se han logrado grandes avances desde los días de Morse; también es cierto que en las próximas decadas veremos muchas nuevas hazañas en la ingeniería de la comunicación, aunque las aplicaciónes potenciales sólo están limitadas por las necesidades, aspiraciones e imaginación del hombre.Un sistema típico está formado de numerosas y diversas partes cuya comprensión escapa virtualmente a todas las especialidades de la ingeniería eléctrica: conversión de la energía, teoria de redes, electrónica y teoria elecrtomagnética, para citar unas cuantas. Más aún, en el análisis pormenorizado se perdería el punto esencial de que un sistema es un todo integrado que realmente excede la suma de las partes.En vez de eso, se tratará el tema desde un punto de vista más general. Reconociendo que todos los sistemas de comunicación tienen la misma función básica, o sea, la transmición de la información, buscaremos y aislaremos los principios y los problemas de la información que se ha de transmitír en forma eléctrica.El contacto con la ingeniería de sistemas es algo poderoso, y al mismo tiempo algo abstracto, pero confinado en las matématicas, podemos llegar al corazón de los más complejos problemas. Sin embargo, debemos de tener en mente que las matemáticas son un medio para lograr un fin, y éste sigue siendo un conocimiento básico de la comunicación eléctrica.Comunicación, Mensajes y SeñalesPara empezar, definimos a la comunicación como un proceso por medio del cual la información se transfiere de un punto llamado fuente, en espacio y tiempo, a otro punto que es el destino o usuario. Un sistema de comunicación es la totalidad de mecanismos que proporcionan el enlace para la información entre fuente y destino. Un sistema de comunicación eléctrica es aquel que ejecuta esta función principal, pero no exclusivamente, por medio de dispositivos y fenómenos eléctricos.Hay mucha clases de fuentes de información, incluso hombres y máquinas; por eso, los mensajes aparecen en muchas formas; una sequencia de símbolos o letras discretas; una magnitud sencilla variando con el tiempo, varias funciones del tiempo y otras veriables. Pero, sea cual fuere el mensaje, el objeto de un sistema de comunicación, es proporcionar una réplica aceptable de él en su destino.Como regla, establezcamos que el mensaje producido por una fuente no es eléctrico y, por lo tanto, es necesario un transductor de entrada. Este transductor convierte el mensaje en una señal, una magnitud eléctrica variable, tal como un voltaje o una corriente. Similarmente, otro transductor convierte la señal de salida a la forma apropiada del mensaje. En lo sucesivo, los términos señal y mensaje se usarán indistintamente.LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓNLa figura 1-1 muestra los elementos funcionales de un sistema completo de comunicación.Elementos funcionalesOmitiendo los transductores, hay tres partes esenciales en un sistema de comunicación eléctrica, el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno con su función característica.Transmisor:El transisor pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión eficiente, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más común e importante de estas operaciones es la modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.Canal de transmisión:El canal de transmisión o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Puede ser un par de alambres, un cable coaxial, una onda de radio o un rayo laser. Todos caracterizados por la atenuación, la disminición prograsiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia. La magnitud de la atenuación puede ser pequeña o muy grande, generalmente es grande.Receptor:La función del receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida, como las señales son frecuentemente débiles, resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación.Contaminaciones:Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal; sin embargo, son más serios la distorsión, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal.Estos efectos se clasifican de la manera siguiente:Distorsión; es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, las distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse.En la práctica debe permitirse cierta distorsión, aunque su magnitud debe estar dentro de límites tolerables.Interferencia; es la contaminación, por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. La solución al problema de interferencia es obvia: eliminar en una u otra forma la señal interferente o su fuente.Ruido; se le llama así a las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas variaciones se agregan a la señal portadora de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. como veremos, el ruido no eliminable es uno de los problemas básicos de la comunicación eléctrica.Modulación:La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal moduladora) y puede ser también una codificación.Existen muchas formas de comunicación no eléctricas, que también encierran un proceso de modulación, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los movimientos de la boca ocurren de una manera más bien lenta, del orden de los 10 Hz, que realmente no pueden producir ondas acústicas que se propaguen. La transmisión de la voz se hace por medio de la genreación de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos que son modulados por los músculos y órganos de cavidad oral. Lo que el oído capta como voz, es una onda acústica modulada.Tipos de modulación:Es posible identificar dos tipos básicos de modulación en relación a la clase de onda portadora: la modulacíon de onda continua (CW), en la cual la portadora es simplemente una forma de onda senoidal, y la modulación de pulsos, en la cual la portadora es un tren periódico de pulsos.Puesto que la modulación de onda continua es un proceso continuo, es posible adaptarla a señales que están variando constantemente con el tiempo. Generalmente la portadora senoidal es de mayor frecuencia que cualquiera de las componentes de frecuencia contenidas en la señal moduladora. El proceso de modulación se caracteriza pues por una traslación de frecuencia, es decir el espectro del mensaje se corre hacia arriba a otra banda de mayor frecuencia.La modulación de pulsos es un proceso discontinuo, en el sentido de que los pulsos aparecen sólo en ciertos intervalos de tiempo. Por eso la modulación de pulsos se adapta mejor a los mensajes que son discretos por naturaleza. Tanto en los telégrafos como en los teletipos, la modulación de pulsos y la codificación van de la mano.Como alternativa a la clasificacion anterior, algunas veces es preferible designar a la modulación como analógica o codificada (digital). Esto es cierto en los sistemas más complejos que emplean ambas técnicas (modulación CW y pulsada), haciendo distinción de su tipo indefinido de portadora. La diferencia entre analógica y digital es la siguiente: en la primera, el parámetro modulado varía en razón directa a la señal moduladora. En la modulación codificada, ocurre una tranformación digital, por medio de la cual el mensaje se cambia de un lenguaje simbólico a otro. Si el mensaje es originalmente una función continua de tiempo, debe ser muestreado y digitalizado (cuantificado) antes de ser codificado.Independientemente del tipo CW o pulsada analógica o codificada la modulación debe ser un proceso reversible, de tal manera que el mensaje pueda ser recuperado en el receptor por medio de la operación complementaria de demodulación.Modulación por facilidad de radiaciónUna radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimenciones físicas sean por lo menos de 1/10 de su longitud. Pero muchas señales, especialmente de audio, tienen componentes de frecuencia del orden de los 100 Hz o menores, para lo cual necesitan antenas de unos 300 Km de longitud si se radian directamente. Utilizando la propiedad de traslación de frecuencia de la modulación, estas señales se pueden imprimir sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reducción sustancial del tamaño de la antena. Por ejemplo, en la banda de radio de FM, donde las portadoras están en el rango de 88 a 108 Mhz, las antenas no deben ser mayores a un metro.Modulación para reducir el ruido y la interferenciaHemos dicho que es imposible eliminar totalmente el ruido del sistema. Y aunque es posible eliminar la interferencia, puede ser no práctico. Por fortuna, ciertos tipos de modulación tienen la útil propiedad de suprimir tanto el ruido como la interferencia. La supresión, sin embargo, ocurre a un cierto precio; generalmente requiere de un ancho de banda de transmisión ( intervalo de frecuencia) mucho mayor que la señal original; de ahí la designación de reducción del ruido de banda ancha. Este convenio de ancho de banda para la reducción del ruido es uno de los interesantes y a veces desventajosos aspectos del diseño de un sistema de comunicaciones.Modulación por asignación de frecuenciaEl propietario de un aparato de radio o televisión puede seleccionar una de varias estaciones, aun cuando todas las estaciones estén transmitiendo programación en el mismo medio de transmisión. Es posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulación, sólo operaría una estación en una area dada. Dos o más estaciones que transmiten directamente en el mismo medio, sin modulación, produciría una mezcla inútil de señales interferentes.Modulación para multicanalizaciónA menudo se desea transmitir muchas señales en forma simultánea entre dos puntos. Las técnicas de multicanalización son formas, intrínsicas de modulación, permiten la transmisión de señales múltiples sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor, Las aplicaciones de la multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. Es muy común, por ejemplo, tener hasta 1,800 conversaciones telefónicas de ciudad a ciudad, multicanalizadas y transmitidas sobre un cable coaxial de un diámetro menor a un centímetro.Modulación para superar las limitaciones del equipoEl diseño de un sistema queda gereralmente a la disponibilidad de equipo, el cual a menudo representa inconvenientes en relación con las frecuencias involucradas. La modulación se puede usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean mínimas o donde se encuentren más fácilmente los requisitos de diseño. Para este propósito, los dipositivos de modulación se encuentran también en los receptores, como ocurre con los transmisores.Limitaciones fundamentales en la comunicación eléctricaEn el diseño de un sistema de comunicación existen dos clases generales de restricciones: los factores tecnológicos, es decir los factores vitales de la ingeniería y por otro lado las limitaciones físicas fundamentales impuestas por el propio sistema, osea las leyes de la naturaleza en relación con el objetivo propuesto.Ambas clases de restricciones deben ser analizadas al diseñar el sistema. Hay más de una diferencia, pues los problemas tecnológicos son problemas de practibilidad que incluyen consideraciones tales como disponibilidad de equipo, interacción con sistemas existentes, factores económicos, problemas que pueden resolverse en teoría, aunque no siempre en la práctica. Las limitaciones físicas fundamentales son justamente eso; cuando aparecen, no existen recursos, incluso en teoría. Sin embargo los problemas tecnológicos son las limitaciones que en última instancia señalan si pueden o no ser salvadas. Las limitaciones fundamentales en la transmisión de la información por medios eléctricos son el ancho de banda y el ruido.La limitación del ancho de bandaLa figura 1 muestra el elemento tiempo como una parte integrante de los sistemas de comunicación. La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo de transmisión, es decir, que se transmite una mayor información en el menor tiempo. Una transmisión de información rápida se logra empleando señales que varían rápidamente con el tiempo. Pero estamos tratando con un sistema eléctrico, el cual cuenta con energía almacenada; y hay una ley de física bien conocida que expresa que en todos los sistemas, exepto en los que no hay pérdidas, un cambio en la energía almacenada requiere de una cantidad definida de tiempo . Así, no podemos incrementar la velocidad de la señalización en forma arbitraria, ya que en consecuencia el sistema dejará de responder a los cambios de señal.Una medida conveniente de la velocidad de la señal, es su ancho de banda, o sea, el ancho del espectro de la señal. En forma similar, el régimen al cual puede un sistema cambiar energía almacenada, se refleja en su respuesta de frecuencia útil mededida en términos del ancho de banda del sistema. La transmisión de una gran cantidad de información en una pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de banda ancha para representar la información y sistemas de banda ancha para acomodar las señales. Por tanto, dicho ancho de banda surge como una limitación fundamental. Cuando se requiere de una transmisión en tiempo real, el diseño debe asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Sí el ancho de banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión. Debe recalcarse que el diseño del equipo no es con mucho un problema de ancho de banda absoluto ofraccionario, o sea, el ancho, de banda absoluto dividido entre la frecuencia central; si con una señal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se reduce el ancho de banda fraccionaria con ello se simplifica el diseño del equipo. Esto es una razón por la qué en señales de TV cuyo ancho de banda es de cerca de 6 Mhz se emiten sobre portadoras mucho mayores que en la transmisión de AM, donde el ancho de banda es de 10 KHz.Así mismo, dado un ancho de banda fraccionaria resultado de las consideraciones del equipo, el ancho de banda absoluto puede incrementarse casi indefinidamente llegando hasta frecuencias portadoras mayores. Un sistema de microondas de 5 Ghz puede acomodar 10,000 veces más información en un período determinado que una portadora de radio frecuencia de 500 Khz, mientras que un rayo laser cuya frecuencia sea de 5 E+14 Hz tiene una capacidad teórica de informacion que excede al sistema de microondas en un factor de 1 E+5, o sea, un equivalente aproximado de 10 millones de canales de TV. Por ello es que los ingenieros en comunicaciones están investigando constantemente fuentes de portadoras de alta frecuencia nuevas y utilizables para compensar el factor ancho de banda.

Véase también[editar]