Propagación por el espacio.
La propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite
situado en órbita, que la reenvía de vuelta a la tierra para el receptor adecuado.
La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa con un intermediario (el satélite). La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incrementa enormemente la distancia que puede ser cubierta por una señal.
Propagación de señales específicas
El tipo de propagación que se usa en la radio-transmisión depende de la frecuencia de la señal. Cada frecuencia es adecuada para una capa específica de la atmósfera y es más eficiente si se transmite y se envía con tecnologías adaptadas a la capa.
VLF. Las ondas de frecuencia muy baja (VLF, Very Low Frequency) se propagan como ondas de superficie, habitualmente a través del aire, pero algunas veces a través del agua del mar.
Las ondas VLF no sufren mucha atenuación debido a la transmisión, pero son
sensibles a los altos niveles de ruido atmosférico (calor y electricidad) activo en bajas altitudes.
Las ondas VLF se usan principalmente para radio-navegación de largo alcance y para comunicación submarina
LF. De forma similar al VLF, las ondas de baja frecuencia (LF, Low Frequency) se propagan también como ondas de superficie. Las ondas LF se usan para radio-navegación de largo alcance y para las radio balizas o localizadores de navegación. La atenuación es mayor durante el día, cuando se incrementa la absorción de las ondas por los obstáculos naturales.
MF. Las señales de frecuencia media (MF, Middle Frequency) se propagan en la troposfera.
Estas frecuencias son absorbidas por la ionosfera. Por tanto, la distancia que
pueden cubrir está limitada por el ángulo necesario para reflejar la señal en la troposfera sin entrar en la ionosfera.
La absorción se incrementa durante el día, pero la mayoría de las
transmisiones MF se efectúan con antenas de visión directa para incrementar el control y evitar también los problemas de absorción. Los usos de las transmisiones MF incluyen radio AM, radio marítima, buscadores audio direccionales (RDF) y frecuencias de emergencia:
HF. Las señales de frecuencia alta (HF, High Frequency) usan propagación ionosférica.
Estas señales se desplazan dentro de la ionosfera, donde la diferencia de densidad las refleja de nuevo hacia la tierra. Los usos de señales HF incluyen los radioaficionados (ham radio),la radio de bandas de ciudadanos (CB), las emisiones internacionales, comunicaciones militares, comunicación de larga distancia para aviones y barcos, teléfonos, telégrafos y faxes
VHF. La mayoría de las ondas de frecuencia muy alta (VHF, Very High Frequency) usan propagación de visión directa.
Los usos del VHF incluyen la televisión VHF, la radio FM, la radio AM de los aviones y la ayuda de navegación de los aviones:
VHF. La mayoría de las ondas de frecuencia muy alta (VHF, Very High Frequency) usan propagación de visión directa.
Los usos del VHF incluyen la televisión VHF, la radio FM, la radio AM de los aviones y la ayuda de navegación de los aviones
UHF. Las ondas de frecuencia ultra alta (UHF, Ultra High Frequency) siempre se usan en propagación de visión directa. Los usos para el UHF incluyen la televisión UHF, los teléfonos móviles, la radio celular, los buscadores y los enlaces de microondas.
Observe que la comunicación con microondas comienzan en la frecuencia 1
GHz de la banda UHF y continúa hasta las bandas SHF y EHF.
SHF. Las ondas de frecuencia superalta (SHF, Super High Frequency) se transmiten usando principalmente propagación por visión directa y algo de propagación espacial.
Los usos del SHF incluyen las microondas terrestres y satélite y la comunicación del radar:
EHF. Las ondas de frecuencia extremadamente alta (EHF, Extremely High Frequency) usan la propagación espacial.
Los usos para el EHF son predominantemente científicos e incluyen radar, satélite y comunicaciones experimentales:
El mundo de las comunicaciones está basado en la transmisión de información mediante ondas electromagnéticas entre un emisor y un receptor. Fundamentalmente podemos dividir esta transmisión en dos tipos fundamentales:
· A través de un cable o guía de ondas.
· Radiación de OEM a través del aire, el espacio libre o de un medio dieléctrico.
La búsqueda de canales con baja atenuación y la necesidad de enviar señales con un ancho de banda cada vez mayor ha hecho que las guías de onda jueguen un papel cada vez más importante en del conjunto de medios físicos para la comunicación. La televisión por cable, la telefonía, Internet, etc. obligan a un uso cada vez mayor de guías de onda, en particular de fibras ópticas.
Las microondas terrestres no siguen la curvatura de la tierra y por tanto necesitan equipo de transmisión y recepción por visión directa.
La distancia que se puede cubrir con una señal por visión directa depende principalmente de la altura de la antena: cuanto mas altas sean las antenas, más larga es la distancia que se puede ver.
La altura permite que la señal viaje más lejos sin ser interferida por la curvatura del planeta y eleva la señal por encima de muchos obstáculos de la superficie, como colinas bajas y edificios altos que de otra forma
bloquearían la transmisión.
Habitualmente, las antenas se montan sobre torres que a su vez están construidas sobre colinas o montañas
Las señales de microondas se propagan en una dirección concreta, lo que significa que hacen falta dos frecuencias para una comunicación en dos sentidos, como por ejemplo una conversación telefónica.
Una frecuencia se reserva para la transmisión por microondas en
una dirección y la otra para la transmisión en la otra.
Cada frecuencia necesita su propio transmisor y receptor. Actualmente, ambas partes del equipo se combinan habitualmente en un equipo denominado transceptor, lo que permite usar una única antena para dar servicio a
ambas frecuencias y funciones.
Repetidores
Para incrementar la distancia útil de las microondas terrestres, se puede instalar un sistema de repetidores con cada antena. La señal recibida por una antena se puede convertir de nuevo a una forma transmisible y entregarla a la antena siguiente.
La distancia mínima entre los repetidores varía con la frecuencia de la señal y el entorno en el cual se encuentran las antenas.
Un repetidor puede radiar la señal regenerada a la frecuencia original o con una nueva frecuencia, dependiendo del sistema.
Las microondas terrestres con repetidores constituyen la base de la mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo
Antenas
Para las comunicaciones con microondas terrestres se usan generalmente antenas de tipo parabólico:
Una antena parabólica se basa en la geometría de una parábola: cada línea paralela a la línea de simetría (línea de vista) refleja la curva en ángulos tales que inciden en un punto común denominado foco.
El plato parabólico funciona como un embudo, capturando un amplio rango de ondas y dirigiéndolas a un punto común.
De esta forma, se recupera más señal de lo que sería posible con un receptor de punto único.
Satélite
Las transmisiones vía satélite se parecen mucho más a las transmisiones con microondas por visión directa en la que las estaciones son satélites que están orbitando la tierra.
El principio es el mismo que con las microondas terrestres, excepto que hay un satélite actuando como una antena súper alta y como repetidor.
Aunque las señales que se transmiten vía satélite siguen teniendo que viajar en línea recta.
De esta forma, los satélites retransmisores permiten que las señales de microondas se puedan transmitir a través de continentes y océanos con un único salto.
Satélites geosincrónicos
La propagación por línea de vista necesita que las antenas emisoras y receptoras estén fijas/estáticas con respecto a la localización de las demás en todo momento (una antena debe poder ver a la otra).
Por esta razón, un satélite que se mueve más deprisa o más despacio que la rotación de la tierra es útil únicamente para periodos de tiempo cortos.
Para asegurar una comunicación constante, el satélite debe moverse a la misma velocidad que la tierra de forma que parezca que está fijo en un cierto punto. Estos satélites se llaman geosincrónicos o geoestacionarios
Debido a que la velocidad orbital depende de la distancia desde el planeta, solamente hay una órbita que puede ser geosincrónica. Esta órbita se produce en el plano ecuatorial y está aproximadamente a 36.000 kilómetros de la superficie de la tierra.
Pero un único satélite geosincrónico no puede cubrir toda la tierra. Un satélite en órbita tiene contacto por línea de vista con un gran número de estaciones, pero la curvatura de la tierra sigue haciendo que gran parte del planeta todavía no se pueda ver.
Por ello, es necesario tener un mínimo de tres satélites equidistantes entre sí en órbita geosincrónica para proporcionar una transmisión global completa.
La figura anterior muestra a tres satélites separados 120 grados entre sí en una órbita geosincrónica alrededor del ecuador.
Es una vista desde el Polo Norte.
Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia.
En la naturaleza el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua..
Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.
Señal eléctrica analógica
Señal eléctrica analógica es aquella en la que los valores de la tensión o voltaje varían constantemente en forma de corriente alterna, incrementando su valor con signo eléctrico positivo (+) durante medio ciclo y disminuyéndolo a continuación con signo eléctrico negativo (–) en el medio ciclo siguiente.
El cambio constante de polaridad de positivo a negativo provoca que se cree un trazado en forma de onda senoidal:
Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida. Para solucionar esto la señal suele ser acondicionada antes de ser procesada.
La gran desventaja respecto a las señales digitales es el ruido en las señales analógicas: cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico. Por ejemplo una computadora no tiene capacidad alguna para trabajar con señales analógicas, de modo que necesita convertirlas en señales digitales para poder trabajar con ellas.
Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal.
Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos de modulación
Frecuencia portadora
Una frecuencia portadora es una onda electrónica combinada con la señal de información y que se transporta por el canal de comunicaciones.1
El uso de una onda portadora también soluciona muchos otros problemas de circuito, antena, propagación y ruido.
Por ejemplo, una antena práctica debe tener un tamaño aproximado al de la longitud de onda de la onda electromagnética de la señal que se va a transmitir.
Si las ondas de sonido se difundieran en frecuencias audibles, la antena tendría que tener más de un kilómetro de altura. Usando frecuencias mucho más altas para la portadora, el tamaño de la antena se reduce significativamente porque las frecuencias más altas tienen longitudes de ondas más cortas.
Técnicas de modulación básicas
Uno de los objetivos de las comunicaciones es utilizar una frecuencia portadora como frecuencia básica de una comunicación, pero modificándola siguiendo un proceso denominado modulación para codificar la información en la onda portadora.
Tres aspectos de la onda portadora básica que se pueden modular son:
a) Amplitud
b) Frecuencia
c) Fase o ángulo
Las tres técnicas de modulación básica son:
Modulación en Amplitud (AM o amplitud modulada).
Modulación en Frecuencia(FM o frecuencia modulada).
Modulación en Fase(PM o fase modulada).
Amplitud modulada
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la señal portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal que contiene la información que se desea transmitir, llamada señal moduladora o modulante.
Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por consiguiente, los receptores son sencillos y baratos.
Otras formas de AM como la modulación por Banda Lateral Única o la doble Banda Lateral son más eficientes en ancho de banda o potencia pero en contrapartida los receptores y transmisores son más caros y difíciles de construir, ya que además deberán reinsertar la portadora para conformar la AM nuevamente y poder demodular la señal trasmitida.
La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF
Al considerar la señal moduladora (señal del mensaje) como:
y la Señal portadora como:
La ecuación de la señal modulada en AM es la siguiente:
S(t) =Señal Modulada
fn(t)=Señal moduladora normalizada con respecto a su amplitud =
m= Índice de modulación (suele ser menor que la unidad)=
Básicamente, se trata de multiplicar el mensaje a transmitir por la portadora cosenoidal y, a su vez, sumarle esa portadora cosenoidal. El espectro en frecuencias de la señal quedará trasladado a ?c radianes por segundo, tanto en la parte positiva del mismo cómo en la negativa, y su amplitud será, en ambos casos, el producto de la señal moduladora por la amplitud de la portadora, sumado a la amplitud de la portadora, y dividido por dos. El resultado se aprecia en la siguiente imágen:
Existen dos posibilidades para la demodulación de una señal modulada f(t) en AM. La primera de ellas, la más simple, es sólo posible en caso de que se cumpla la condición siguiente:
En este supuesto, la envolvente de la señal modulada, esto es es siempre positiva y para recuperar la señal moduladora es suficiente con que un receptor capte dicha envolvente. Esto se consigue con un simple circuito rectificador con carga capacitiva
La otra opción para la demodulación de la señal modulada en AM es utilizar el mismo tipo de demodulación que se usa en las otras modulaciones lineales. Se trata del demodulador coherente. Para ello, es necesario conocer la frecuencia ?p de la portadora y, en ocasiones, también la fase, lo que requiere la utilización de un PLL (Phase Lock Loop). En este otro supuesto, no es necesario que el índice de modulación sea menor que la unidad, o lo que es lo mismo, no es necesario que la envolvente [1 + m·x(t)] sea siempre positiva.
El demodulador coherente utiliza la siguiente propiedad matemática de la función coseno:
para multiplicar la función S(t) por la portadora:
A partir de esto, con un filtro pasa-bajo y un supresor de continua, se obtiene la señal f(t).
Frecuencia modulada
La Frecuencia Modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la Amplitud Modulada (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música el habla.
El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM
Un ejemplo de Modulación de Frecuencia. El diagrama superior muestra la señal moduladora superpuestas a la onda portadora. El diagrama inferior muestra la señal modulada resultante.
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