El documento describe conceptos básicos de las comunicaciones, incluyendo modulación, tipos de modulación como AM, FM y PM, y bandas de frecuencia como VHF y UHF. Explica que la modulación involucra variar parámetros de una onda portadora para transportar información, y que AM varía la amplitud, FM la frecuencia, y PM la fase. También define términos como ancho de banda y tipos de transmisión como simplex, half-duplex y full-duplex.

1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO “SANTIAGO MARIÑO”
EXTENCION MATURIN
ESCUELA DE ING ELECTRICA
Conceptos básicos usados en las comunicaciones
Autor:
Orlando Espinoza
C.I:23.917.291

2. Que es modulación: 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 de
forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos
e interferencias. Según la American National Standard for
Telecomunicaciones, la modulación es el proceso, o el resultado del
proceso, de variar una característica de una onda portadora de acuerdo
con una señal que transporta información. El propósito de la modulación
es sobreponer señales en las ondas portadoras.1
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.
Por que se modula: Para mandar “al aire” la señal de baja frecuencia
que produce un micrófono, necesitaríamos una antena enorme, de
kilómetros de largo. Además, la señal se debilitaría enseguida. Sería
como llevar caminando a nuestros escolares a la escuela.
Lo que hacemos, entonces, es servirnos de una onda de alta frecuencia
y gran potencia, la portadora, a la que“damos forma” o moldeamos con
la moduladora. La moduladora es la señal eléctrica en la que hemos
transformado las imágenes de TV o los sonidos de la radio. Este proceso
de modulación lo hace el conjunto del transmisor-excitador de los que
hablaremos en siguientes preguntas. La antena es la encargada de
transformar en ondas electromagnéticas que se van al aire, la nueva
señal de alta frecuencia, resultado de la suma de la moduladora más la
portadora.
Cuando a un receptor de radio llega una de estas ondas, la “demodula”,
es decir, extrae la moduladora, donde vienen las canciones y las
palabras, y desecha la portadora. Es un proceso sencillo, ya que la
portadora es una señal constante, por lo tanto, fácil de eliminar.

3. Precisamente, esa portadora constante es la que ordena el espectro
radioeléctrico. Cuando a una emisora le conceden una frecuencia de
transmisión es como si le dieran un bus para que lleve su señal radial a
la audiencia. Al asignarle, por ejemplo, la 97.1 en FM, le están
autorizando a usar un segmento del espectro radioeléctrico como
portadora. Las frecuencias de todas las portadoras de FM y AM
conforman el dial de radiodifusión.
Hay muchas formas de modular una señal, pero las dos más conocidas y
usadas son la modulación en amplitud y la modulación en frecuencia.
Dicho así, seguro te parecen desconocidas, pero si hablamos de estas
modulaciones por sus siglas sabrás enseguida a que nos referimos: AM y
FM. Las dos bandas de radiodifusión sonora más conocidas deben su
nombre al tipo de modulación que emplean para enviar al aire sus
señales de radio.(1) Veamos cómo modula cada una de ellas, es decir,
cómo unimos la moduladora (señal de la emisora) con la portadora (señal
de alta frecuencia que nos asignan) tanto en AM como en FM.(2)
Tipos de modulación:
Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación
ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de
información, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma
eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de
señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.
• Modulación Analógica: AM, FM, PM
• Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM
MODULACIÓN POR AMPLITUD (AM).
Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión
como las señales de datos son analógicas.
Un modulador AM es un dispositivo con dos señales de entrada, una
señal portadora de amplitud y frecuencia constante, y la señal de
información o moduladora. El parámetro de la señal portadora que es
modificado por la señal moduladora es la amplitud.
En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es un tipo de
modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda
portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de

4. nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a
transmitir.
MODULACIÓN POR FRECUENCIA (FM).
Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión
como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación
exponencial.
En este caso la señal modulada mantendrá fija su amplitud y el
parámetro de la señal portadora que variará es la frecuencia, y lo hace
de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal moduladora.
En otras palabras, la modulación por frecuencia (FM) es el proceso de
codificar información, la cual puede estar tanto en forma digital como
analógica, en una onda portadora mediante la variación de su frecuencia
instantánea de acuerdo con la señal de entrada.
MODULACIÓN POR FASE (PM).
Este también es un caso de modulación donde las señales de
transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de
modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia.
En este caso el parámetro de la señal portadora que variará de acuerdo
a señal moduladora es la fase.
La modulación de fase (PM) no es muy utilizada principalmente por que
se requiere de equipos de recepción más complejos que en FM y puede
presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una
señal tiene una fase de 0º o 180º.
Velocidad de propagación: La velocidad de la propagación de la onda
depende del material por el cual se esté propagando la onda y de sus
propiedades. Generalmente, el sonido se mueve a mayor velocidad en
líquidos y sólidos que en gases.
Así, la velocidad del sonido en el aire seco a 0°C es de 331 m/s y por
cada elevación de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el
aire aumenta en 0,62 m/s., y en el agua de mar a 8°C la velocidad del
sonido es de 1435 m/s.

5. Longitud de ondas: Es la distancia real que recorre una perturbación
(una onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de
tiempo es el transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna
propiedad física de la onda. En el caso de las ondas electromagnéticas
esa propiedad física (que varía en el tiempo produciendo una
perturbación) puede ser, por ejemplo, su efecto eléctrico (su campo
eléctrico) el cual, según avanza la onda, aumenta hasta un máximo,
disminuye hasta anularse, cambia de signo para hacerse negativo
llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta hasta
anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo). Esta
variación del efecto eléctrico en el tiempo, si la representamos en un
papel, obtenemos "crestas" y "valles" (obtenemos una curva sinusoidal)
pero la onda electromagnética no "tiene" crestas y valles.
Ondas transversales y longitudinales: Una onda transversal es
una onda en la que cierta magnitud vectorial presenta oscilaciones en
alguna dirección perpendicular a la dirección de propagación. Para el
caso de una onda mecánica de desplazamiento, el concepto es
ligeramente sencillo, la onda es transversal cuando las vibraciones de las
partículas afectadas por la onda son perpendiculares a la dirección de
propagación de la onda. Las ondas electromagnéticas son casos
especiales de ondas transversales donde no existe vibración de
partículas, pero los campos eléctricos y magnéticos son siempre
perpendiculares a la dirección de propagación, y por tanto se trata de
ondas transversales.
Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones
van en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z.
Las ondas longitudinales son ondas en las que el desplazamiento a
través del medio está en la misma dirección o en la dirección opuesta a
la dirección de desplazamiento de la onda.
Las ondas longitudinales mecánicas también se llaman ondas de
compresión u ondas de compresibilidad, ya que producen compresión
y rarefacción cuando viaja a través de un medio, y las ondas de
presión producen aumentos y disminuciones en la presión.

6. Espectro electromagnético: Se denomina espectro electromagnético a
la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.
Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o
simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite
(espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia.
Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a
una huella dactilar. Los espectros se pueden observar
mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro,
permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda,
la frecuencia y la intensidad de la radiación.
El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor
longitud de onda, como los rayos cósmicos, rayos gamma y los rayos X,
pasando por la radiación ultravioleta, la luz visible y la radiación infrarroja,
hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son
las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más
pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo
sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque
formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Ancho de banda: Para señales analógicas, el ancho de banda es la
longitud, medida en Hz, de la extensión de frecuencias en la que se
concentra la mayor potencia de la señal. Se puede calcular a partir de
una señal temporal mediante el análisis de Fourier. Las frecuencias que
se encuentran entre esos límites se denominan también frecuencias
efectivas.
Así, el ancho de banda de un filtro es la diferencia entre
las frecuencias en las que su atenuación al pasar a través de filtro se
mantiene igual o inferior a 3 dB comparada con la frecuencia central de
pico (fc) en la Figura 1.
La frecuencia es la magnitud física que mide las veces por unidad de
tiempo en que se repite un ciclo de una señal periódica. Una señal
periódica de una sola frecuencia tiene un ancho de banda mínimo. En
general, si la señal periódica tiene componentes en varias frecuencias,
su ancho de banda es mayor, y su variación temporal depende de sus
componentes frecuenciales.

7. Normalmente las señales generadas en los sistemas electrónicos, ya
sean datos informáticos, voces, señales de televisión, etc., son señales
que varían en el tiempo y no son periódicas, pero se pueden caracterizar
como la suma de muchas señales periódicas de diferentes frecuencias.
Banda VHF: Es la banda del espectro electromagnético que ocupa el
rango de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz.
La televisión, radiodifusión en FM, banda aérea, satélites,
comunicaciones entre buques y control de tráfico marítimo.
A partir de los 50 MHz encontramos frecuencias asignadas, según los
países, a la televisión comercial; son los canales llamados "bajos" del 2
al 13. También hay canales de televisión en UHF.
Entre los 88 y los 108 MHz encontramos frecuencias asignadas a las
radios comerciales en Frecuencia Modulada o FM. Se la llama "FM de
banda ancha" porque para que el sonido tenga buena calidad, es preciso
aumentar el ancho de banda.
Entre los 108 y 136,975 MHz se encuentra la banda aérea usada en
aviación. Los radiofaros utilizan las frecuencias entre 108,7 MHz y 117,9
MHz . Las comunicaciones por voz se realizan por arriba de los 118 MHz
, utilizando la amplitud modulada.
En 137 MHz encontramos señales de satélites meteorológicos.
Entre 144 y 146 MHz, incluso 148 MHz en la Región 2, encontramos las
frecuencias de la banda de 2m de radioaficionados.
Entre 156 MHz y 162 MHz, se encuentra la banda de frecuencias VHF
internacional reservada al servicio radiomarítimo.1
Por encima de esa frecuencia encontramos otros servicios como
bomberos, ambulancias y radio-taxis etc.

8. Banda UHF: Es una banda del espectro electromagnético que
ocupa el rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz. En esta
banda se produce la propagación por onda espacial
troposférica, con una atenuación adicional máxima de 1 dB si
existe despejamiento de la primera zona de Fresnel.
Antena de Televisión UHF en una vivienda.
Debido a la tecnología utilizada, el nombre se usó
en España también para referirse a La 2 de TVE hasta 1990,
habiendo caído esta nomenclatura progresivamente en desuso
en los últimos años.
Modos de transmisión simplex half duplex y full duplex: La
transmisión simplex (sx) o unidireccional es aquella que ocurre en una
dirección solamente, deshabilitando al receptor de responder al
transmisor. Normalmente la transmisión simplex no se utiliza donde se
requiere interacción humano-máquina. Ejemplos de transmisisón simplex
son: La radiodifusión (broadcast) de TV y radio, el paging unidirecciona
Half dúplex: La transmisión half-duplex (hdx) permite transmitir en
ambas direcciones; sin embargo, la transmisión puede ocurrir solmente
en una dirección a la vez. Tamto transmisor y receptor comparten una
sola frecuencia. Un ejemplo típico de half-duplex es el radio de banda
civil (CB) donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede
realizar ambas funciones simultaneamente por el mismo canal. Cuando
el operador ha completado la transmisión, la otra parte debe ser avisada
que puede empezar a transmitir (e.g. diciendo "cambio").
full dúplex: La transmisión full-duplex (fdx) permite transmitir en ambas
dirección, pero simultáneamente por el mismo canal. Existen dos
frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo
abundan en el terreno de las telecomunicaciones, el caso más típico es
la telefonía, donde el transmisor y el receptor se comunican
simultaneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos
frecuencias.

9. Limitaciones fundamentales en la comunicación eléctrica(ruido y
ancho de banda): El diseño de un sistema de comunicación o de
cualquier sistema para esta materia, el ingeniero se coloca frente a dos
clases generales de restricciones: por un lado, los factores tecnológicos,
es decir, los factores vitales de la ingeniería y por otra parte, las
limitaciones físicas fundamentales impuestas por el propio sistema, o
sean, las leyes de la naturaleza en relación con el objetivo propuesto.
Puesto que la ingeniería es, o debe ser, el arte de lo posible, ambas
clases de restricciones deben ser analizadas al diseñar el sistema. Hay
mas de una diferencia, pues los problemas tecnológicos son problemas
de practibilidad que incluyen consideraciones tan diversas como
disponibilidad del equipo, interacción con sistemas existentes, factores
económicos, etc., problemas que pueden ser resueltos en teoría, aunque
no siempre de manera practica. Pero las limitaciones físicas
fundamentales son justamente eso; cuando aparecen en primer plano, no
existen recursos, incluso en teoría. No obstante, los problemas
tecnológicos son las limitaciones que en última instancia señalan si
pueden o no ser salvadas. Las limitaciones fundamentales en la
transmisión de la información por medios eléctricos son el ancho de
banda y el ruido.
La utilización de sistemas eficientes conduce a una reducción del tiempo
de transmisión, es decir, que se transmite una mayor información en el
menor tiempo. Una transmisión de información rápida se logra
empleando señales que varían rápidamente con el tiempo. Pero estamos
tratando con un sistema eléctrico, el cual cuenta con energía
almacenada; y hay una ley física bien conocida que expresa que en
todos los sistemas, excepto en los que no hay perdidas, un cambio en la
energía almacenada requiere una cantidad definida de tiempo. Así, no
podemos incrementar la velocidad de la señalización en forma arbitraria,
ya que en consecuencia el sistema dejará de responder a los cambios de
la señal.
Una medida conveniente de la velocidad de la señal es su ancho de
banda, o sea, el ancho del espectro de la señal. En forma similar, el
régimen al cual puede un sistema cambiar energía almacenada, se
refleja en su respuesta de frecuencia útil, medida en términos del ancho
de banda del sistema. La transmisión de una gran cantidad de
información en una pequeña cantidad de tiempo, requiere señales de
banda ancha para representar la información y sistemas de banda ancha
para acomodar las señales. Por lo tanto, dicho ancho de banda surge
como una limitación fundamental.

10. Cuando se requiere de una transmisión en tiempo real, el diseño debe
asegurar un adecuado ancho de banda del sistema. Si el ancho de
banda es insuficiente, puede ser necesario disminuir la velocidad de
señalización, incrementándose así el tiempo de transmisión. A lo largo de
estas mismas líneas debe recalcarse que el diseño de equipo no es con
mucho un problema de ancho de banda absoluto o fraccionario, o sea, el
ancho de banda absoluto dividido entre la frecuencia central. Si con una
señal de banda ancha se modula una portadora de alta frecuencia, se
reduce el ancho de banda fraccional y con ello se simplifica el diseño del
equipo. Esta es una razón por que en señales de TV cuyo ancho de
banda es de cerca de 6 MHz se emiten sobre portadoras mucho mayores
que en la transmisión de AM, donde el ancho de banda es de
aproximadamente 10 Hz.
Asimismo, dado un ancho de banda fraccionario, resultado de las
consideraciones del equipo, el ancho de banda absoluto puede
incrementarse casi indefinidamente yendo hasta frecuencias portadoras
mayores. Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000
veces mas información en un periodo determinado que una portadora de
radiofrecuencia de 500 KHz, mientras que un rayo láser cuya frecuencia
sea de 5xlOl4 Hz tiene una capacidad teórica de información que excede
al sistema de microondas en un factor de 105, o sea, un equivalente
aproximado de 10 millones de canales de TV. Por ello es que los
ingenieros en comunicaciones están investigando constantemente
fuentes de portadoras de altas frecuencias nuevas y utilizables para
compensar el factor ancho de banda.
La limitación ruido: El éxito en la comunicación eléctrica depende de la
exactitud con la que el receptor pueda determinar cual señal es la que
fue realmente transmitida, diferenciandola de las señales que podrían
haber sido transmitidas. Una identificación perfecta de la señal seria
posible solo en ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido
existe siempre en los sistemas eléctricos y sus perturbaciones
sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar correctamente la
señal que nos interesa y así, la transmisión de la información.
¿ Pero porqué es inevitable el ruido? Detalle curioso, la respuesta
proviene de la teoría cinética. Cualquier partícula a una temperatura
diferente de cero absoluto, posee una energía térmica que se manifiesta
como movimiento aleatorio o agitación térmica. Si la partícula es un
electrón, su movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria. Luego,
si esta corriente aleatoria ocurre en un medio conductor, se produce un
voltaje aleatorio conocido como ruido térmico o ruido
de resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las
posibles fuentes en un sistema, muchos otros están relacionados, en una
u otra forma, el movimiento electrónico aleatorio. Más aún, como era de
esperarse de la dualidad onda-particula, existe ruido térmico asociado

11. con la radiación electromagnética. En consecuencia, como no podemos
tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas,
tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
Las variaciones de ruido típicas son muy pequeñas, del orden de los
microvolts. Si las variaciones de la señal son sustancialmente mayores,
digamos varios volts pico a pico, el ruido puede ser ignorado. En
realidad, en sistemas ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relación
señal a ruido es bastante grande para que el ruido no sea perceptible.
Pero en sistemas de amplio régimen o de potencia mínima, la señal
recibida puede ser tan pequeña como el ruido o mas. Cuando esto
suceda, la limitación por ruido resulta muy real.
Es importante señalar que si la intensidad de la señal es insuficiente,
añadir mas pasos de amplificación en el receptor no resuelve nada; el
ruido sería amplificado junto con la señal, lo cual no mejora la relación
señal a ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la potencia
no se puede incrementar en forma indefinida por razón de problemas
tecnológicos. (no de los primeros cables trasatlánticos se deteriora por
una ruptura ocasionada por un ato voltaje, aplicado en un esfuerzo por
obtener señales útiles en el punto de recepción) En forma alterna, como
se menciona el principio, podemos permutar el ancho de banda por la
relación señal a ruido por medio de técnicas de modulación y
codificación. No es de sorprender que la mis efectiva de estas técnicas
generalmente sea la mas costosa y difícil de instrumentar. Nótese
también que el trueque del ancho de banda por la relación señal a ruido
puede llevarnos de una limitación a otra.
En el análisis final, dado un sistema con ancho de banda y relación señal
a ruido fijos, existe un limite superior definido, al cual puede ser
transmitida la información por el sistema. Este limite superior se conoce
con el nombre de capacidad de información y es uno de los conceptos
centrales de la teoría de la información. Como la capacidad es finita, se
puede decir con apego a la verdad, que el diseño del sistema de
comunicación es un asunto de compromiso; un compromiso entre tiempo
de transmisión, potencia transmitida, ancho de banda y relación señal a
ruido; compromiso de lo más restringido por los problemas tecnológicos.