i_ntr_o s_istemas_ telecomunicaciones

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1. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE TELECOMUNICACION ©Constantino Pérez Vega Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones Universidad de Cantabria 1 Capítulo 1 Introducción a los Sistemas de Telecomunicación El objeto de este capítulo es presentar las nociones básicas relacionadas con los sistemas eléctricos de comunicaciones, partiendo de los conceptos básicos e intro- duciendo las ideas fundamentales sobre los componentes genéricos de todo sistema de comunicaciones 1 : transmisores, receptores, medios de transporte, etc. y se resu- men las principales clasificaciones de estos sistemas, de acuerdo a sus diversas características y aplicaciones. Se introduce también el concepto de modulación y la necesidad de su empleo en el transporte de información, así como los aspectos básicos relativos al uso del espectro radioeléctrico. 1.1 Conceptos generales El concepto de comunicación no es fácil de definir y con frecuencia se asume que todos tenemos intuitivamente la idea de lo que es. Para las personas y animales, puede definirse como el intercambio de información entre individuos mediante un sistema común de símbolos, bien sea mediante leguaje, signos o gestos 2 . La defini- ción anterior puede extenderse también a la comunicación entre máquinas, en cuyo caso los símbolos que representan la información deben reunir características espe- ciales. La ingeniería de telecomunicación o ingeniería de comunicaciones es la rama de la ingeniería que se ocupa de la generación, transmisión, recepción y pro- cesado de señales ya sea por medios eléctricos, elctromagnéticos, electroacústicos, ópticos, etc., y los sistemas de telecomunicación 3 son aquéllos que mediante el empleo de técnicas y dispositivos adecuados realizan el transporte de información entre una fuente y uno o más destinatarios finales. Información. Aunque también intuitivamente se tiene el concepto de información, el significado puede ser muy diferente según el contexto en que se maneje. Así, para una buena cantidad de gente el término se asocia generalmente con el campo periodístico, radiofónico o televisivo. De hecho, en numerosas instituciones se cursan carreras designadas como Ciencias de la Comunicación o Ciencias y Técni- 1 Aquí se emplearán indistintamente los términos sistema de comunicaciones, sistema de comunicación y sistema de telecomunicación. 2 Webster’s Third New International Dictionary of the English Language. Unabridged. Encliclopaedia Britannica, Inc. 1981. 3 Aquí se emplearán indistintamente los términos sistemas de telecomunicación, sistemas de comunicación y sistemas de comunicaciones con el mismo significado y sin entrar en posibles diferencias semánticas de escasa o nula importancia.

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    Constantino Prez Vega Dpto. de Ingeniera de Comunicaciones Universidad de Cantabria

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    Captulo 1

    Introduccin a los Sistemas de Telecomunicacin

    El objeto de este captulo es presentar las nociones bsicas relacionadas con los sistemas elctricos de comunicaciones, partiendo de los conceptos bsicos e intro-duciendo las ideas fundamentales sobre los componentes genricos de todo sistema de comunicaciones1: transmisores, receptores, medios de transporte, etc. y se resu-men las principales clasificaciones de estos sistemas, de acuerdo a sus diversas caractersticas y aplicaciones. Se introduce tambin el concepto de modulacin y la necesidad de su empleo en el transporte de informacin, as como los aspectos bsicos relativos al uso del espectro radioelctrico.

    1.1 Conceptos generales

    El concepto de comunicacin no es fcil de definir y con frecuencia se asume que todos tenemos intuitivamente la idea de lo que es. Para las personas y animales, puede definirse como el intercambio de informacin entre individuos mediante un sistema comn de smbolos, bien sea mediante leguaje, signos o gestos2. La defini-cin anterior puede extenderse tambin a la comunicacin entre mquinas, en cuyo caso los smbolos que representan la informacin deben reunir caractersticas espe-ciales. La ingeniera de telecomunicacin o ingeniera de comunicaciones es la rama de la ingeniera que se ocupa de la generacin, transmisin, recepcin y pro-cesado de seales ya sea por medios elctricos, elctromagnticos, electroacsticos, pticos, etc., y los sistemas de telecomunicacin3 son aqullos que mediante el empleo de tcnicas y dispositivos adecuados realizan el transporte de informacin entre una fuente y uno o ms destinatarios finales.

    Informacin. Aunque tambin intuitivamente se tiene el concepto de informacin, el significado puede ser muy diferente segn el contexto en que se maneje. As, para una buena cantidad de gente el trmino se asocia generalmente con el campo periodstico, radiofnico o televisivo. De hecho, en numerosas instituciones se cursan carreras designadas como Ciencias de la Comunicacin o Ciencias y Tcni-

    1Aqu se emplearn indistintamente los trminos sistema de comunicaciones, sistema de comunicacin y sistema de telecomunicacin.

    2 Websters Third New International Dictionary of the English Language. Unabridged. Encliclopaedia Britannica, Inc. 1981.

    3 Aqu se emplearn indistintamente los trminos sistemas de telecomunicacin, sistemas de comunicacin y sistemas de comunicaciones con el mismo significado y sin entrar en posibles diferencias semnticas de escasa o nula importancia.

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    cas de la Informacin que poco o nada tienen que ver con la ciencia o la ingeniera de comunicaciones. No es extrao, por tanto, que Jurgen Ruesch4 haya identificado 40 variedades de los enfoques interdisplinarios para el tema, incluyendo tpicos tan variados como los aspectos informales de la comunicacin, implcitos en la atrac-cin sexual o en el comportamiento ante el juego e identificando al menos 50 mo-dos de comunicacin interpersonal. Entre los aspectos de importancia tratados en este contexto cabe mencionar la importancia que se da en los medios masivos de comunicacin (radio, televisin, prensa y actualmente Internet) al efecto de los mensajes sobre la audiencia y al estudio de tcnicas de persuasin con el fin de influir en la disposicin de los individuos hacia la modificacin de hbitos de con-sumo, simpata poltica o creencias religiosas entre otros. Con excepcin de la prensa escrita, los sistemas de comunicaciones transportan informacin para estos y otros fines. En este caso puede decirse que el ingeniero de telecomunicacin se ocupa de disear, instalar y mantener el vehculo, pero no tiene influencia alguna sobre lo que dicho vehculo transporta, es decir, el contenido. En algunos casos, el ingeniero de telecomunicacin debe ocuparse tambin del contenido, por ejemplo en algunos sistemas de comunicacin entre mquinas. Dada la variedad de interpretaciones que se pueden dar al trmino informacin, conviene definirlo con algo ms de precisin para los fines y objetivos de un curso de sistemas de comunicaciones. As, por informacin se entiende aqu el conjunto de seales, producidas por fenmenos fsicos, registrados, clasificados, organiza-dos y relacionados, con un significado preciso para un destinatario especfico. Con frecuencia se habla tambin de elementos de informacin. En una comunica-cin de voz la informacin fluye de manera continua entre el transmisor y el recep-tor. Los elementos de informacin son en este caso los aumentos infinitesimalmen-te pequeos entre dos instantes, tambin infinitesimalmente pequeos, de la presin del aire producida por las cuerdas vocales del locutor o sobre el tmpano del oyen-te. En estas condiciones la informacin da lugar a una seal continua en el tiempo, o seal analgica y los elementos de informacin pueden asociarse con elementos silbicos de la voz; sin embargo en el caso de msica esta asociacin resulta ms difcil. En los sistemas digitales, por otra parte, los elementos de informacin son discretos y fciles de identificar. Un ejemplo simple de un sistema digital de comu-nicaciones es la telegrafa y es interesante notar que ste fue anterior a la telefona en varias dcadas5. En telegrafa los elementos de informacin son pulsos de corta y larga duracin (puntos y rayas) que, combinados de diversas formas representan

    4 The New Enciclopaedia Britannica. 15th Edition. 1981. 5 El telfono fue inventado por Alexander Graham Bell (1847-1922) en 1875 y patentado en 1876. La primera

    compaa telefnica en el mundo fue la Bell Telephone, fundada en 1877.

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    de manera discreta los caracteres alfabticos y numricos, as como algunos smbo-los ortogrficos y de control en la forma que se ilustra en la Tabla 1.1. El conjunto de varios elementos de informacin constituye un smbolo y, a su vez, el conjunto de varios smbolos constituye un mensaje. El alfabeto Morse, utilizado desde hace ms de 150 aos, no es mas que una de las muchas formas posibles de codificar los caracteres alfabticos mediante elementos discretos6. En trminos muy simples, puede decirse que un mensaje est compuesto por elementos de in-formacin y que sta puede fluir de forma continua o discreta entre el transmisor y el receptor. Asimismo, un mensaje es algo que el receptor o el destinatario de la informacin entiende y que, en general no conoca previamente. Esta es una de las caractersticas fundamentales de la informacin, es decir, el desconocimiento pre-vio de su contenido o, expresado en trminos ms tcnicos, su aleatoriedad. Un mensaje contiene ms informacin cuanto ms impredecible sea sta. Algo que se conoce de antemano, en realidad contiene muy poca o ninguna informacin.

    A N 1B O 2C P 3D Q 4E R 5F S 6G T 7H U 8I V 9J W 0K XL YM Z

    Tabla 1.1. Alfabeto Morse. Los puntos representan seales de cortaduracin

    y las rayas, de mayor.

    6En el alfabeto Morse los caracteres que ocurren con mayor frecuencia en ingls, se codifican con muy pocos

    elementos de informacin, as la e se codifica slo mediante un punto o un pulso de corta duracin. En los carac-teres de uso menos frecuente se utilizan ms elementos de informacin. La razn de esto, an cuando Morse no lo saba explcitamente, se estudia en la Teora de Informacin, debida entre otros, a Shannon.

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    Seales. Asimismo, por seal se entiende la representacin de una magnitud fsica, detectable, variable en el tiempo, el espacio o ambos, a la que se puede asignar un determinado significado o contenido de informacin. Aqu, el trmino seal se refiere a seales elctricas, aunque en su forma original sean de otra naturaleza; por ejemplo, acsticas, mecnicas, pticas, etc., que, en general, pueden convertirse a seales elctricas mediante transductores7 adecuados. Las seales pueden caracterizarse en el dominio del tiempo o en el de frecuencia. Ambas caracterizaciones representan el mismo fenmeno. En los sistemas de tele-comunicacin es usual la representacin en el dominio de frecuencia, ya que sta proporciona informacin sobre el ancho de banda en que est contenida la energa de la seal. En general, cuando aqu se habla del dominio de frecuencia, se entien-de por l la transformada de Fourier de la funcin que describe a la seal en el do-minio del tiempo. En algunas aplicaciones, principalmente de procesado de seales se emplean otras transformaciones como las del coseno discreto, la de Hilbert, Haddamard, etc., que tambin suele hablarse de frecuencia. El tratamiento de estas otras transformadas queda fuera del contexto de este curso y siempre que se hable de frecuencia se entender que la transformacin aplicable es la de Fourier. Debido a que la transformada de Fourier es compleja, la representacin completa de la seal en el dominio de frecuencia debe hacerse en trminos de amplitud y de fase, si bien en la mayor parte de los casos prcticos, es suficiente la representacin del espectro de amplitud. El aparato utilizado para esto se designa como analizador de espectro. En la figura 1.1 se muestra una seal de televisin de color en el dominio del tiempo, como se vera en un osciloscopio y en el de frecuencia, como se vera en un analizador de espectro.

    (a) (b) Fig 1.1. Seal de televisin, de barras de color, en el dominio del tiempo (a)

    y en el de frecuencia (b).

    7Un transductor es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra. Por ejemplo, un micrfono convier-

    te la energa acstica en elctrica.

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    Las seales generadas por una fuente de informacin y convertidas a seales elc-tricas, por ejemplo la voz o una imagen son seales de paso bajo y a menudo se designan tambin como seales en banda base. Sin embargo las seales en banda base en los sistemas de comunicaciones tienen un significado ms amplio, ya que pueden estar constituidas por combinaciones de seales de paso bajo. Tal es el caso de la telefona multicanal en que la seal en banda base multicanal puede estar formada por centenares de seales de voz. La seal en banda base de televisin contiene al menos tres seales: vdeo monocromtico o luminancia, color y sonido. Aqu se entender por seal en banda base aquella que se aplica a la entrada del modulador de un transmisor. Transmisin en banda base. Cuando se tiene ms de una seal en banda base, por ejemplo seales de voz, no pueden transmitirse simultneamente por un mismo canal de comunicacin utilizando el mismo espectro de frecuencia, a menos que se las separe de alguna forma, ya que no hacerlo se interferiran mutuamente y el re-ceptor sera incapaz de discernir cada seal individual. Esta situacin se aprecia claramente cuando varias personas hablan a la vez, en el mismo espacio y con el mismo nivel de voz. Lo mismo ocurrira si varias personas utilizan simultneamen-te una misma lnea telefnica. De esto se infiere que si la transmisin se realiza en banda base, se requieren tantos canales de comunicacin independientes como seales haya. 1.2 El concepto de canal de comunicaciones. El canal de comunicaciones puede definirse en trminos generales, como el conjun-to de recursos en espectro, espacio, tiempo y equipos, necesarios para realizar una comunicacin. En su forma ms general, se reduce a un transmisor, un receptor y un medio de transporte de la energa electromagntica como se ilustra en la figura 1.2

    Fig. 1.2. Canal genrico de comunicaciones.

    Transmisor. Su funcin es acondicionar las seales de informacin en ancho de banda y potencia para entregarlas al medio de transporte.

    Transmisor Medio detransporte Receptor

    Destino de la informacin

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    Receptor. Su funcin es capturar las seales en el medio de transporte, amplificar-las y acondicionarlas a fin de que resulten inteligibles al usuario final, bien sea este una persona, un animal, una mquina, etc. Medio de transporte. Puede ser el vaco, el aire, un cable, el agua u otro medio material. La mayora de las comunicaciones elctricas emplean como medio de transporte el aire, cables metlicos o fibras pticas. La definicin anterior del canal de comunicaciones es muy amplia y en la prctica, con frecuencia se habla de canal para hacer referencia slo a una parte de la tota-lidad del sistema, a menudo, al medio de transporte, lo que da lugar a las siguientes definiciones, entre otras: Canal de Radio. En el canal de radio, la energa electromagntica generada en el transmisor es radiada al medio de transmisin y transportada hasta el receptor, sin conexin fsica entre ste y el transmisor. La radiodifusin sonora, la televisin y la telefona mvil son los ejemplos ms comunes de canales de radio. La estructura general del canal de radio se ilustra en la figura 1.3 y comprende desde la salida del transmisor a la entrada del receptor, incluyendo las respectivas lneas de transmi-sin y antenas. La porcin del canal de radio que comprende slo el medio de transporte, es decir, el vaco, el aire u otro medio material en el que se propaga la energa electromagntica, suele designarse como canal de propagacin en cuyo caso no se incluyen ni las antenas ni las lneas de transmisin.

    Fig. 1.3. Canal de radio y canal de propagacin. Canal de Radiofrecuencia (RF). En la literatura se designa tambin como canal de modulacin y comprende, desde la salida del modulador en el transmisor, hasta la entrada del demodulador en el receptor. Su linealidad depende de los circuitos y

    Transmisor Receptor

    Antenatransmisora Antena

    receptora

    Canal de radio

    Canal depropagacin

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    dispositivos posteriores al modulador en el lado transmisor y anteriores al demodu-lador en el lado receptor. No es un canal lineal ni recproco. Canal Digital. En sistemas digitales, comprende desde la entrada de la secuencia digital no modulada a la salida del codificador en el transmisor, hasta la secuencia regenerada a la salida del demodulador, es decir la entrada del decodificador en el receptor. No es lineal ni recproco. 1.3 Modulacin En los sistemas analgicos de comunicaciones, la nica forma posible de separar seales distintas que ocupan el mismo espectro en banda base (sonido, imagen, etc), para su transmisin por el mismo medio de transporte, ya sea ste una lnea telefnica, un cable o el aire, es trasladndolas en el espectro de frecuencia, de modo que cada seal individual ocupe una ranura especfica en el espectro. El receptor deber tener, a su vez, capacidad para seleccionar cada una de esas ranuras y recuperar las seales individuales sin interferencia de las dems. El proceso mediante el cual se traslada una seal en banda base en el espectro de frecuencia es la modulacin y a la seal as trasladada se designa como seal mo-dulada. Una forma simple de analizar este proceso es suponer una seal en banda base constituida por un tono senoidal de frecuencia nica,

    fm: x(t) = Acos (mt) (1.1) Donde m = 2fm es la frecuencia angular en radianes por segundo. A x(t) se le designa como seal moduladora. Supngase ahora que se tiene otra seal senoidal, de frecuencia fc, mucho mayor que fm y a la que designaremos como portadora:

    y(t) = Bcos (ct) (1.2) Donde c = 2fc. El espectro de stas est representado por dos lneas a las frecuencias fm y fc, ya que se trata de seales senoidales puras con una sola componente espectral, como se muestra en la figura 1.4

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    Fig. 1.4 Espectro de las seales moduladora y portadora

    asumindolas como senoidales puras. Si las seales (1.1) y (1.2) se multiplican mediante algn dispositivo que no se analizar de momento, se tiene una nueva seal:

    [ ] = + + +( ) cos( ) cos( )2 c m c mABz t t t (1.3)

    La seal anterior tiene dos componentes espectrales, una de frecuencia fc + fm y otra de fc + fm. Las seales originales fc y fm han desaparecido en este proceso de multi-plicacin y el espectro resultante tiene la forma ilustrada en la figura 1.5. La seal moduladora se ha desdoblado en dos componentes alrededor de la frecuencia correspondiente a la portadora. Estas dos componentes tienen la informacin de amplitud y frecuencia de la seal en banda base original.

    De hecho, mediante el proceso de modula-cin, lo que se ha hecho es variar los parme-tros (amplitud y frecuencia) de la portadora, de acuerdo a la amplitud y frecuencia de la seal moduladora. La nueva frecuencia a la que se ha trasladado la seal moduladora est determinada por el valor de la frecuencia de la portadora y a la seal modulada tambin se le designa como seal en banda de paso.

    fm fc

    A

    B

    f

    Sealmoduladora

    Portadora

    fm fc ffc - fm fc + fm

    AB/2 AB/2

    Fig.1.5.Espectrodelasealmodulada.

    fm fc ffc - fm fc + fm

    AB/2 AB/2

    Fig.1.5.Espectrodelasealmodulada.

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    Este ejemplo, en el que como seal moduladora se ha utilizado un tono senoidal puro8 se puede extender a toda una banda de frecuencias, por ejemplo de la voz. Tambin es conveniente hacer notar que este tipo de modulacin, que se conoce como modulacin de amplitud, con doble banda lateral y portadora suprimida, no es el nico posible. En la modulacin de amplitud se tienen diversas variantes y, por otra parte, tambin es posible la modulacin de frecuencia y la de fase, que se tratarn con mayor amplitud en el captulo 6. Estos tipos de modulacin son bsi-camente analgicos. En el dominio digital se tienen varios tipos de modulacin que, aunque se designan de diferente forma, son substancialmente similares a los anteriores. Conviene ahora analizar, aunque sea someramente, la funcin que debe realizar el receptor para recuperar la seal original. El proceso inverso de la modulacin es la demodulacin o deteccin y para el caso del ejemplo, una forma de conseguirlo es multiplicando la seal modulada por una seal senoidal, generada localmente en el receptor, de la misma frecuencia y fase que la portadora. Este tipo de demodula-cin se designa como demodulacin sncrona o coherente y se ilustra en la figura 1.6.

    Fig. 1.6. Demodulador sncrono

    As si la seal (1.3) se multiplica nuevamente por la portadora (1.2) y, por simpli-cidad y sin prdida de generalidad se omiten los trminos de amplitud se tiene:

    (1.4)

    8Un tono puro prcticamente no contiene informacin, excepto la frecuencia, que una vez conocida puede repro-

    ducirse en el propio receptor mediante un oscilador, y la amplitud, que tambin puede reproducirse en el receptor con amplificadores o atenuadores adecuados.

    [ ]2

    ( ) ( ) ( ) cos ( ) cos( ) cos

    2cos ( )cos( )cos ( ) cos(2 )cos( )

    = = + + +== +

    c m c m c

    c m

    m c m

    u t y t z t t t t

    t tt t t

    Filtrode

    paso bajo

    Osciladorlocal de

    portadora

    Seal modulada

    Mezclador(multiplicador)

    Seal originalen banda base

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    La seal anterior contiene dos trminos; el primero corresponde a la seal original en banda base y el segundo corresponde a la seal modulada, ahora alrededor de una portadora del doble de frecuencia de la original (2fc). Si a la salida del multipli-cador se coloca un filtro de paso bajo, esta componente quedar eliminada y se obtendr a la salida, la seal original deseada. Basndonos en el mismo ejemplo anterior, es evidente que si se tienen varias sea-les de informacin en la misma banda base, stas pueden trasladarse a diferentes posiciones en el espectro, si con ellas se modula a portadoras de frecuencias dife-rentes. Supngase que se tienen tres seales de voz, cada una de las cuales ocupa un espectro de 300 a 3400 Hz y que se tienen tres portadoras, una de 100 KHz, otra de 200 KHz y otra de 300 KHz. Es claro que las tres seales pueden transmitirse por radio o por cable sin interferirse. Este proceso de combinar varias seales para transmitirlas por un mismo medio se designa como multiplexado o multicanaliza-cin en frecuencia. Ahora bien, el multiplexado no es la nica razn para la modulacin. En los siste-mas radioelctricos de comunicaciones se utilizan antenas, tanto para transmitir como para recibir las seales. Estas antenas, para que funcionen de manera eficien-te, deben ser de dimensiones del orden de media longitud de onda. Si se pretendiera transmitir por medios radioelctricos una seal de voz, ser necesaria una antena de varias decenas de km, lo cual es impensable. Si esa seal de voz modula a una por-tadora, por ejemplo de 10 MHz, se puede transmitir con una antena de poco ms de diez metros que es ya fcilmente realizable. En resumen, la modulacin es indispensable para los sistemas de radiocomunica-cin, a fin de poder usar antenas de dimensiones razonables y, por otra parte, es necesaria para combinar seales de igual banda base, que deban transmitirse por el mismo medio. Conversin. De forma similar al traslado en frecuencia de una seal en banda base, es igualmente posible trasladar seales moduladas a porciones diferentes del espec-tro. Este proceso recibe el nombre de conversin y puede ser ascendente cuando la seal trasladada es de frecuencia superior a la de la original, o descendente cuando es de frecuencia inferior. Ancho de banda. El ancho de banda de una seal es la porcin del espectro en que est contenida su energa. En algunos casos no es necesario transmitir todo el es-pectro de las seales; por ejemplo, la voz humana tiene componentes que pueden alcanzar hasta unos 10 KHz, sin embargo la energa contenida a estas frecuencias es muy pequea y, en la prctica, es suficiente transmitir solamente hasta unos 3.5

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    o 4 KHz. Algo similar ocurre en bajas frecuencias y solamente se transmiten las frecuencias superiores a unos a unos 300 Hz. Las seales de vdeo tienen compo-nentes frecuenciales significativas hasta alrededor de 5 MHz. Las seales telegrfi-cas, por el contrario, tienen anchos de banda muy reducidos, del orden 100 Hz o menos. Estos anchos de banda son en paso bajo o banda base. El ancho de banda de las seales moduladas o ancho de banda del canal, depende tanto del ancho de banda base, como del tipo de modulacin empleado y en general es superior al ancho de banda base. Por ejemplo, en radiodifusin sonora en ondas medias, el ancho de banda del canal es de 10 KHz, en televisin terrestre, es de 6 a 8 MHz, dependiendo del estndard utilizado, en televisin por satlite, en que la seal va modulada en frecuencia (FM), el ancho de banda del canal puede ser de 24 a 36 MHz. y en radiodifusin sonora en FM, es de 250 KHz. 1.4 Arquitectura genrica de los sistemas de comunicaciones Claude Shannon y Warren Weaver en la dcada de los 1940s concibieron un mode-lo lineal de comunicacin suficientemente general que, en su forma original conte-na cinco elementos: fuente de informacin, transmisor, canal de transmisin, re-ceptor y destinatario final, todos dispuestos linealmente como se ilustra en la figura 1.7. Este modelo bsico constituye el punto de partida para el estudio de los sistemas de comunicacin y alrededor de l se desarrolla la mayor parte del material de este curso.

    Fig. 1.7. Modelo lineal del sistema de comunicacin Con el transcurso del tiempo y la evolucin de los sistemas de comunicacin, particularmente en los sistemas digitales, el modelo anterior ha sufrido algunas modificaciones, con el fin de especificar mejor algunos elementos constitutivos de cada uno de los bloques anteriores y proporcionar un rango mayor de aplicaciones. Una versin de tal modelo modificado es la que se muestra en el digrama de bloques de la figura 1.8. Este modelo es tambin suficientemente general y el papel de cada uno de los bloques se describe mediante el ejemplo siguiente.

    Fuente deInformacin Transmisor

    Mediode

    TransporteReceptor Destino

    Distorsin Ruido Ruido ydistorsin

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    Fig. 1.8. Modelo del sistema de comunicacin modificado Considrese un sistema telefnico muy simple, formado por dos aparatos telefni-cos, de aquellos antiguos, conectados entre s por una lnea de dos alambres de cobre y con una batera para suministrar la energa necesaria al circuito. En uno de los extremos de la lnea una persona utiliza el telfono para hablar con la que est al otro extremo. La persona que habla es, en este caso, la fuente de informacin. Las ideas generadas en su cerebro se transmiten como seales electroqumicas a las cuerdas vocales en la garganta del locutor, y constituyen el transductor que con-vierte la energa electroqumica en movimiento vibratorio de las cuerdas vocales. Esta vibracin de las cuerdas se traslada a las molculas del aire de la cavidad bu-cal y del exterior de la boca dando lugar a una onda acstica. . Las cuerdas vocales y la boca juegan aqu el papel del codificador en la figura 1.2.

    En la figura 1.9 se ilustra el proceso de conver-sin de una onda sonora como la producida por la voz, en una seal elctrica mediante un micrfono simple, utilizado extensamente en telefona hasta bien avanzado el siglo XX. El micrfono consiste de una cpsula metlica que contiene grnulos de carbn y est cerrada en un extremo por una placa que est unida rgidamente a un diafragma met-lico sobre el que inciden las ondas acsticas y que se mueve de acuerdo a las compresiones y rarifi-caciones de stas, aumentando o reduciendo la presin entre los grnulos de carbn. Cuando los grnulos estn poco presionados el contacto entre ellos es dbil y la resistencia total que ofrecen es

    relativamente alta. Al ser comprimidos, la superficie de contacto aumenta y la re-sistencia total disminuye, de modo que el conjunto de dichos grnulos puede con-siderarse como una resistencia cuyo valor vara segn la presin de la onda sonora incidente. La placa del diafragma y la cpsula metlica, aisladas entre s, se conec-tan a la carga mediante una batera en serie. La carga puede ser un auricular telef-nico o, como en el caso de la figura, un transformador para producir una seal de salida de mayor nivel hacia la lnea que conecta con el receptor.

    Fuente Codificador Transmisor Medio deTransporte Receptor Decodificador Destino

    Fig. 1.9. Circuito bsico de un micrfono de carbn

    Fig. 1.9. Circuito bsico de un micrfono de carbn

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    Uno de los receptores ms simples es el audfono o auricular telefnico, mostrado en la figura 1.10 y del que hay diversas variantes que no trataremos aqu. El auricu-lar de la figura est constituido por una cpsula que contiene un imn permanente hueco y en cuyo interior se encuentra una bobina conectada mediante el circuito correspondiente al transmisor, en este caso el micrfono.

    Fig. 1.10. Auricular o audfono. La persona que habla mantiene el auricular en contacto con su odo y el micrfono en la cercana de su boca, de modo que la onda acstica, es decir, la onda mecnica producida por las cuerdas vocales, incide sobre el micrfono. La resistencia varia-ble que representa el micrfono queda en serie con la lnea de transmisin y la batera de alimentacin, con lo que en la lnea se tendr una corriente variable cuya magnitud ser proporcional a la intensidad sonora y cuya frecuencia ser tambin variable segn la frecuencia del sonido incidente sobre el micrfono. El micrfono juega aqu el papel del transmisor. La seal elctrica viaja por la lnea de transmi-sin, que es aqu el medio de transporte, hasta el auricular o audfono. Aqu, esa seal se aplica a la bobina del auricular. La vibracin de la placa del auricular se transmite al aire en forma de una onda acstica y viaja hasta el tmpano del odo de la persona que escucha. El tmpano, que tambin es una membrana que vibra me-cnicamente transporta esas vibraciones al delicado mecanismo del odo interno, que finalmente las convierte de nuevo en seales electroqumicas que viajan al cerebro y son interpretadas por el oyente. El odo desempea aqu el papel del de-codificador y el cerebro el de destino de la informacin. Ahora bien, entre el transmisor y el receptor, conectados mediante una lnea de dos alambres conductores, pueden producirse efectos que den lugar a que la persona que escucha no reciba fielmente la informacin original. Uno de tales efectos es la

    Imn permanente

    Bobina mvil Diafragma

    Onda sonora

    Del transmisor

    Imn permanente

    Bobina mvil Diafragma

    Onda sonora

    Del transmisor

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    atenuacin en la lnea, que no es igual en toda la banda de frecuencias de voz. En este caso percibir la voz distorsionada. Otro efecto es el ruido que se genera en todos los elementos del sistema como consecuencia de la agitacin trmica de los electrones en los conductores y en el propio micrfono. En estas condiciones la voz se oir con ruido de fondo que puede ser semejante a un siseo o similar al efecto de cascar nueces. Otro efecto puede ser un zumbido producido por lneas de ali-mentacin de corriente alterna a 50 o 60 Hz, cercanas a la lnea telefnica, o bien la percepcin de otras conversaciones que transcurren en lneas telefnicas contiguas, debido a que los campos electromagnticos alrededor de una de las lneas se indu-cen sobre la otra. Todos estos efectos reducen la calidad de la seal recibida y, en ocasiones, pueden hacer ininteligible el mensaje. Este ejemplo ilustra algunos de los conceptos inherentes todo sistema de comuni-caciones. Primero, la fuente de informacin puede generar seales de naturaleza muy distinta a la elctrica. La conversin de la seal original en una seal elctrica requiere de procesos que pueden ser sumamente complejos. En este ejemplo se ha usado al ser humano como la fuente y destinatario de la informacin y, aunque esto es cierto en la mayor parte de los sistemas de comunicaciones, se dan muchos ca-sos en que la informacin no se transmite entre personas, sino entre dispositivos mecnicos, elctricos, qumicos, etc. En cualquier caso, es claro que los conceptos de informacin y mensaje pueden aplicarse de forma similar. 1.5 Seales indeseables. En el ejemplo del sistema telefnico en la seccin 1.3, se indic que en los sistemas de comunicaciones pueden producirse efectos que deterioren la comunicacin, en otras palabras, que den lugar a que la seal recibida no sea tan limpia como la transmitida. Entre estos efectos se cuentan el ruido, la distorsin y las interferen-cias Ruido. En cualquier sistema de comunicaciones, se producen fluctuaciones de corriente ajenas a las seales que maneja el sistema. Estas fluctuaciones son de tipo aleatorio y pueden tener diversos orgenes; al agregarse a la seal, deterioran la calidad de la comunicacin. Esta situacin algunas veces puede evitarse o reducirse y en otras es inevitable, de modo que al disear un sistema de comunicaciones es imprescindible tener en cuenta los efectos del ruido de modo que resulten mnimos. Un tipo de ruido que est presente siempre en todos los circuitos elctricos es el ruido trmico, debido a la agitacin electrnica en los conductores y semiconducto-res como consecuencia de la temperatura; se trata, por tanto de un ruido de origen natural. Otras fuentes naturales de ruido son, por ejemplo, el propio universo que

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    nos rodea, el sol, algunas estrellas, etc. Este ruido se designa como ruido csmico y es importante en los sistemas radioelctricos de comunicaciones, ya que es captado por las antenas receptoras juntamente con la seal. La atmsfera tambin es fuente de ruido elctrico, en especial los rayos. Este tipo de ruido se denomina ruido at-mosfrico. Otras fuentes de ruido son de origen humano. Entre ellas se encuentran los motores elctricos en que se producen pequeas chispas entre las escobillas y el colector, las chispas actan como pequeas antenas transmisoras y la energa emitida es captada tambin por las antenas de los receptores. Lo mismo ocurre con los moto-res de combustin interna a gasolina, en que las bujas tambin producen chispas. En zonas industriales y urbanas los niveles de ruido de origen humano pueden ser muy elevados. En general, no es posible eliminar el ruido trmico, si bien algunas tcnicas de procesado digital de seales permite, en algunos casos, reducirlo considerablemen-te. Los ruidos de origen humano tambin son difciles de eliminar, aunque algunas medidas pueden reducir su efecto, por ejemplo blindando o apantallando los circui-tos y utilizando algunos tipos de antenas altamente direccionales. El filtrado no suele surtir efecto ms que en algunos casos, ya que el ruido, y en particular el trmico, tiene componentes espectrales a todos las frecuencias, de modo que si se utilizan filtros para dejar pasar solamente la banda de una seal, inevitablemente en esa banda tambin habr ruido y lo nico que se eliminar ser el ruido fuera de la banda de inters. Distorsin. Por distorsin se entiende la alteracin, no deseada, de la forma de onda de una seal. Esto ocurre en cualquier circuito cuya respuesta en frecuencia no sea plana, es decir, que no deje pasar por igual todos los componentes espectra-les de una seal. Supngase, por ejemplo, un amplificador de sonido en que las frecuencias superiores a, digamos, 5 KHz, se amplifican a la mitad del valor que las frecuencias inferiores a ese valor. El amplificador puede resultar adecuado para la voz humana en que es suficiente un ancho de banda del orden de 4 KHz, pero no ser satisfactorio para amplificar msica en que el ancho de banda requerido es del orden de 12 a 15 KHz. En este caso, el sonido de algunos instrumentos perder su tonalidad, como consecuencia de la amplificacin desigual de los componentes frecuenciales del sonido de esos instrumentos. Esa amplificacin desigual de los componentes frecuenciales de una seal da como lugar una alteracin de sus carac-tersticas espectrales originales y por tanto, a distorsin. En un circuito, la distor-sin puede ser el resultado del funcionamiento de algunos dispositivos del circuito en regiones no lineales de sus caractersticas, que da lugar a una forma de distor-

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    sin de inters particular en los sistemas de comunicaciones, designada como dis-torsin por intermodulacin. Interferencia. Por interferencia se entiende la presencia de seales indeseables en un sistema de comunicaciones determinado, originadas por otros sistemas de co-municaciones. En sistemas radioelctricos, esto ocurre cuando en una misma zona se reciben simultneamente seales de dos o ms sistemas que funcionan en la misma banda de frecuencia, o cuando uno de los sistemas produce seales indesea-das fuera de su banda de trabajo y cuyas frecuencias caen dentro de la banda de otro sistema. En los sistemas de cable las interferencias son causadas por las induc-cin del campo electromagntico producido por la seal en un cable y que abarcan el espacio ocupado por otro cable. En telefona ocurren formas de interferencia de este tipo que reciben el nombre de diafona o de modulacin cruzada. 1.6 Transmisin sin distorsin. En general, todos los circuitos alteran la seal en la banda de paso. Lo importante es que el circuito, o en general el sistema, cumpla la condicin de transmisin sin distorsin.9 Para ello, la seal a la salida debe ser una rplica exacta de la seal de entrada, es decir, debe tener la misma forma, aunque no necesariamente la misma amplitud; puede estar amplificada o atenuada y retrasada en el tiempo respecto a la seal de entrada. En otras palabras, la configuracin espectral de la seal de entra-da no debe alterarse. En el sistema de la figura anterior, si la seal de entrada es x(t), con espectro X(), y la de salida y(t), con espectro Y(), la condicin de transmisin sin distorsin se cumple si: Donde K representa la ganancia (o atenuacin) y el retardo que sufre la seal a su paso por el sistema. En el dominio de frecuencia se tiene que:

    ( ) ( ) jY K X e = (1.7) donde H(), la funcin de transferencia del sistema, se identifica fcilmente con: 9Vase por ejemplo: Carlson, A.B. Communication Systems. 3rd edition. pag. 80. Mc Graw-Hill Book Co. 1986.

    H()X() Y()x(t) y(t)

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    H Ke j( ) = (1.8)

    La respuesta de amplitud es decir, |H()|, debe ser constante (K) y la respuesta en fase debe ser lineal y negativa:

    arg ( )H = (1.9)

    Las condiciones anteriores deben cumplirse en la banda de paso, aunque no necesa-riamente fuera de ella. Cuando en un sistema no se cumple la condicin de trans-misin sin distorsin, es necesario predistorsionar la seal a su entrada para com-pensar las alteraciones que sufra. Este proceso de predistorsin recibe tambin el nombre de ecualizacin y puede realizarse en amplitud, fase, o ambos. Es impor-tante tener en cuenta que aunque las distorsiones pueden corregirse con esta tcni-ca, en general no puede eliminarse el ruido. 1.7 Clasificacin de los Sistemas de Telecomunicacin Los sistemas de telecomunicacin pueden clasificarse segn criterios diversos, dependiendo de caractersticas o aplicaciones especficas. Sera muy difcil intentar una clasificacin exhaustiva, por lo que utilizaremos slo algunos de los criterios ms usuales con base en lo tratado en las secciones anteriores. Desde el punto de vista del tipo de seales que manejan, pueden clasificarse en analgicos y digitales. En el primer caso la fuente en la figura 2, entrega una seal analgica, que puede caracterizarse mediante una funcin continua variable en el tiempo. El codificador, en este caso, puede considerarse como el modulador del transmisor, o algn otro dispositivo que procese la seal en el dominio analgico. En el extremo receptor, el demodulador realiza la funcin inversa, en este caso, la demodulacin. En los sistemas digitales la fuente entrega por lo general una seal digital, an cuando la entrada al sistema sea analgica. El codificador, en este caso puede realizar una variedad de funciones entre las que se incluyen la codificacin de fuente, la codificacin de canal y la modulacin. El decodificador en el extremo receptor realiza la funcin inversa para recuperar la seal original.

    a) Segn el medio fsico de transporte de seales, los sistemas pueden clasificarse principalmente como de cable, fibra ptica o radioelc-tricos.

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    b) Segn el tipo de usuarios, en sistemas punto a punto o punto a multi-punto. Entre los primeros se cuentan, por ejemplo, la telefona y entre los segundos, los de radiodifusin sonora.

    c) Segn el tipo de comunicacin, en unidireccionales o bidirecciona-

    les.

    d) Segn la banda de frecuencias, en sistemas de banda estrecha o banda ancha.

    Es claro que se pueden establecer muchas otras definiciones igualmente vlidas; sin embargo, las anteriores resumen las principales caractersticas de inters para este curso. Sistemas analgicos y digitales. En los sistemas analgicos, las seales transporta-das son continuamente variables en el tiempo y constituyen una representacin elctrica de las magnitudes fsicas originales, tales como voz, imagen, presin, temperatura, etc. En los sistemas digitales las seales transportadas son discretas y su forma elctrica no guarda relacin con la magnitud fsica original ms que a travs de una codificacin matemtica de dichas seales discretas. Si bien hay nu-merosos aspectos comunes en el tratamiento de ambos tipos de sistemas, las dife-rencias son de importancia y su estudio requiere atencin separada. Sistemas de cable o fibra ptica. Utilizan como medio fsico de transporte de las seales alguno de los siguientes: Lnea abierta: formada por uno o ms hilos conductores. Si son dos hilos se desig-na como lnea de pares, si est formada por cuatro hilos, se conoce como de cua-dretes. Se utiliza principalmente en telefona, telegrafa y transmisin de datos a baja velocidad. Cable telefnico de pares mltiples: consiste de un cable, protegido contra la in-temperie y usualmente apantallado o blindado elctricamente, en cuyo interior se confinan numerosos pares de hilos. A diferencia de la lnea abierta puede instalarse en conductos subterrneos y se emplea principalmente en telefona y transmisin de datos a baja velocidad. Tanto este cable como la lnea abierta pueden conside-rarse como medios de transporte de banda estrecha. Cable coaxial: formado por un conductor rodeado por una funda metlica y aislado de ella, que acta como pantalla electromagntica contra seales externas. Se utili-

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    za en sistemas de banda ancha, como telefona multicanal, televisin y transmisin de datos a elevada velocidad. Fibra ptica: aunque el principio fsico de funcionamiento es completamente dife-rente al de los cables anteriores y merecera clasificacin aparte, el tipo de servicio a que se destina es semejante y puede considerarse como un medio de transmisin por cable. Se emplea en sistemas de banda ancha y sus prestaciones son, en gene-ral, muy superiores a las de los cables metlicos. A excepcin de la fibra ptica, la transmisin por cable puede realizarse en banda base o en radiofrecuencia. 1.8 Sistemas Radioelctricos Por radio se entiende la transmisin de seales a travs del espacio, mediante on-das electromagnticas, sin que haya conexin fsica entre transmisor y receptor. El medio de propagacin de las ondas electromagnticas es, en este caso, el aire o el vaco. En el trabajo con sistemas radioelctricos es frecuente emplear el trmino radiofrecuencia (RF), y por tal, se entiende la frecuencia a la que la radiacin de energa electromagntica es til para propsitos de comunicacin. As, las radiofre-cuencias abarcan desde unos pocos KHz hasta ms de 100 GHz. Sin embargo, el contexto en que se emplea a veces el trmino radiofrecuencia se presta a algunas confusiones. Por ejemplo se puede hablar de una seal de radiofrecuencia de 70 MHz o de una seal de FI (frecuencia intermedia) tambin de 70 MHz; en el pri-mer caso se trata de una seal radioelctrica, que se propaga en el espacio e incide sobre una antena, o bien que es radiada por una antena al espacio. Si se habla de FI, se trata de una seal generada internamente en un equipo y que no es radiada en forma de onda electromagntica. 1.8.1 Espectro Radioelctrico Los sistemas de telecomunicacin utilizan el espectro radioelctrico, que compren-de las bandas de frecuencias tiles para los servicios de radiocomunicacin y abar-ca, desde frecuencias inferiores a 1 KHz hasta alrededor de 300 GHz. Los sistemas de comunicaciones pticas funcionan a frecuencias superiores, correspondientes al espectro visible y en el infrarrojo. Las principales bandas del espectro radioelctri-co suelen definirse en trminos de las longitudes de onda, segn la designacin de la Unin Internacional de Telecomunicaciones, de la forma que se indica en la Tabla 1.2

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    Abreviatura Significado Frecuencias Longitud de onda Designacin

    ELF Extra-low freq. 0.3 a 3 KHz. 1000 a 100 Km Megamtricas

    VLF Very-low freq. 3 a 30 KHz 100 Km a 10 Km Miriamtricas

    LF Low frequency 30 a 300 KHz 10 Km a 1 Km Kilomtricas

    MF Medium freq. 300 a 3000 KHz 1000 m a 100m Hectomtricas

    HF High frequency 3 a 30 MHz 100 m a 10 m Decamtricas

    VHF Very-high freq. 30 a 300 MHz 10 m a 1 m Mtricas

    UHF Ultra-high freq. 300 a 3000 MHz 1 m a 10 cm Decimtricas

    SHF Super-high freq. 3 a 30 GHz 10 cm a 1 cm Centimtricas

    EHF Extra-high freq. 30 a 300 GHz 10 mm a 1 mm Milimtricas

    Tabla 1.2 Nomenclatura de las Bandas de Frecuencias

    La designacin anterior es sumamente general, ya que cada una de las bandas se subdivide, a su vez, en numerosas bandas, o subbandas asignadas a diferentes tipos de servicios. En particular, las bandas de frecuencias de microondas son designadas de forma especial, con diferentes letras, como se indica en la Tabla 1.3.10

    Banda Rango de frecuencias

    P 0.225 a 0.390 GHz

    L 0.390 a 1.550 GHz

    S 1.550 a 5.200 GHz

    X 5.200 a 10.90 GHz

    K 10.90 a 36.00 GHz

    Q 36.00 a 46.00 GHz

    V 46.00 a 56.00 GHz

    W 56.00 a 100.0 GHz

    Tabla 1.3 Designaciones de las Bandas de Microondas.

    A su vez, las bandas anteriores se dividen en ms subbandas, por ejemplo Se, que comprende de 1.55 a 1.65 GHz, Kp, de 10.9 a 12.25 GHz, etc. 10 Reference Data for Radio Engineers: Radio, Electronics, Computer, and Communications. 7th. Edition. Edward

    C. Jordan, Editor in Chief. Howard W. Sams & Co. Indianapolis, 1966.

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    1.8.2 Tipos de Servicios. Segn la Unin Internacional de Telecomunicaciones, los tipos de servicios de radiocomunicacin que se asignan en las diferentes bandas se definen como si-gue:11

    Servicios fijos. Son servicios de radiocomunicacin entre puntos fijos espe-cficos. Por ejemplo, circuitos de alta frecuencia punto a punto y radioenla-ces de microondas. Servicios mviles. Servicios de radiocomunicacin entre estaciones que pueden utilizarse cuando estn en movimiento, paradas en lugares no espe-cificados, o bien entre estaciones mviles y estaciones fijas. Servicio mvil aeronutico. Servicios de radiocomunicacin entre estacio-nes terrestres y aeronaves o entre aeronaves. Servicio mvil martimo. Servicios de radiocomunicacin entre estaciones costeras y barcos o entre barcos navegando. Servicio mvil terrestre. Servicios de radiocomunicacin entre una estacin de base y una estacin terrestre mvil, o entre estaciones mviles terrestres. Radionavegacin. Servicios para determinar la posicin de naves mediante las propiedades de propagacin de las ondas radioelctricas. Radionavegacin area. Servicios de radionavegacin para la navegacin area, por ejemplo: VOR, Tacan, radiofaros, sistemas de aterrizaje por ins-trumentos, radio-altmetros, radares de indicacin de obstrucciones, etc. Radionavegacin martima. Servicios de radionavegacin para la navega-cin martima, por ejemplo: radiofaros costeros, estaciones de radiolocali-zacin, radares a bordo, etc. Radiolocalizacin. Servicios para determinacin de la posicin de naves con propsitos diferentes a los de navegacin, por ejemplo: radares terres-tres, radares costeros, sistemas de seguimiento, etc. Radiodifusin. Servicios de radiocomunicacin cuyo propsito es la recep-cin directa por el pblico en general. Como ejemplos pueden citarse la ra-

    11 Reglamento de Radiocomunicacin de la UIT. Artculo 8, Secciones 391-412.

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    diodifusin en ondas medias (AM), frecuencia modulada (FM) y Televi-sin. Radioficionados. Servicios de radiocomunicacin llevados a cabo por per-sonas interesadas en las tcnicas radioelctricas, nicamente por inters personal y sin inters comercial alguno. Espaciales. Servicios de radiocomunicacin entre estaciones o vehculos espaciales. Tierra-espacio. Servicios de radiocomunicacin entre estaciones terrestres y estaciones o vehculos espaciales, por ejemplo, la comunicacin entre una estacin terrestre y un satlite. Radioastronoma. Astronoma basada en la recepcin de ondas radioelc-tricas de origen csmico. Estndares de frecuencia. Transmisiones de radio de frecuencias especfi-cas y alta precisin, cuyo propsito es la recepcin con fines cientficos, tcnicos o de otra ndole.

    1.8.3 Gestin del Espectro Radioelctrico El espectro radioelctrico, es decir, el conjunto de bandas de frecuencia que pueden utilizar los diversos servicios de radiocomunicacin, constituye un recurso natural limitado de propiedad nacional, es decir, no puede utilizarse libremente por cual-quier persona, ya que las emisiones en una frecuencia y lugar especficos deben ser nicas. De otra forma interferiran con otros servicios que funcionaran en la misma regin y, adems, seran interferidos por ellos. El organismo que, a nivel internacional se encarga del estudio y asignacin de las frecuencias en el espectro electromagntico es la Unin Internacional de Teleco-municaciones (UIT), con sede en Ginebra, Suiza y de la que son miembros prcti-camente la totalidad de los pases del mundo. Los aspectos relacionados con el espectro de frecuencias son tratados en el seno de un Comit de la UIT, el Comit Consultivo Internacional de Radiocomunicacin (CCIR), designado actualmente como UIT-R que, a travs de sus Grupos de Estudio, emite estndares, normas y recomendaciones a escala internacional y que generalmente son suscritas por los pases miembros. La UIT tiene, adems, otro Comit, el CCITT (Comit Consultivo Internacional de Telefona y Telegrafa), ahora designado como UIT-T, cuya acti-

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    vidad est ms orientada a los sistemas no radioelctricos. Evidentemente hay pun-tos comunes en las actividades de ambos Comits. Por lo general, las Recomendaciones del CCITT y del CCIR cubren aspectos rela-cionados con los circuitos internacionales de comunicaciones, pero en aspectos esenciales, tratan tambin de las caractersticas relevantes de los sistemas naciona-les que pueden formar parte de conexiones a circuitos internacionales. Para la asig-nacin de frecuencias y administracin del espectro radioelctrico, la UIT conside-ra tres regiones en el mundo, segn se muestra en la figura 1.7. La Regin 1 com-prende Europa, Africa y la porcin asitica del antiguo territorio de la Unin Sovi-tica. La Regin 2 incluye a todo el Continente Americano y, finalmente la Regin 3, comprende la parte restante de Asia y Oceana. Si bien las Recomendaciones del CCIR no tienen por s mismas fuerza legal en los pases miembros de la UIT, una buena parte de ellas son incorporadas en las legis-laciones nacionales en materia de telecomunicaciones, adecundolas a las caracte-rsticas nacionales y regionales. Son las Administraciones Nacionales de Teleco-municaciones las directamente responsables de la gestin y control del espectro radioelctrico.

    Fig. 1.7. Regiones para la administracin del espectro radioelctrico segn la Unin Internacional de Telecomunicaciones. Las regiones

    sombreadas corresponden a la zona tropical.

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    1.8.4 Designacin de las emisiones En el artculo 8 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT se establece que las emisiones deben designarse de acuerdo a su clasificacin y ancho de banda necesario. Para una clase dada de emisiones, el ancho de banda necesario se define como la banda de frecuencias necesaria para asegurar que es justamente suficiente para asegurar la transmisin de informacin con la calidad especfica del tipo de servicio de que se trate (telefona, televisin, datos, etc.). El ancho de banda nece-sario incluye aquellas emisiones necesarias para el funcionamiento satisfactorio del equipo receptor, por ejemplo, portadora reducida, banda lateral vestigial, etc. En la clasificacin de la UIT, el ancho de banda necesario debe expresarse por tres cifras y una letra, que ocupa la posicin del punto decimal y representa la unidad en que se mide el ancho de banda (Hz, KHz, MHz o GHz), como se indica en la lista siguiente:

    Banda de frecuencias Designacin

    0.001 a 999 Hz H

    1.0 a 999 KHz K

    1.0 a 999 MHz M

    1.0 a 999 GHz G

    Por ejemplo, una emisin cuyo ancho de banda sea de 0.002 Hz se designa por H002, una con ancho de banda de 4.5 MHz, como 4M5, etc. 1.8.5 Clasificacin de las emisiones. Esta se da por tres smbolos adicionales, alfabticos o numricos, el primero de los cuales denota el tipo de modulacin de la portadora principal, el segundo, el tipo de informacin que modula a dicha portadora y, el tercero, el tipo de informacin a transmitir. Primer smbolo: Tipo de modulacin de la portadora principal.

    Smbolo Significado

    N Portadora sin modulacin (onda continua).

    A Portadora modulada en amplitud, con doble banda lateral y portadora completa, incluyendo casos con subportadoras moduladas en frecuencia

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    Smbolo Significado

    H Banda lateral nica, con portadora completa.

    R Banda lateral nica, con portadora reducida o de nivel variable.

    J Banda lateral nica con portadora suprimida.

    B Bandas laterales independientes.

    C Banda lateral vestigial

    G Modulacin angular (frecuencia).

    G Modulacin angular (fase).

    D Emisiones en que la portadora principal est modulada en amplitud y ngulo (frecuencia o fase), ya sea simultneamente o de acuerdo a una secuencia preestablecida.

    P Secuencia de pulsos sin modulacin

    K Secuencia de pulsos modulados en emplitud.

    L Secuencia de pulsos modulados en anchura o duracin.

    M Secuencia de pulsos modulados en posicin (fase).

    Q Secuencia de pulsos en que la portadora est modulada en ngulo durante el perodo del pulso.

    V Combinaciones de las anteriores modulaciones de pulsos, o modulacin de pulsos producida por otros medios.

    W Casos de modulacin de pulsos no cubiertos en los anteriores, en los que la emisin consiste de la portadora principal modulada, ya sea simult-neamente o en una secuencia preestablecida, en combinacin de dos ms de los modos siguientes de modulacin: amplitud, angulo o de pulsos.

    X Casos de modulacin no cubiertos

    Segundo smbolo: Tipo de seales que modulan a la portadora principal.

    Smbolo Significado

    0 Ausencia de modulacin (onda continua).

    1 Un canal con informacin digital o cuantizada, sin emplear una subpor-tadora modulada, excluyendo al multiplexado por divisin de tiempo.

    2 Un canal, con informacin digital o cuantizada, empleando una subpor-tadora modulada, excluyendo al multiplexado por divisin de tiempo.

    3 Un canal con informacin analgica.

    7 Dos o ms canales con informacin digital o cuantizada.

    8 Dos o ms canales con informacin analgica.

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    Tercer smbolo: Tipo de informacin a transmitir.

    Smbolo Significado

    N Ausencia de informacin

    A Telegrafa para recepcin acstica.

    B Telegrafa para recepcin automtica.

    C Facsmil.

    D Transmisin de datos, telemetra, telecomando.

    E Telefona, incluyendo radiodifusin sonora.

    F Televisin (vdeo).

    W Combinaciones de las anteriores.

    X Casos no cubiertos por los anteriores.

    El Apndice 6 del Reglamento de Radiocomunicaciones sugiere la inclusin de dos smbolos adicionales a los descritos antes a fin de dar una descripcin ms comple-ta de la emisin. As, un cuarto smbolo proporciona detalles de las seal y el quin-to, la naturaleza del multiplexado. Si no se emplea el cuarto smbolo, debe substi-tuirse por un guin. El significado de dichos smbolos es el siguiente: Cuarto smbolo: Detalles de la seal.

    Smbolo Significado

    A Cdigo de dos niveles o condiciones, cuyos elementos pueden variar en nmero y/o duracin.

    B Cdigo de dos niveles o condiciones, con el mismo nmero de elemen-tos y duracin, sin correccin de errores.

    C Cdigo de dos niveles o condiciones, con el mismo nmero de elemen-tos y duracin, con correccin de errores.

    D Cdigo de cuatro niveles o condiciones, en que cada nivel representa un elemento de seal de uno o ms bits.

    E Cdigo de mltiples niveles o condiciones, en el que cada nivel repre-senta un elemento de seal de uno o ms bits.

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    Smbolo Significado

    F Cdigo de mltiples niveles o condiciones, en el que cada nivel o com-binacin de stos, representa un caracter.

    G Sonido monoaural con calidad de radiodifusin.

    H Sonido con calidad de radiodifusin, estereofnico o cuadrafnico.

    J Sonido de calidad comercial.

    K Sonido de calidad comercial, con empleo de inversin de frecuencia o divisin de bandas.

    L Sonido de calidad comercial con seales separadas, moduladas en fre-cuencia, para controlar los niveles de las seales demoduladas.

    M Vdeo monocromtico.

    N Vdeo cromtico (color).

    W Combinacin de los casos listados antes.

    X Casos no cubiertos entre los anteriores.

    Quinto smbolo: Tipo de multiplexado.

    Smbolo Significado

    N Ninguno

    C Multiplexado por divisin de cdigo.

    F Multiplexado por divisin de frecuencia.

    T Multiplexado por divisin de tiempo.

    W Combinacin de FDM y TDM.

    X Otros tipos de multiplexado.

    Algunos ejemplos de empleo de la nomenclatura anterior son los siguientes:

    Designacin Significado

    2K10A2AAN Telegrafa por modulacin de portadora con un tono. Cdigo Morse.

    8K00A3EGN Radiodifusin sonora, doble banda lateral.

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    Designacin Significado

    2K70J3EJN Telefona. Un canal con modulacin en banda lateral nica y portadora suprimida.

    2K89R7BCW Telegrafa multicanal a frecuencia de voz con correc-cin de errores y algunos canales multiplexados en tiempo. Banda lateral nica y portadora reducida.

    1.9 Sistemas de Comunicaciones por Cable Las comunicaciones que emplean como medio de transporte de informacin cables metlicos o fibras pticas abarcan una inmensa variedad de aplicaciones, entre las que incluye no slo la telefona tradicional o la televisin por cable, sino an la conexin mediante cable de computadoras entre s, con redes informticas o con equipos perifricos y puede decirse que forman parte de nuestra vida cotidiana. Desde el punto de vista de ingeniera, cada sistema de comunicacin por cable debe cumplir determinados requisitos para su correcto funcionamiento, entre los que se encuentran la impedancia, ancho de banda, atenuacin, aislamiento, etc., muchos de los cuales estn definidos en diversos estndares y recomendaciones. Resultara muy extenso y, fuera del alcance de estas notas, entrar en los detalles de los diver-sos sistemas, por lo que aqu nos limitaremos a resumir algunos aspectos histricos y las principales caractersticas de los sistemas de cable empleados en telecomuni-caciones, es decir en comunicaciones a distancia. Por otra parte, al hablar de siste-mas de comunicaciones por cable no se entiende nicamente el medio de transpor-te, que es una lnea de transmisin, sino tambin los equipos y sistemas asociados, necesarios para realizar la comunicacin. 1.9.1 Aspectos histricos Puede decirse que los primeros sistemas de comunicaciones por cable fueron los sistemas telegrficos que se iniciaron alrededor de 1840 y hasta 1870, fueron los nicos sistemas de comunicaciones a larga distancia. Al principio, las lneas tele-grficas se construan paralelas a las lneas ferroviarias y en su etapa inicial, se utilizaron alambres de hierro o acero, con el inconveniente de la menor conductivi-dad de estos materiales respecto a otros como el cobre, as como la facilidad de corrosin por oxidacin con el consecuente deterioro de las caractersticas elctri-cas de la lnea. Hay que tener en cuenta que la tecnologa de materiales hace ciento cincuenta aos no era, ni remotamente, la que hoy tenemos a nuestra disposicin. En 1861, los Estados Unidos contaban con un sistema de transmisin telegrfica que una la costa atlntica con la del Pacfico.

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    Sin embargo hay que hacer notar que, con frecuencia al hablar de telegrafa se asume que se desarroll en los Estados Unidos y que su inventor fue Samuel Morse. Por una parte, Morse patent el sistema, pero buena parte de sus inven-ciones, incluido el alfabeto designado con su nombre se debieron en buena medida a su socio Alfred Vail. Por otra parte en Europa se desarrollaron siste-mas telegrficos en la misma poca, en particular el debido a Charles Wheats-tone12 en 1837 y estuvieron un tiempo en funcionamiento, tambin alrededor del ferrocarril. El sistema de Morse result ser superior y paulatinamente fue adoptndose en el mundo.

    Desde 1856 se hicieron intentos de utilizar cables submarinos para comunicaciones de larga distancia. El primero de ellos entre Dover, Inglaterra y Calais, Francia. Aunque los primeros intentos no tuvieron xito, antes de 1860 ya estaban en fun-cionamiento cables submarinos para comunicacin telegrfica entre Inglaterra y Francia e Irlanda. En 1866 consigui ponerse en funcionamiento el primer cable trasatlntico entre Inglaterra y los Estados Unidos. A lo largo de lo restante del siglo XIX ya haba numerosas comunicaciones por cable submarino que unan todos los continentes como se ilustra en el siguiente mapa de 1901. En la actualidad, continan en funcionamiento bastantes sistemas de cable subma-rino metlico, si bien los sistemas submarinos de fibra ptica van en aumento y compiten con los sistemas de satlite. Con la proliferacin de los sistemas telefnicos alrededor de 1870, rpidamente se not que las lneas para telegrafa no eran adecuadas para telefona y por esa poca se empezaron a utilizar conductores de cobre. En esto, adems de las caractersticas elctricas de los materiales de las lneas, hay que tener en cuenta que la telegrafa es un sistema de comunicaciones de banda estrecha, y an podramos decir muy

    12 Como hecho curioso, Wheatstone tambin invent, entre otras cosas, el acorden en 1829.

    Fig. 1.12. Tendido telegrficoFig. 1.12. Tendido telegrfico

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    estrecha. En esa poca la telefona vena a ser un sistema de banda ancha, aunque slo se tratara de canales de voz con un ancho de banda de unos 3 kHz y en ese ancho de banda la distorsin sobre la seal, debida a la atenuacin dependiente de la frecuencia, era notoria.

    Fig. 1.13. Tendido de cables submarinos en 1901 El telfono tardara casi cuarenta aos en seguir al telgrafo, ya que se empez a usar alrededor de 1870. Una razn para este retraso es, sin duda, el tipo de seales que se manejan en uno y otro sistema. En telegrafa las seales son discretas, es decir se detecta la presencia o ausencia de corriente en el circuito, de modo que para producir las seales telegrficas slo es necesario un interruptor para transmi-tir y un dispositivo electromecnico que responda a la corriente, para recibir. En telefona, por otra parte, se manejan seales continuas y es necesario un transductor que convierta, en el caso de la voz, la energa acstica en energa elctrica de forma que aqu ya no hay slo presencia o ausencia de corriente en el circuito, sino una corriente variable cuya amplitud y frecuencia deben corresponder a la seal de voz. Cuando esto se consigui, aunque de manera rudimentaria, fue posible la transmi-sin de seales de voz. Tambin en el caso del telfono, su invencin se atribuye por lo general a Alexan-der Graham Bell, aunque ste fue slo uno de los inventores que tuvo la fortuna de

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    presentarse a la oficina de patentes diez minutos antes que otro inventor de un sis-tema similar, Elisha Gray. En cualquier caso, la invencin del telfono puede atri-buirse con cierta justicia a Antonio Meucci, en Italia, en 1849 y a Philip Reis en Alemania que en 1861, diez aos antes que Bell, desarroll el primer telfono con posibilidad de transmisin de unos 90 metros usando como micrfono una mem-brana animal excitada por un contacto elctrico para producir sonidos, la recepcin se lograba con un inductor galvnico oscilando de la misma forma que la membra-na. El telfono rpidamente gan populari-dad a partir de la segunda mitad de la dcada de 1870 y fue evolucionando considerablemente gracias a la contribu-cin de numerosos inventores. La co-nexin entre abonados, inicialmente manual, fue dando paso a los sistemas automticos, si bien hasta no hace mu-chos aos las conversaciones de larga distancia, nacionales o internacionales haba que hacerlas a travs de operadora. Para finales de la dcada de 1980, es posible la comunicacin nacional e in-ternacional mediante marcado directo del nmero del abonado, excepto en algunos pases en vas de desarrollo o bajo sistemas totalitarios en que toda comunicacin al exterior debe pasar necesariamente por un sistema de control. 1.9.2 Caractersticas generales de los sistemas de cable Los sistemas de cable ofrecen ventajas y desventajas respecto a los sistemas radioe-lctricos de comunicaciones. Entre las ventajas se tiene que la energa electromag-ntica est confinada por el cable con lo que los problemas de interferencia se re-ducen considerablemente y es posible tener dos sistemas paralelos de cable que utilizan el mismo espectro de frecuencias sin interferirse, lo que no es posible con sistemas radioelctricos en que la energa no est confinada estrictamente a un espacio fsico determinado. Cabe aclarar aqu que el trmino cable se utiliza aqu de forma genrica, tanto para una lnea de uno o dos hilos como para un cable co-axial, pero no para designar otros medios de transporte confinado de la energa electromagntica, como las guas de onda o las fibras pticas. Los sistemas de cable, por otra parte, requieren de una infraestructura fsica com-pleja y costosa, bien sea que se instalen en postes o se canalicen de forma subterr-

    Fig. 1.14. Central telefnica manualFig. 1.14. Central telefnica manual

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    nea. El tendido de sistemas de cable con frecuencia requiere de negociaciones con los propietarios de los terrenos por los que debe pasar, lo que no ocurre con los sistemas radioelctricos. En cualquier caso, cada tipo de sistema encuentra un vasto campo de aplicaciones y no puede hablarse estrictamente de que uno sea mejor que otro. Una caracterstica importante de los cables es su atenuacin en funcin de la fre-cuencia. Esto es consecuencia de su resistencia intrnseca y del efecto pelicular (vase captulo 3). Esto obliga a emplear tcnicas de ecualizacin, de modo que la atenuacin sea uniforme en toda la banda de frecuencias que transporte el cable. En el caso particular de la telefona esta ecualizacin se consigue mediante la insercin de bobinas cada 800 m aproximadamente y esta tcnica se designa como pupiniza-cin, en honor de su inventor, Michel Pupin. Tambin es necesario introducir am-plificadores de lnea para compensar la atenuacin. 1.9.3 Tipos de cables Para el caso que aqu nos ocupa, desde el punto de vista de una introduccin a los sistemas de comunicaciones por cable, podemos clasificar los cables metlicos en dos tipos: Cable telefnico de pares. En telefona, la conexin entre la central y el abonado se realiza mediante dos hilos conductores, es decir un par. Puesto que el nmero de abonados a una central es considerable, la instalacin de estas lneas en postes no resulta prctico, por que se emplean cables de pares mltiples o multipar, como los ilustrados en la figura 1.15.

    Fig. 1.15. Dos tipos de cables multipar.

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    Estos cables conectan la central con cajas localizadas en el vecindario de los abo-nados y, de estas cajas se hace la distribucin a los abonados mediante lneas indi-viduales. Este tipo de cables, en forma de manguera puede contener hasta de varios miles de pares. Cables coaxiales. Estos cables tienen anchos de banda considerablemente mayores que las lneas de pares, hasta del orden de 1 GHz, como es el caso de las lneas utilizadas en los sistemas de televisin por cable. Un cable coaxial es cilndrico, con un conductor en el centro, rodeado por un conductor externo y separados por un dielctrico que puede ser slido, de aire, u otro gas, como se ilustra en la figura 1.16. Estas lneas se tratan con mayor amplitud en el captulo 9. En banda base, una lnea de pares slo puede transportar una seal o canal de voz. Sin embargo, mediante tcnicas de multiplexado que se tratan en el captulo 5, es posible transportar por una de estas lneas hasta 12 o 24 canales. En cables coaxia-les, esta capacidad aumenta hasta ms de 1200 canales telefnicos, cada uno de 3.4 kHz de ancho de banda, o hasta unos 50 o ms canales de televisin analgica de 8 MHz de ancho de banda cada uno.

    Fig. 1.16. Cables coaxiales con dielctrico slido Los sistemas de cable pueden usarse para interconectar centros de comunicacio-nes, por ejemplo, centrales telefnicas, o bien pueden usarse para conectar a un gran nmero de usuarios. En cualquier caso, las seales se inyectan en un extremo del cable con el nivel de potencia y tipo de modulacin adecuados y se transportan por uno o varios cables principales designados como troncales. De estas troncales se extraen las seales para su distribucin a los usuarios o abonados del sistema,

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    mediante circuitos de distribucin. Es claro que los amplificadores de lnea deben compensar tambin las atenuaciones o prdidas introducidas por los distribuidores. 1.10. Comunicaciones por Satlite Desde los inicios de la llamada era espacial, con la puesta en rbita del primer satlite artificial, el Sputnik I en 1957, hace ya prcticamente medio siglo, los avances han sido impresionantes y sus aplicaciones abarcan tanto aspectos civiles como cientficos y militares. Los satlites de comunicaciones tienen varias caracte-rsticas importantes13. Una, su considerable ancho de banda y, otra, la posibilidad de cobertura global. Hay que mencionar que el tema de comunicaciones por satlite es muy amplio y no es posible abarcarlo en esta introduccin a los sistemas de telecomunicacin, por lo que aqu nos limitaremos nicamente a dar una visin panormica, necesariamente superficial. 1.10.1 La rbita geoestacionaria En la actualidad, prcticamente todos los satlites de comunicaciones se sitan en la rbita geoestacionaria, de modo que el satlite aparece como un punto fijo en el firmamento. Para que un satlite aparezca como un punto fijo sobre la superficie terrestre es necesario que se site en una rbita circular sobre el ecuador y que su perodo de traslacin sea exactamente igual al de rotacin de la tierra, es decir de un da sideral. El perodo de un satlite en rbita elptica terrestre est dado por: Donde A es el semieje mayor de la elipse y es la constante gravitacional, 3.99105 km3/s2. Para la rbita circular geoestacionaria es necesario que el perodo de traslacin del satlite sea igual al de rotacin de la tierra, es decir, 23h, 56 min, 4.09 s, a una altura de 35803 km en el plano ecuatorial. En otros planos, a esta

    13Pritchard,W.L.SatelliteCommunicationAnOverviewoftheProblemsandPrograms.Proc.IEEE,Vol.65,pp.294307,Mar.1977.

    =3

    2 AT

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    altura, el satlite puede designarse como geosncrono14, pero no aparecer estacio-nario sino que la trayectoria que se apreciar desde la superficie terrestre ser des-cribiendo figuras en forma de ocho. Una estacin terrestre puede trabajar con un satlite en rbita geoestacionaria o con varios si su antena tiene haces mltiples, sin necesidad de sistemas de seguimiento o de conmutacin. Aunque los orgenes de la idea de las comunicaciones satlite por satlite es obscu-ra, tradicionalmente se atribuye a Arthur C. Clarke15, conocido escritor de ficcin cientfica, la proposicin de un sistema de satlites en rbita geoestacionaria, para conseguir cobertura mundial. Se pueden configurar tres posiciones para conseguir una cobertura casi total de la tierra con satlites geoestacionarios, a excepcin de las regiones polares. Intelsat16, organismo en el que participan ms de cien pases es, desde su fundacin en 1964, el mayor operador de servicios de comunicaciones por satlite, con una considerable flota de satlites situados en rbita geoestaciona-ria, con separacin de 120 entre ellos y localizados sobre los ocanos Atlntico, Pacfico e Indico. La rbita geoestacionaria es nica en el sentido de que su radio es independiente de la masa del satlite, por lo que todos los satlites geoestacionarios de comunica-ciones tienen que situarse en ella en posiciones asignadas a cada pas, que se coor-dinan internacionalmente por la UIT. Las antenas terrestres para comunicacin con estos satlites no requieren de sistemas de seguimiento y se mantienen fijas perma-nen- temente apuntando al satlite. Las comunicaciones, en principio, pueden man-tenerse de forma continua durante las veinticuatro horas. 1.10.2 Cobertura Una posible clasificacin de los satlites de comunicacio- nes es en trminos de su cobertura. En trminos generales puede hablarse de cobertura regional o hemisfri-ca y depende de la configuracin de las antenas a bordo del satlite, como se ilustra en la figura 1.17 para el caso de cobertura regional. En este caso la antena a bordo del satlite, que cumple las funciones de receptora y transmisora, debe mantenerse absolutamente rgida, ya que cualquier desviacin de sta, considerando la distancia entre la tierra y el satlite, hara que el satlite dejara de apuntar a la zona deseada. 14Lostrminosgeoestacionarioygeosncronosuelentomarseconfrecuenciacomoequivalentes.Estrictamentehablando,unarbitageosncronaesaqullaconunperodo igualaundaterrestre,perounsatliteenellanoesnecesariamentegeoestacionario.

    15Clarke,A.C.ExtraterrestrialRelays.WirelessWorld,October1945.pp.305308.16InternationationalTelecommunicationsSatelliteConsortium.

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    Fig. 1.17. Cobertura de un satlite. En el caso de cobertura hemisfrica el ancho del haz de la antena debe iluminar toda la porcin visible de la tierra, con lo que el ngulo de abertura del haz debe ser de unos 18. Las regiones polares en un radio de unos 5 quedan fuera de la cober-tura del satlite. Una vez que el vehculo espacial alcanza su posicin en la rbita geoestacionaria, su posicin debe mantenerse fija, a fin de que su antena o antenas, altamente direc-cionales apunten siempre en la direccin deseada. Sobre el satlite actan diferen-tes fuerzas tales como el gradiente gravitacional, es decir, la diferencia en la atrac-cin gravitacional causado por la diferencia de distancia del centro de masa de la tierra a las diversas partes del vehculo, el campo magntico terrestre, la presin de la radiacin solar y el movimiento no compensado de los motores inerciales, en-granajes y palancas. Aunque dichas fuerzas sean pequeas, actan de forma conti-nua sobre el vehculo y es necesario compensarlas o corregirlas. La forma ms simple de estabilizacin es giroscpica, en que el vehculo completo gira alrededor de su eje vertical como una peonza a una velocidad de 30 a 100 rpm. Esto hace que el satlite se comporte como un volante giroscpico con elevado momento de inercia que le proporciona rigidez en la posicin. Sin embargo esto obliga a que las antenas tengan rotacin opuesta (despun), es decir, localizadas en una plataforma de, relativamente, baja inercia, de modo que el efecto total sea que la antena apunte su haz de forma estacionaria hacia la tierra. Un satlite no estabilizado giroscpicamente y apuntando a una regin fija en la tierra como se ilustra en la figura, tiene tres tipos de movimiento, similares a los de

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    un barco navegando: desviacin, cabeceo y rotacin17. La desviacin sera en este caso en el plano horizontal, semejante a las desviaciones de la proa de un barco respecto a una direccin fija. El cabeceo sera en este caso en el plano vertical, similar al cabeceo de un barco cuando la proa y la popa suben y bajan mientras navega. Finalmente, la rotacin seria lateral, perpendicular a la direccin de apun-tamiento, como en el caso de un barco sujeto a oleaje lateral que se inclinara de babor a estribor. Los satlites estabilizados en tres ejes tienen pequeos volantes giratorios, llama-dos volantes de reaccin o de momento, que giran para mantener al satlite en la posicin deseada respecto a la tierra y al sol. Si los sensores del satlite detectan desviaciones respecto a la posicin correcta, los volantes de reaccin aumentan o reducen su velocidad para regresar al satlite a la posicin correcta. Algunos veh-culos utilizan tambin pequeos impulsores de propulsin, para proporcionar em-pujes suaves y corregir as los desvos de posicin. Tanto este sistema como el de estabilizacin giroscpica tienen ventajas y desventajas. En la actualidad los satli-tes de comunicaciones tienden ms a ser del tipo de estabilizacin por tres ejes que giroscpica. Una ventaja de los satlites estabilizados por tres ejes es que pueden desplegar paneles solares de gran tamao, por ejemplo de hasta 20 metros de longi-tud, una vez que se encuentran en su posicin orbital y generar ms energa que los satlites cilndricos giratorios. 1.10.3 Suministro de energa La fuente primaria de energa en los satlites de comunicaciones son las celdas solares de silicio. Estas pueden estar fijas al cuerpo del vehculo espacial o monta-das de forma que puedan orientarse continuamente para capturar la mxima energa del sol. Durante los equinoccios de primavera y otoo, en que la desviacin del eje terrestre es menor que en los solsticios, los satlites geoestacionarios quedan eclipsados por la tierra, alrededor de 70 minutos por da, dependiendo de la inclinacin de la rbi-ta y del nmero de das anteriores o posteriores al equinoccio. Para mantener el funcionamiento durante esos perodos, es necesario utilizar bateras. El peso de las bateras es importante y constituye un serio compromiso entre la potencia, el peso y el rendimiento. Los satlites actuales de comunicaciones pueden consumir hasta varios kw a pleno funcionamiento, por lo que las bateras no pueden proporcionar toda la potencia necesaria durante los eclipses. En esos intervalos las bateras su-

    17Losrespectivostrminoseninglessonyaw,pitchyroll.

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    ministran la energa necesaria a los circuitos de mayor prioridad a bordo del satli-te, dejando de funcionar los de menor prioridad. 1.10.4 El sistema de comunicaciones Un satlite de comunicaciones es, bsicamente, un repetidor o retransmisor que, en el caso del satlite se designa como transpondedor y que en su configuracin ms simple puede representarse esquemticamente mediante la figura 1.18 y cuya ar-quitectura es, prcticamente, la misma de los retransmisores empleados en sistemas radioelctricos terrestres de comunicaciones. En el caso de comunicaciones por satlite se habla de dos segmentos: ascendente y descendente18. El primero corres-ponde a la seal transmitida desde tierra hacia el satlite y el segundo a la seal transmitida del satlite a la tierra. La seal ascendente, procedente de la tierra y en una determinada banda de fre-cuencias, es amplificada y trasladada a otra banda de frecuencias, para ser de nuevo amplificada hasta un nivel suficiente para su transmisin hacia tierra. La razn de utilizar dos bandas de frecuencias diferentes para la seal de entrada y la de salida es la misma que en el caso terrestre y es evitar la retroalimentacin que causara que el sistema oscilara o quedara interferido haciendo intil la comunica-cin.

    Fig. 1.18. Diagrama esquemtico simplificado de la porcin de radio