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Sistemas de comunicación
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.
La telecomunicación Sistemas de transmisión con hilos Sistemas de transmisión sin hilos Ondas y señales El espectro electromagnético El telégrafo El teléfono y la red conmutada La radio La televisión La telefonía móvil Redes informáticas locales Internet Sistemas de teledetección Sistemas de posicionamiento
CompetenCiaS báSiCaS Comunicación lingüística Interpretación de textos descriptivos e instructivos. Identificación de los componentes internos y externos de varios dispositivos. Social y ciudadana Valoración de la importancia de los sistemas de comunicación y de su evolución en la sociedad actual. Artística y cultural Valoración de los sistemas de comunicación como factor determinante en el progreso cultural de la humanidad. Matemática Cálculo de períodos y frecuencias en el contexto del espectro de ondas electromagnéticas.
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Antiguamente, la comunicación entre las personas solamente se llevaba a cabo cuando coincidían en el mismo lugar y en el mismo momento. La invención de la escritura hizo posible que los mensajes se distribuyeran hasta lugares lejanos mediante mensajeros, pero era un proceso lento. ¿Cómo crees que cambiaría tu vida si todas las conversaciones que mantienes por medios electrónicos tuvieran que producirse en persona o por correo tradicional?
Hace unos 200 años, la comunicación a distancia pasó a ser casi instantánea gracias a artefactos como el telégrafo, el telégrafo sin hilos, el teléfono, la radio, la televisión... Son inventos que hoy en día consideramos cotidianos pero que han transformado totalmente la sociedad y han dado lugar a lo que conocemos como sociedad de la información. ¿Por qué piensas que, con la aparición de las primeras centralitas telefónicas, las operadoras eran mujeres?
El mundo de la comunicación avanza a pasos agigantados. Saber qué está pasando en la otra punta del mundo está al alcance de todos, los móviles y los GPS nos mantienen en todo momento conectados y localizados, y potentes radiotelescopios recorren el espacio en busca de señales procedentes de galaxias lejanas. ¿Qué clase de señales crees que podríamos enviar a unos hipotéticos extraterrestres inteligentes que seguramente no conocerían nuestra lengua ni nuestro alfabeto?
Mira los fragmentos siguientes de la película La Luna en directo (The dish), dirigida en el año 2000 por Rob Sitch. ¿Qué crees que es un radiotelescopio? ¿Cuál consideras que es la función del plato y por qué te parece que es tan grande? ¿Por qué piensas que un radiotelescopio tan importante está en medio de un campo? En el vídeo se ve que utilizan unas coordenadas llamadas cenit y acimut. ¿Para qué crees que sirven?
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1. La telecomunicación Llamamos telecomunicación a la transmisión de señales a distancia, y denominamos señal a cualquier magnitud que varía en el tiempo y que permite transportar información. La palabra telecomunicación contiene el prefijo griego tele, que quiere decir ‘distancia’. Significa, por tanto, ‘comunicación a distancia’.
Estrictamente hablando, las señales de humo o los golpes de tambor ya eran sistemas de telecomunicación, pero el término telecomunicación se suele asociar a la transmisión de información mediante aparatos electrónicos. Junto con la informática, forma parte de lo que se ha dado en llamar nuevas tecnologías o tecnologías de la información y comunicación (TIC). Las comunicaciones pueden ser unidireccionales, como en el caso de la radio, en la que la información viaja en un solo sentido; o bidireccionales, como en el teléfono, donde la información viaja en ambos sentidos.
Comunicación unidireccional
Estrictamente hablando, cualquier comunicación a distancia es telecomunicación.
Comunicación bidireccional
Cuando la comunicación es unidireccional, llamamos emisor al dispositivo que emite la información, y receptor al dispositivo que recibe la información. Cuando la comunicación es bidireccional, los dispositivos funcionan al mismo tiempo como emisores y como receptores, y se denominan transceptores. Por otra parte, reciben el nombre de comunicaciones punto a punto aquellas en las que interviene uno o varios receptores para cada emisor, como el teléfono o el correo electrónico. En cambio, las comunicaciones punto a multipunto tienen lugar cuando hay un número indefinido de receptores para cada emisor, como en el caso de la radio y la televisión.
Comunicación punto a punto
Comunicación punto a multipunto
La información se codifica en un sistema de señales que toman la forma de corriente eléctrica u ondas electromagnéticas. El medio a través del cual viajan las señales se denomina canal y puede ser con hilos (cableado) o sin hilos (no cableado).
actividades
Hoy en día, la telecomunicación se basa en el uso de artefactos electrónicos.
118
1 Haz una lista con todos los sistemas de comunicación que conozcas y n clasifícalos según si son punto a punto o punto a multipunto, unidireccionales o bidireccionales, cableados o no cableados.
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2. Sistemas de transmisión con hilos En los sistemas con hilos o cableados, el emisor y el receptor están unidos por un camino físico a través del cual pasan las partículas (electrones o fotones), cuyo movimiento contiene la información. Los sistemas con hilos más comunes son circuitos eléctricos. A veces solo es necesario utilizar un cable, porque el circuito se cierra a través del suelo, pero a menudo van de dos en dos. Suelen ser de cobre con revestimientos aislantes. Podemos encontrar:
Cables de pares. Son los más habituales para la instalación telefónica del interior de la vivienda. Constan de dos hilos de cobre separados y recubiertos con un revestimiento de plástico.
Cables de pares trenzados. Son como los anteriores, pero entrelazados para minimizar las interferencias. Se emplean en redes informáticas y en algunos enlaces de telefonía.
Los primeros sistemas de telecomunicaciones eran con hilos. El telégrafo era básicamente un circuito eléctrico que el emisor abría y cerraba mediante un pulsador.
Cables coaxiales. Constan de dos conductores concéntricos separados por un material aislante. Minimizan aún más las interferencias y se utilizan, por ejemplo, para conectar los televisores hasta la antena.
Los sistemas de fibra óptica, en cambio, utilizan filamentos de vidrio o de plástico, a través de los cuales no viajan corrientes eléctricas sino ondas de luz que se generan con un LED o un láser y se detectan con fotodiodos. La fibra óptica es la alternativa más cara, pero también la que ofrece mayor ancho de banda y las instalaciones más ligeras. Las grandes «autopistas de la información» (las conexiones transoceánicas que requieren grandes velocidades de transmisión) se realizan con fibra óptica.
Las ondas de luz se dejan guiar por las fibras ópticas gracias a los fenómenos de la difracción y la reflexión, tal como sucede en las fuentes luminosas.
actividades 2 ¿Qué sistemas de comunicación cableados conoces? ¿Qué sistemas de comunicación no cableados conoces?
nn
3 ¿Crees que un sistema de comunicación puede ser al mismo tiempo cableado y no cableado?
nn
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3. Sistemas de transmisión sin hilos En los sistemas sin hilos no hay ningún elemento que una al emisor con el receptor. La información se transmite mediante ondas electromagnéticas que viajan por el aire o a través del vacío. Las antenas, cuando emiten, transforman el movimiento de los electrones de un conductor en ondas electromagnéticas y, cuando reciben, detectan señales electromagnéticas y generan una intensidad eléctrica en un conductor.
Algunos aparatos, como los teléfonos móviles, llevan la antena incorporada dentro de la carcasa.
Algunas antenas son direccionales y deben estar orientadas siempre hacia la fuente de la señal (o hacia el receptor, en el caso de antenas emisoras), como sucede con las antenas parabólicas o las de televisión terrestre. Otras son omnidireccionales y pueden recibir o enviar señales independientemente de su orientación, como las antenas de los teléfonos móviles.
Las principales ventajas de la transmisión sin hilos son que permite llegar a grandes territorios sin cablear punto a punto y que posibilita la movilidad del emisor y el receptor. Su principal inconveniente es que se necesita más potencia para transmitir la señal. En el espacio, las ondas se dispersan de forma esférica (en todas las direcciones) y su potencia disminuye mucho más rápidamente que en la transmisión con hilos. En la comunicación punto a multipunto, como en la televisión terrestre, la comunicación es asimétrica, porque hay un emisor y múltiples receptores.
Para maximizar el alcance de las antenas, se instalan en lugares elevados y con buena visibilidad.
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La información no siempre viaja directamente desde el emisor al receptor, sino que a menudo pasa por unos elementos intermedios llamados repetidores, que se encargan de amplificar la señal para compensar la atenuación. En algunos casos también se encargan de reconstruir la señal y corregir la distorsión y las interferencias.
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Los satélites de telecomunicación Los satélites de telecomunicación son dispositivos que orbitan alrededor de la Tierra. Permiten emitir en zonas muy amplias y sirven de enlace a grandes distancias. Su velocidad de giro depende de la altura a la que orbitan. A 35786 km, su velocidad coincide con la velocidad de rotación de la Tierra, es decir, que, vistos desde la Tierra, es como si estuvieran quietos, y se pueden emplear como grandes antenas. Son los llamados satélites geoestacionarios (GEO: de geosynchronous earth orbit, ‘órbita síncrona terrestre’).
Telstar, el primer satélite de telecomunicaciones.
A órbitas más bajas (LEO: de low earth orbit, ‘órbita baja terrestre’), los satélites giran a más velocidad y no están siempre visibles desde los mismos puntos, pero trabajando de forma coordinada se pueden usar en los sistemas de telefonía móvil y para sistemas de posicionamiento GPS.
¿Cómo es posible que los satélites no caigan a la Tierra? Es un hecho probado que están cayendo constantemente, atraídos por la gravedad terrestre. Si la Tierra fuera plana, seguirían una trayectoria parabólica y no tardarían en colisionar, pero se desplazan a tal velocidad que, debido a la curvatura del planeta, en vez de caer a la Tierra están continuamente dando vueltas. Es el mismo fenómeno que mantiene en órbita a los planetas alrededor del Sol o a las lunas en torno a los planetas.
Cuanto más débil sea la señal que queremos recibir, mayor y más directiva habrá de ser la antena receptora, es decir, más capacidad deberá tener para enfocar en una dirección concreta. En la imagen, una antena de radioastronomía de 70 m de diámetro.
actividades 4 ¿Qué ventajas crees que tienen los sistemas de comunicación no cableados respecto de los cableados?
nn
5 ¿Qué ventajas crees que tienen los sistemas de comunicación cableados respecto de los no cableados?
nn
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4. ondas y señales Una onda es una perturbación que se propaga en el tiempo y en el espacio y que puede transportar energía e información. El sonido, por ejemplo, es una onda mecánica producida por el movimiento de las moléculas del aire.
Campo eléctrico oscilante Longitud de onda
Distancia Campo magnético oscilante
Una onda electromagnética está formada por un campo magnético y un campo eléctrico perpendiculares uno a otro y a la dirección de propagación de la onda, que oscilan en fase.
Los sistemas de comunicaciones con hilos utilizan ondas eléctricas y los sistemas sin hilos emplean ondas electromagnéticas. Consisten en oscilaciones de campos eléctricos y campos electromagnéticos que se propagan a velocidades próximas a la de la luz en el vacío, que es de c = 3 · 108 m/s. Las ondas pueden tener formas muy complejas, pero siempre se pueden considerar como la suma de muchas ondas sinusoidales simples de diferentes frecuencias.
Cualquier señal, por compleja que sea, se puede expresar como la suma de varias ondas sinusoidales.
Las ondas sinusoidales son periódicas, es decir, se repiten cada cierto tiempo. El número de ciclos que se repiten en cada segundo se denomina frecuencia, se mide en hercios (Hz) y se suele representar con la letra f. La distancia entre dos máximos (o entre dos mínimos) de una onda sinusoidal se llama longitud de onda y se suele representar con la letra griega λ. La frecuencia y la longitud de onda están relacionadas según la fórmula: f=c/ λ
λ=c/f
El período es el tiempo que tarda en repetirse la señal. Se indica con la letra T y coincide con el inverso de la frecuencia. Por ejemplo, una onda de frecuencia f = 1000 Hz que se desplaza por el espacio tendrá un período T = 1 / f = = 0,001 s y una longitud de onda λ = c · T = 30 0000 m = 300 km. El valor máximo de la onda se denomina amplitud (A) y es independiente del resto de los parámetros. Cuando las ondas transportan información, como sonidos, imágenes, vídeos o textos, reciben el nombre de señales. La voz, por ejemplo, es una onda sonora, es decir, una oscilación de las moléculas del aire. Esta onda puede contener la información de una conversación. Si se quiere transmitir por medios electrónicos, se necesita un micrófono para transformar la oscilación de las moléculas del aire en una oscilación de los electrones que circulan a través del cable. Se obtiene así una señal eléctrica que viaja por los cables y que puede volver a ser transformada en señal sonora en un altavoz. Llamamos transductores a los aparatos que transforman una señal eléctrica en una señal no eléctrica, y viceversa. 122
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Procesamiento de la señal Las señales no se suelen transmitir directamente, sino que normalmente se procesan para adaptarlas al canal a través del cual hay que transmitirlas. Señal original → Procesamiento → Emisión ) ) ) Recepción → Procesamiento → Señal original
Amplificación
La amplificación consiste en aumentar la amplitud de la señal (y, por tanto, su potencia) manteniendo la forma. Permite compensar la atenuación que se produce a lo largo del canal de transmisión.
Filtro de bajas frecuencias
La filtración consiste en seleccionar un rango de frecuencias y atenuar la parte de la onda que está fuera de este rango para quedarnos únicamente con la parte que transporta la información que nos interesa. Si una onda es la suma de señales de altas y bajas frecuencias, mediante la filtración podemos obtener por una parte la señal de alta frecuencia y por la otra la de baja frecuencia. La conversión analógico-digital transforma las señales analógicas en señales digitales, y viceversa. Llamamos señales analógicas a aquellas que varían de forma continua a lo largo de infinitos valores, y señales digitales a aquellas que solamente pueden tomar un número de valores finito. Las señales binarias son señales digitales que únicamente pueden tomar dos valores: 0 y 1.
Filtro de altas frecuencias
1 000 1 0 111
Señal analógica
0
Señal digital binaria
En la transmisión digital, a diferencia de la analógica, la señal degradada o con interferencias se puede reconstruir como si fuera la original. Por ejemplo: si se trabaja con valores eléctricos de 0 V y 1 V y llega un valor de 0,7 V, se interpreta que se refiere al valor de 1 V y se restituye este valor. La transmisión digital permite velocidades de transmisión mucho más altas, pero requiere más procesamiento. Está desplazando a las transmisiones analógicas en muchos ámbitos. La modulación es un proceso mediante el cual se generan señales analógicas de alta frecuencia a partir de otras de frecuencia más baja o de señales digitales. En el proceso de modulación analógica intervienen dos señales: la onda portadora y la onda modulada. La onda modulada es la que contiene la información que queremos transmitir y es de baja frecuencia. La onda portadora es una sinusoide de una única frecuencia, mucho más alta que la de la modulada.
En la transmisión de amplitud modulada (AM), las dos señales simplemente se multiplican de manera que la amplitud de la onda modulada adquiere la forma de la onda moduladora.
En la transmisión de frecuencia modulada (FM), la señal modulada tiene una amplitud constante, pero su frecuencia es la que contiene la información de la onda modulada.
Si intentáramos transmitir varias señales de baja frecuencia sobre un mismo canal, al receptor le sería imposible extraer la información de cada una de ellas. El proceso de modulación permite transmitir por el mismo canal varias señales moduladas a diferentes frecuencias. El receptor puede separar la señal que le interesa mediante un proceso de filtración y recuperar su forma original mediante un proceso de desmodulación.
actividades 6 ¿Qué diferencia existe entre una n onda y una señal? 7 Haz un esquema resumen de n los diferentes sistemas de procesamiento. 123
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5. el espectro electromagnético Las ondas de alta frecuencia tienen longitud de onda corta. Las ondas de baja frecuencia tienen longitud de onda larga. Recuerda que: f=c/λ
Las ondas electromagnéticas se clasifican según su longitud de onda en lo que denominamos espectro electromagnético. El espectro electromagnético es infinito, pero la parte que nos resulta útil en telecomunicaciones es limitada. Las ondas de diferentes frecuencias que se propagan por la atmósfera se superponen unas a otras. Sin embargo, como hemos visto, pueden separarse gracias a las técnicas de filtración. Eso nos permite dividir el espectro electromagnético en rangos de frecuencia que se reparten para distintas aplicaciones. La mayoría de las telecomunicaciones se realizan dentro del rango de la radiofrecuencia (de 3 Hz a 300 GHz), que, a su vez, se divide en rangos más pequeños que se suelen nombrar con siglas en inglés. λ
Del tamaño de Nombres y usos
f = 3 · 10 Hz λ = 10 000 km
Frecuencias bajas (LF). Entre 30 y 300 Hz. Se utilizan para comunicaciones aeronáuticas y marinas. f = 3 · 102 Hz λ = 1000 km
Continentes Frecuencias medias (MF). Entre 300 y 3000 kHz. Se emplean para la radio AM.
f = 3 · 103 Hz λ = 100 km
Países Frecuencias altas (HF). Entre 3 y 30 MHz. Se usan para la radiodifusión internacional y para los radioaficionados.
f = 3 · 104 Hz λ = 10 km
Ciudades Frecuencias muy altas (VHF). Entre 30 y 300 MHz. Se utilizan para la radio FM y la televisión terrestre (TDT).
f = 3 · 105 Hz λ = 1 km
Pueblos Frecuencias ultraaltas (UHF). Entre 300 MHz y 3 GHz. Se utilizan para la telefonía móvil. La banda de 2,4 GHz se utiliza para el Bluetooth y el Wi-Fi.
f = 3 · 106 Hz λ = 100 m
Estadios Frecuencias superaltas (SHF). Entre 3 y 30 GHz. Se emplean en radioenlaces y en las comunicaciones vía satélite.
f = 3 · 107 Hz λ = 10 m
Edificios
f = 3 · 108 Hz λ=1m
Personas
Frecuencias extremadamente altas (EHF). Entre 30 y 300 GHz.
Las frecuencias SHF y EHF entre 1 GHz y 300 GHz se denominan microondas. Se aplican en varios sistemas de transmisión de datos, en enlaces de radio y telefonía y en radares. Por otra parte, se utilizan en los hornos microondas. f = 3 · 109 Hz λ = 10 cm
Platos
f = 3 · 1010 Hz λ = 1 cm
Insectos
Las ondas con longitudes entre 0,7 y 100 µm se llaman infrarrojas. Se usan en los mandos a distancia de televisores, en periféricos sin hilos y en sistemas detectores de calor. Las ondas con longitudes entre 0,4 y 0,8 µm forman el espectro visible, porque son las únicas que los humanos podemos apreciar a través de la vista. En telecomunicaciones se utilizan en las transmisiones por fibra óptica.
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f = 3 · 1011 Hz λ = 1 mm
Agujas
f = 3 · 1020 Hz λ = 10-12 m
Protozoos
Los rayos ultravioletas (de 15 a 400 nm), los rayos X (de 10 a 0,1 nm) y los rayos gamma (menos de 10 pm) tienen varias aplicaciones en el campo de la medicina, pero no son muy empleados en las telecomunicaciones.
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Como los rangos de frecuencia útiles en el espectro electromagnético son limitados, es necesario contar con organismos que controlen su asignación. Si en un mismo canal se emitieran simultáneamente dos señales a la misma frecuencia, se interferirían y sería imposible separarlas en el receptor. El organismo internacional encargado de regular las telecomunicaciones y asignar las bandas del espectro radioeléctrico es la ITU (International Telecommunications Union). En el ámbito europeo, las regula el ETSI (European Telecommunications Standards Institute), y en España se encargan de ello el Ministerio de Industria, Turismo y Comercio y el Ministerio de Educación y Ciencia. Cuando la ITU empezó a asignar los nombres de las bandas de radiofrecuencia, solamente se consideraban útiles las tres primeras bandas: LF, MF y HF (baja, media y alta frecuencia). Con el tiempo, la tecnología ha permitido la utilización de frecuencias cada vez más altas, y por eso ha sido necesario designarlas como VHF, UHF, SHF y EHF (frecuencias muy alta, ultraalta, súperalta y extremadamente alta).
Ancho de banda En comunicaciones analógicas, llamamos ancho de banda al rango de frecuencias en el que se encuentra la señal. Por ejemplo, si una señal está formada por frecuencias que van de 2 kHz hasta 14 kHz, tiene un ancho de banda de B = fmáx – fmín = 14 kHz – 2 kHz = 12 kHz.
Recuerda: 1 Hz = 1 ciclo cada segundo 1 kHz = 1000 Hz = 103 Hz 1 MHz = 1000 kHz = 106 Hz 1 GHz = 1000 MHz = 109 Hz
Recuerda : 1 mm = 10–3 m 1 μm = 10–6 m 1 nm = 10–9 m 1 pm = 10–12 m
1000 mm = 1 m 1000 μm = 1 mm 1000 nm = 1 μm 1000 pm = 1 nm
El oído humano detecta ondas de sonido entre 20 Hz y 20 kHz. Algunas aplicaciones, como los teléfonos, transmiten un ancho de banda menor porque no hace falta que el sonido sea perfecto, basta con que se entienda el mensaje.
Alcance de las ondas electromagnéticas
Bluetooth 25 m
Wi-Fi 200 m (en el exterior)
Teléfono móvil 35 km (en terreno llano)
TDT 100 km
Radio FM comercial 150 km
Radio AM comercial 500 km
Satélite 40 000 km
La figura muestra el alcance medio de distintos usos de las ondas electromagnéticas. Hay que tener en cuenta, sin embargo, que la distancia máxima de transmisión depende de la potencia de emisión, de cómo sean las antenas emisora y receptora y del ruido e interferencias del entorno.
actividades 8 Indica cómo se denomina la banda de frecuencias que n se utiliza en cada caso: la mayoría de las emisoras de radio (entre 535 kHz y 108 MHz); las emisoras de te-
levisión (50-850 MHz); los teléfonos móviles (824894 MHz); las antenas de telefonía móvil (1800-2200 MHz); los juguetes teledirigidos (40-80 MHz).
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6. el telégrafo La palabra telégrafo proviene de los términos griegos tele, que quiere decir ‘distancia’, y graphein, que significa ‘escribir’.
El telégrafo fue uno de los primeros aparatos que permitió la transmisión casi instantánea de mensajes a larga distancia. Quedó obsoleto con la invención del teléfono, pero durante el siglo xIx fue la forma más rápida y eficiente de comunicarse entre puntos lejanos.
Los telégrafos primitivos no disponían del mecanismo de la cinta de papel. En el receptor solamente había una bombilla que se encendía cuando el emisor apretaba el pulsador, y había que apuntar manualmente los puntos y rayas según la duración del pulso lumínico.
El funcionamiento del telégrafo es muy sencillo: consiste en conectar el emisor y el receptor con un circuito que se puede abrir y cerrar mediante un pulsador. Cada vez que el emisor cierra el circuito, el receptor activa un electroimán que mueve una punta hacia una cinta de papel que se desplaza a velocidad constante. De este modo, si el emisor aprieta el pulsador un instante, la cinta queda marcada con un punto. Si el emisor mantiene accionado el pulsador, la cinta queda marcada con una raya. Los textos se codifican en puntos y rayas según un sistema ideado por Samuel Morse. A cada letra o cifra le corresponde un conjunto de puntos y rayas diferente. Por ejemplo, la palabra Samuel se representa con el código: ... .- -- ..- . .-.. A principios del siglo xx, Marconi inventó la telegrafía sin hilos, que, en lugar de enviar corrientes eléctricas, utilizaba ondas electromagnéticas. Una onda de duración corta era un punto; una onda larga era una raya.
Un telegrafista se encargaba de codificar el mensaje mediante el código morse. Con un pulsador abría y cerraba el circuito.
Cada vez que el emisor apretaba el pulsador, se dibujaba un punto o una raya en el receptor. Un telegrafista lo descodificaba y se encargaba de llevarlo al destinatario.
Los cables conectaban las diferentes oficinas de telégrafos. Los mensajes transmitidos mediante el telégrafo se llamaban telegramas y eran necesariamente breves.
actividades 9 ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene el telégrafo resn pecto del correo tradicional?
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10 ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene el teléfono resn pecto del telégrafo?
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6. Sistemas de comunicación
7. el teléfono y la red conmutada El teléfono nos permite efectuar transmisiones bidireccionales de señales de audio punto a punto. A diferencia de los telégrafos, no se precisa ningún tipo de conocimiento técnico para hacerlo funcionar, lo que ha permitido que el teléfono pase a ser uno de los electrodomésticos más comunes. Los primeros teléfonos se comercializaban de dos en dos y no permitían la comunicación entre ningún otro terminal. Consistían simplemente en un sistema de micrófonos y altavoces unidos por cable. Altavoz
La palabra teléfono proviene de los términos griegos τῆλε (tēle), que quiere decir ’distancia’, y φωνή (phōnē), que significa ‘voz’. Actualmente se reconoce a Antonio Meucci como el inventor del teléfono, aunque durante mucho tiempo se había atribuido su invención a Alexander Graham Bell, que fue el primero en patentarlo.
Altavoz Cables
Micrófono
Micrófono
Ahora bien, el impacto masivo del teléfono va vinculado a lo que denominamos red conmutada: un sistema de conexión en el que cada terminal se encuentra conectado a una central, y cada central se encuentra conectada a otras centrales. Los terminales no se conectan directamente entre ellos (sería físicamente imposible a partir de un número determinado de usuarios) ni tampoco lo hacen las centrales, pero sí que hacen posible un camino entre cualquier par de terminales a través de tantas centrales como sea necesario.
Cuando se inicia la llamada, se establece el camino entre los dos terminales implicados, en un proceso llamado conmutación de circuitos.
La red conmutada se ideó pensando en las comunicaciones telefónicas, pero hoy en día también se utiliza para otras aplicaciones, como Internet.
Operadoras de conmutaciones telefónicas.
Antiguamente, la conmutación de los circuitos se realizaba manualmente. El usuario que iniciaba la llamada descolgaba su teléfono y hablaba con una operadora, le indicaba con quién quería hablar y ella se encargaba de conectar los cables correspondientes. Ahora la conmutación se realiza de forma automática. A cada usuario le corresponde un número y en el proceso de marcado este número se transmite a la central mediante tonos de frecuencia diferente. Un ordenador procesa esta información y realiza las conexiones pertinentes.
actividades 11 ¿Qué técnicas de procesamiento de señales podemos utilizar para transmitir varias conversacio-
nn n
nes telefónicas a través de un mismo tramo de fibra óptica? 127
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8. La radio Se consideran transmisiones de radio todas aquellas comunicaciones que utilizan ondas electromagnéticas de radiofrecuencia (las que están por debajo del espectro visible). Sus aplicaciones son innumerables (radar, televisión, redes sin hilos, juguetes teledirigidos), pero generalmente al hablar de radio solemos referirnos a la radiodifusión, es decir, a la transmisión de señales de audio punto-multipunto. Los primeros experimentos de radiodifusión datan del año 1906, pero no funcionó comercialmente hasta 1920. El impacto social de las transmisiones de radio fue enorme, hizo posible el acceso instantáneo y popular a las noticias de actualidad y dio lugar a una nueva forma de entretenimiento de masas. La señal que se transmite se puede generar en directo con micrófonos en el estudio de radio o bien puede proceder de soportes pregrabados. La señal se modula en AM o FM y se envía a la antena emisora, que la emite en forma de onda electromagnética.
Imagen de un estudio de radio pionero.
Estudio de radio.
Antena de radiodifusión.
Las distintas emisoras de radio utilizan ondas portadoras de frecuencias diferentes y eso permite que viajen a través del mismo canal (el aire) sin interferirse (multiplexación en frecuencia). El aparato receptor permite al usuario seleccionar la emisora que quiere escuchar con un dial. La frecuencia seleccionada se filtra para eliminar interferencias de las emisoras adyacentes, se amplifica, se desmodula y se transforma en sonido en unos altavoces o auriculares. La radio FM suele oírse con mayor calidad de sonido que las radios AM y permite transmisiones en estéreo, porque la modulación en frecuencia ocupa menos ancho de banda y es más inmune a las interferencias. Las transmisiones AM llegan a lugares más lejanos sin necesidad de repetidores. Las ondas de radio se suelen transmitir mediante antenas y repetidores terrestres, aunque hay algunas emisoras que realizan también transmisiones por satélite.
actividades 12 ¿Qué significan las cifras y las letras que aparecen en los diales de los receptores de radio?
nn
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13 Pon cinco ejemplos de transmisiones de radio, además de la radiodifusión.
nn
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9. La televisión La televisión es un sistema de transmisión de imágenes y sonidos punto-multipunto. La transmisión es parecida a las transmisiones radiofónicas, aunque se necesita más ancho de banda porque la señal transporta mucha más información. Decimos que la televisión transmite imágenes en movimiento, pero en realidad lo que se transmite es un conjunto de imágenes fijas llamadas fotogramas, que, vistos uno tras otro, generan la percepción de movimiento.
La palabra televisión también lleva el prefijo griego tele, que significa ‘distancia’. Es, pues, una tecnología que nos permite la ’visión a distancia’.
Por otro lado, lo que en apariencia es una imagen continua es, en realidad, un mosaico de pequeños puntos de colores azul, verde y rojo, denominados píxeles. La luz de estos tres colores, combinada en distintas proporciones y vista desde una distancia suficiente, nos da la impresión de estar viendo superficies planas de cualquier color.
Una pantalla de TV vista con lupa permite apreciar los píxeles que forman la imagen.
Así pues, lo que hay que transmitir es la información de la luminosidad de cada uno de estos píxeles un mínimo de 25 veces cada segundo. El receptor de televisión o televisor se encarga de descodificar la señal recibida y hacer que se iluminen los píxeles correspondientes en cada punto de la pantalla. Hasta hace poco todos los televisores utilizaban un cañón de electrones, en el que se dirigía un rayo de electrones a la pantalla para iluminar unos revestimientos de fósforo, pero actualmente los más extendidos emplean pantallas de plasma, en las que descargas eléctricas hacen que se iluminen pequeños fluorescentes de gas; pantallas LCD, en las que unos cristales líquidos obstruyen o dejan pasar la luz de cada punto; o pantallas de LED, formadas por matrices de pequeños diodos luminiscentes. Actualmente la señal de televisión se emite de varias formas: mediante la TDT (televisión digital terrestre), que utiliza ondas de radiofrecuencia retransmitidas por antenas terrestres; la televisión por satélite, que consigue una cobertura mucho mayor emitiendo desde los satélites geoestacionarios; la televisión por cable, que hace llegar la señal mediante cables coaxiales y de fibra óptica; y la televisión IP, que emite a través de Internet.
Las cámaras de televisión disponen de componentes electrónicos detectores de luminosidad de los tres colores básicos, que dejan pasar más o menos intensidad a través en función de la luz recibida y generan una señal eléctrica que contiene la información de la imagen filmada. De forma simultánea, se capta el sonido con un micrófono.
LCD son las siglas en inglés de liquid cristal display o pantalla de cristal líquido.
El sonido que acompaña a las imágenes suele ir modulado en frecuencia de forma similar al sonido de la radio FM.
actividades 14 ¿Es lo mismo la televisión que el televisor? ¿En qué n se diferencian?
15 Si una señal de televisión requiere una anchura de n banda de 200 kBps y emite 25 imágenes por segundo, ¿cuántos bytes ocupa aproximadamente cada imagen? 129
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6. Sistemas de comunicación
10. La telefonía móvil Las celdas de cobertura de cada estación de telefonía móvil suelen representarse como hexágonos. La naturaleza demuestra que es el modo más eficiente de cubrir superficies sin dejar espacios vacíos.
La telefonía móvil se popularizó a finales del siglo xx. Su primera aplicación fue la transmisión sin hilos bidireccional de señales de voz, pero hoy en día ofrece muchos servicios adicionales, como la transmisión de mensajes cortos de texto (SMS), la transmisión de mensajes multimedia (MMS), videollamadas, cámara de fotografía, conexión Bluetooth y conexión a Internet. Cada punto del territorio está asociado a una estación de telefonía móvil (estación base) y los terminales se comunican con las estaciones mediante microondas de frecuencia entre 900 MHz y 2000 MHz. Cada estación dispone de un conjunto de frecuencias que puede asignar a las comunicaciones que se establecen dentro de su zona de cobertura. Las estaciones próximas entre sí utilizan frecuencias diferentes, para evitar interferencias, pero estaciones alejadas pueden reutilizar frecuencias.
En realidad, las formas de las celdas son mucho más complejas e irregulares, ya que, según el entorno, la señal llega más o menos lejos y con mayor o menor distorsión. Sobre todo en entornos urbanos, las celdas deben ser mucho más pequeñas, debido al gran número de usuarios y a la distorsión provocada por los ecos de los edificios.
Los colores representan las frecuencias reutilizadas en celdas no adyacentes.
La red de telefonía móvil debe tener localizados en todo momento todos los teléfonos móviles para saber adónde dirigir las llamadas. Funciona de la siguiente manera: • Al encenderlo, lo primero que el móvil hace es detectar señales procedentes de una o varias estaciones base. A continuación envía a la estación que recibe con más potencia la información que indica que se encuentra bajo su cobertura. • Al desplazarnos, el móvil detecta si pasa a recibir señales de otra estación con más potencia que las de la estación a la que estaba asociado. Entonces se produce lo que se llama conmutación de canal: las estaciones se comunican entre sí y la que recibe la señal del móvil con más potencia queda asignada. Según su tamaño, las celdas se clasifican en: • Megaceldas. Alcance de más de 20 km y cobertura por satélite. • Macroceldas. Alcance de entre 1,5 y 20 km, para zonas rurales. • Miniceldas. Alcance de entre 0,7 y 1,5 km, para zonas urbanas. • Microceldas. Alcance de entre 0,3 y 0,7 km, para zonas urbanas con tránsito intenso. • Picoceldas. Alcance de menos de 300 m, usadas en el interior de edificios a los que no llega cobertura del exterior o cuando hay que dar cobertura a un tráfico especialmente alto, como en estaciones de tren.
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• Cuando el móvil recibe o efectúa una llamada, las estaciones base se comunican con las centrales de conmutación, que realizan el enlace de cada llamada.
Central de comunicación CTS
Internet
Zona urbana BTS
Zona rural
BTS
BTS
Estación base (BTS)
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6. Sistemas de comunicación
Identificación y seguridad La tarjeta SIM almacena la identificación del cliente, el número de teléfono, el PIN, la configuración de las preferencias y los mensajes de texto, y hace posible el cambio de la línea de un terminal a otro. El PIN es un código de cuatro cifras que sirve de contraseña para poner en marcha el teléfono. Si se introduce un código PIN erróneo tres veces seguidas, la tarjeta SIM queda bloqueada y solamente se puede desbloquear utilizando el PUK. El PUK es un código de ocho cifras que no se puede cambiar y que se suministra con la documentación al comprar el móvil. Permite desbloquear la tarjeta en caso de olvido del PIN. Si introducimos un PUK erróneo diez veces seguidas, la tarjeta queda bloqueada permanentemente y hay que sustituirla por otra nueva. Finalmente, existe el IMEI, un código pregrabado que identifica el aparato a escala mundial y se transmite en la red al conectarse a ella. Las operadoras de telefonía utilizan este código para bloquear los teléfonos que constan en la lista negra de su base de datos EIR (que recoge los teléfonos robados o los que tienen problemas técnicos graves que podrían perjudicar a la red).
SIM es el acrónimo en inglés de subscriber identity modul: módulo de identidad del suscriptor. PIN es el acrónimo de personal identification number: número de identificación personal. PUK es el acrónimo de personal unlocking key: llave de desbloqueo personal. IMEI es el acrónimo de international mobile equipment identity: identidad internacional de equipo móvil. EIR es el acrónimo de equipment identity register: registro de identidad de los equipos. GSM es el acrónimo de group special mobile: grupo de móvil especial. UMTS es el acrónimo de universal mobile telecommunications system: sistema universal de telecomunicaciones móviles. SMS es el acrónimo de short message service: servicio de mensajes cortos.
Breve historia de la telefonía móvil en España La primera generación de teléfonos móviles (1976-2003) era analógica y solamente permitía transmisiones de voz. A partir del año 1994 se empieza a imponer el estándar digital GSM, que da lugar a lo que se conoce como segunda generación (2G). Además de la voz, se pueden transmitir datos a 9,6 kbps. Tiene un éxito especialmente notable el servicio de mensajes cortos. La tercera generación (3G) aparece a partir del año 2000 con la tecnología digital UMTS. Los servicios se multiplican e incluyen transmisiones de datos con banda ancha (2 Mbps en las condiciones óptimas) y acceso a Internet. Actualmente en España existen cuatro empresas operadoras de telefonía móvil con red propia que gestionan el servicio de forma autónoma y se reparten el espectro de frecuencia. También hay unas veinte empresas operadoras móviles virtuales sin frecuencias propias asignadas, pero que tienen acuerdos comerciales con las operadoras con red propia. Las cuatro operadoras con más volumen de mercado son Vodafone (44%), Movistar (31%), Orange (21%) y Yoigo (2%) [datos de marzo de 2009].
actividades 16 ¿Qué ventajas e inconvenientes n tiene la telefonía móvil con respecto de la telefonía fija?
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6. Sistemas de comunicación
11. Redes informáticas locales Las redes informáticas locales permiten intercambiar información entre los diferentes ordenadores, compartir periféricos (impresoras, escáneres...) y centralizar la conexión a Internet. Cada aparato conectado a una red informática necesita un dispositivo denominado adaptador de red, que puede encontrarse dentro de la carcasa del ordenador, insertado en una ranura interna, integrado en la placa base o bien conectado a un puerto USB. En los ordenadores de sobremesa con placa base sin adaptador de red, se puede añadir en forma de tarjeta de ampliación.
El adaptador de red se conecta al cable de red mediante un puerto o conector. El más utilizado es el puerto Ethernet. Sus conectores se llaman RJ-45. No hay que confundirlos con los conectores de telefonía porque tienen un aspecto similar.
Por otro lado, la forma de conectar los diferentes dispositivos entre sí da lugar a lo que denominamos topologías de red: Topología en anillo
Topología en estrella
Topología en malla
Topología en bus
Topología en árbol
El sistema más habitual hoy es la conexión en estrella, en la que los ordenadores se comunican con un dispositivo central que suele ser un concentrador o bien un conmutador.
Conmutador
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La principal diferencia es que un concentrador transmite toda la información que le llega a todos los ordenadores conectados, mientras que un conmutador transmite cada paquete de información tan solo al ordenador que espera aquella información.
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6. Sistemas de comunicación
Para conectar la red local a Internet, se necesita un dispositivo llamado direccionador (router), que se encarga de organizar el tráfico de los paquetes de información en función de su destino, de la congestión de los distintos caminos en Internet y de su prioridad. También se requiere un módem (modulador-desmodulador), que adapta la señal para hacerla viajar a través de la red telefónica conmutada. En el ámbito doméstico, habitualmente ambas funciones se incorporan en un solo aparato, el módem-direccionador (modem router). Las redes Wi-Fi no utilizan cables. En algunos ordenadores, sobre todo portátiles, la antena Wi-Fi está incorporada dentro del ordenador. En caso contrario, puede conectarse al puerto USB o también puede estar incorporada en el módem-direccionador, que pasa a tener una tercera función.
Módem-direccionador con antenas Wi-Fi.
Hoy en día, las redes locales más habituales tienen la siguiente configuración: tipología en estrella con un conmutador, un direccionador con antena Wi-Fi y un módem para la conexión a Internet.
Internet
En el campo de la tecnología, a menudo se populariza el uso de dispositivos antes de que se pueda desarrollar una nomenclatura propia. Por eso es común el uso de anglicismos:
Modem
LAN (acrónimo de local área network): red local.
Direccionador / Wi-Fi
NIC (acrónimo de network interface card): adaptador de red. Hub: concentrador. Switch: conmutador. Router: direccionador.
Conmutador
En las comunicaciones digitales, llamamos ancho de banda a la cantidad de bites que se transmiten en cada segundo y se mide en bps (bites/s). Por ejemplo, una conexión doméstica ADSL de 2 Mbps trabajando al máximo rendimiento podría llegar a transmitir 2000000 de bites cada segundo.
Wi-Fi (acrónimo de wireless fidelity): red local sin hilos.
Recuerda: 1 kbps = 1000 bps 1 Mbps = 000 kbps = 106 bps 1 Gbps = 1000 Mbps = 109 bps
actividades 17 ¿Cuántos minutos tardaríamos en transmitir un arn chivo de 8 MB mediante una conexión de 2 kbps?
18 Averigua a qué clase de conexiones corresponden los n siguientes símbolos:
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6. Sistemas de comunicación
12. internet Internet es la red de alcance global a través de la cual podemos transmitir cualquier tipo de información digitalizada (texto, imágenes, música, vídeos...) mediante multitud de aplicaciones, como la World Wide Web, el correo electrónico o programas de intercambio de ficheros. Utiliza, entre otras, la infraestructura de la red telefónica conmutada, de modo que tiene tramos con cables de cobre, tramos de fibra óptica y también tramos sin cables. La conexión a la red telefónica se efectúa mediante el protocolo ADSL, que dedica más ancho de banda a los datos que se reciben que a los que se envían, y se adapta así a las necesidades más habituales de la mayoría de los usuarios. TCP/IP es un acrónimo de transmission control protocol/internet protocol.
Hay otras formas de establecer una conexión a Internet: a través de conexiones por cable no telefónico (fibra óptica o coaxial), mediante la red de telefonía móvil, por satélite o a través del cableado eléctrico (PLC). En cualquier caso, siempre se necesita un módem que module la señal para adaptarla al canal. Todas las comunicaciones por Internet siguen un conjunto de normas comunes organizadas en los protocolos TCP/IP. El TCP es el protocolo de control de la transmisión. Se encarga de dividir los mensajes en fragmentos, empaquetarlos, numerarlos y añadir la información necesaria para poder dirigirlos hasta su destino, reordenarlos y detectar pérdidas y errores de transmisión.
Paquete de datos
Cada paquete es un conjunto de bites que contiene la información que hay que transmitir, a la que se ha añadido una serie de bites llamada encabezamiento, que indica las direcciones de origen y de destino, la longitud del paquete y otras informaciones útiles para su procesamiento, y una serie de bites denominada cola, que sirve para detectar errores. Las direcciones IP permiten identificar cada dispositivo conectado a la red, de forma similar a como las direcciones postales permiten identificar a los destinatarios en el sistema de correo tradicional.
A
El IP es el protocolo de Internet que, mediante las direcciones IP, se encarga de dirigir los diferentes paquetes de un nodo a otro hasta llegar a su destino. Los paquetes, aunque partan del mismo origen y vayan a parar al mismo destino, no seguirán siempre el mismo camino, sino que cada uno saltará de un nodo a otro
B G
F
E C
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D
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6. Sistemas de comunicación
en función de la congestión de las ramas de la red. Este sistema recibe el nombre de conmutación de paquetes y aprovecha mucho más el canal de comunicación, en comparación con la conmutación de circuitos de las antiguas redes telefónicas, en las que se reservaba todo el canal de comunicación, incluso durante los instantes en los que no se estaba transmitiendo ninguna información. A veces se confunden los términos Internet, World Wide Web y navegadores. Son tres conceptos diferentes: • Internet es la red, la estructura. Nos ofrece servicios como la WWW, el correo electrónico o el intercambio de ficheros. • La World Wide Web (WWW) es el conjunto de documentos creados con lenguaje HTML (hyper-text markup language) disponibles en línea y conectados entre sí mediante hipervínculos (a menudo designados con el anglicismo links). • Los navegadores son los programas que nos permiten acceder a la WWW. Hoy en día, los navegadores más populares son Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Chrome y Opera. Por tanto, Internet nos permite acceder a muchos servicios aparte de la WWW, y cada vez más. Está integrando sistemas de comunicación anteriores: radio, televisión, teléfono, y sirve como plataforma para crear nuevos sistemas. WWW: Wikipedia.org., Google.com, editorialcasals.com...
Teléfono: sistemas como Skype o Google Talk hacen posibles las llamadas internacionales a un coste muy inferior al del teléfono tradicional.
actividades 19 ¿Por qué se dice que el sistema n asimétrico ADSL se adapta a las necesidades de la mayoría de los usuarios de Internet?
Correo electrónico: ya ha superado en prestaciones al correo tradicional, el fax y el telégrafo.
Compartición de ficheros: FTP, P2P (eMule, BitTorrent...).
Videoconferencias.
Radio: muchas emisoras de radio ya se pueden escuchar en línea desde cualquier lugar del mundo. Sistemas como Spotify o Last.fm ofrecen nuevas radios a la carta.
Otros: comercio electrónico, gestiones de todo tipo, videoconferencias, domótica... Muchos servicios que actualmente nos ofrece Internet eran inimaginables hace pocos años.
TV: muchos canales de televisión ofrecen su programación en línea, a la carta, y en páginas como Vimeo y Youtube, cualquier persona puede difundir sus propios contenidos audiovisuales.
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6. Sistemas de comunicación
13. Sistemas de teledetección La palabra radar proviene del acrónimo inglés de radio detection and ranging (‘detección y medida mediante ondas electromagnéticas de radiofrecuencia’).
Las tecnologías de teledetección como el radar, el sonar o el lidar utilizan sistemas no guiados para obtener información sobre la posición, la trayectoria y la velocidad de objetos que se encuentran a distancia. Su funcionamiento es como el de un sistema de comunicación en el que el emisor y el receptor se encuentran en el mismo dispositivo. Se transmite una onda y se escucha el eco que se genera cuando la onda rebota en algún objeto. Las características de la onda que ha devuelto permiten obtener la información deseada. El radar convencional emite pulsos de ondas de radiofrecuencia y, a partir del tiempo que el eco tarda en llegar, calcula la distancia a la que se encuentran los objetos. Se utiliza para el control del tráfico aéreo y marítimo y para obtener información meteorológica.
La antena de radar en un barco va dando vueltas para cubrir el espacio a su alrededor.
Pantalla de radar en la que se puede ver la posición de varios barcos.
La palabra sonar proviene del acrónimo inglés sound navigation and ranging (‘detección y navegación por sonido’). El término lidar proviene del acrónimo inglés light detection and ranging o laser imaging detection and ranging.
El radar Doppler también emite ondas de radiofrecuencia, pero lo que analiza son las variaciones entre la frecuencia de la onda emitida y la de la onda recibida, para calcular la velocidad del objeto respecto del emisor. Se utiliza para controlar las velocidades del tráfico por carretera y también en meteorología para obtener las velocidades y direcciones de los vientos.
Cuando el objeto se acerca hacia el radar, la onda rebota «comprimida» y su frecuencia es más alta.
Cuando el objeto se aleja del radar, la frecuencia de la onda rebotada disminuye.
El sonar es similar a un radar convencional que, en lugar de ondas electromagnéticas, utiliza ondas de ultrasonidos. Se usa para detectar yacimientos de petróleo u objetos sumergidos (submarinos, barcos hundidos, bancos de peces), en la metalurgia para inspeccionar materiales, o en medicina para realizar ecografías. El lidar también se parece al radar, pero emite ondas de luz mediante tecnología láser. Se emplea en topografía para realizar mapas, en aviación para determinar la altura con precisión e, incluso, para detectar agentes químicos en la atmósfera.
actividades 20 Si una onda electromagnética tarda 4 m en ir hasta un barco y volver, ¿a qué distancia se encuentra el barco? Recuerda que vluz= c = 3 · 108 m/s.
nn
21 ¿Y si la onda es sonora? Recuerda que vsonido = 340 m/s.
nn
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22 Cuando hay tormenta y relampaguea, ¿sabrías n cómo averiguar a qué distancia se produce cada relámpago? ¿Qué relación existe entre este método y las técnicas de radar y sonar?
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6. Sistemas de comunicación
14. Sistemas de posicionamiento El más popular de los sistemas de posicionamiento es el GPS, desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos, pero existen otros sistemas de posicionamiento por satélite como el ruso GLONASS, el chino Beidou o el japonés QZSS.
GPS es el acrónimo inglés de global positioning system (‘sistema de posicionamiento global’).
La mayor parte del tiempo el sistema GPS ofrece una precisión de unos tres metros. Se preparan otros sistemas que serán aún más precisos, entre ellos el sistema europeo Galileo, aún sin fecha prevista de puesta en funcionamiento. Todos ellos basan su funcionamiento en docenas de satélites con relojes perfectamente sincronizados que orbitan en torno al planeta en órbitas perfectamente definidas, de manera que es posible conocer su posición exacta en cada instante, y emiten continuamente señales predefinidas. Un receptor terrestre, esté donde esté, está recibiendo en todo momento las señales de por lo menos cuatro de estos satélites, a partir de los cuales puede calcular con gran precisión su posición mediante cálculos geométricos llamados trilateración. El tiempo que pasa desde que cada satélite envía la señal hasta que el emisor la recibe nos permite calcular la distancia a la que nos encontramos respecto del satélite (d = c · t). Una vez obtenida la distancia a la que nos encontramos de cada uno de los diferentes satélites, podemos averiguar nuestra posición exacta. Si sabemos cuál es la distancia que nos separa de un satélite, el conjunto de puntos donde puede ser que nos encontremos tiene la forma de una esfera de radio d.
Los 24 satélites del GPS son satélites que dan dos vueltas completas cada día alrededor de la Tierra. Sus órbitas son precisas: es posible predecir dónde se encontrará exactamente cada uno en cada instante.
Si sabemos cuál es la distancia que nos separa de dos satélites, el conjunto de puntos donde puede ser que nos encontremos tiene la forma que surge de la intersección de las dos esferas de radio d 1 y d 2. Si conocemos la distancia que nos separa de tres satélites, solamente hay dos puntos posibles donde podamos encontrarnos.
La gran mayoría de los indicadores de posición actuales utilizan el sistema GPS.
Basta con conocer también la distancia de un cuarto satélite para acabar de definir nuestra posición exacta (la latitud, la longitud y también la altura). Ahora bien, si además sabemos que nos encontramos en la superficie de la Tierra, basta con conocer la distancia a un satélite para definir una circunferencia y la distancia a dos satélites para definir dos puntos. El tercer satélite nos indica el punto exacto.
actividades A
B
C
23 Con la ayuda de un mapa de n España y mediante técnicas de trilateración, averigua qué poblaciones se encuentran a 620 km de Bilbao y a 349 km de Valencia. 137
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6. Sistemas de comunicación
actividades 24 ¿Qué es la telecomunicación? n
25 ¿Cuáles son los elementos que intervienen en n todos los procesos de comunicación? Dibuja un esquema. 26 Haz una tabla con los distintos sistemas de con municación indicando si son cableados o no cableados, analógicos o digitales. 27 Muchos dispositivos estudiados en este tema emn piezan con el prefijo tele-. ¿De dónde proviene? ¿Qué significa? Pon ejemplos. 28 ¿Qué tipos de ondas se emplean en las comunican ciones? ¿A qué velocidad se desplazan? 29 ¿Qué frecuencia tiene una onda con una longitud n de onda de 5 nm? ¿Qué longitud de onda tiene una onda con una frecuencia de 10 MHz? 30 ¿Por qué la mayoría de los satélites de telecomun nicación se encuentran a la misma altura?
36 ¿Qué diferencias existen entre la onda portadora n y la onda moduladora? 37 ¿Qué es el código morse? ¿Por qué era necesario? n ¿Por qué ha quedado en desuso? 38 Codifica tu nombre y apellido en código morse n
39 Averigua qué quiere decir .-.. .- / ...- .. -.. .- / . ... / n ..- -. .- / - --- -- -... --- .-.. .- .-.-.40 ¿Qué tienen en común la telegrafía y la telefonía? n
41 Describe el proceso de establecimiento de una llan mada telefónica entre teléfonos fijos. 42 Describe el proceso de establecimiento de una llan mada telefónica entre teléfonos móviles. 43 ¿Qué ventajas tiene la telefonía respecto de la ten legrafía? 44 Identifica los componentes de este teléfono desn montado.
31 ¿Cuáles son las funciones de las antenas? n
32 ¿Para qué sirven los repetidores? n
33 De las antenas siguientes, di cuál es probable que n pueda detectar señales más débiles y qué aplicaciones crees que tiene cada una.
45 ¿Qué tienen en común la radio y la televisión? n
46 ¿Cuánto tardará una emisión de radio en viajar n desde la antena emisora a la antena receptora si se encuentran separadas una distancia de 2 km? 47 Elige tres emisoras de radio AM y tres emisoras n de radio FM, averigua en qué frecuencia emiten en tu zona y dibuja un dial en el que indiques con flechas cada una de las seis frecuencias. 34 ¿Cómo funciona un micrófono? ¿Y un altavoz? n
35 ¿Cómo funciona un amplificador? n
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48 ¿Por qué dos emisoras de radio FM no pueden n tener radiofrecuencias iguales? ¿Cómo es posible que en un mismo dial se puedan sintonizar emisoras AM y FM sin que se interfieran?
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6. Sistemas de comunicación
49 Explica por qué, cuando viajamos en coche, hay n emisoras de radio que dejan de oírse en determinados puntos de la carretera. 50 ¿En qué se diferencian las señales de audio de las n señales de vídeo? 51 ¿Qué ventajas e inconvenientes crees que puede n tener una topología en malla respecto de una topología en anillo?
antena, satélite geoestacionario, transductor, auricular, amplificación, filtración, modulación, telégrafo, red conmutada, televisor, conmutador, módem, World Wide Web, radar, sonar, lidar. 59 Algunos animales, como los delfines o los murcién lagos, se orientan emitiendo ultrasonidos y escuchando el eco. ¿Con qué sistema de teledetección relacionarías esta habilidad?
52 ¿Qué ventajas crees que tiene la topología en estrella n respecto del resto de las topologías de redes locales? 53 ¿Qué tipo de transmisión elegirías para comunicar n dos teléfonos de una misma oficina? ¿Y para comunicar el televisor con su antena? ¿Y para comunicar una central telefónica europea con una central telefónica norteamericana? 54 ¿Cómo funciona un módem? ¿De dónde proviene n la palabra módem?
60
Identifica los códigos PIN, PUK e IMEI de tu móvil (hay que saber encontrarlos, pero no hace falta que los compartas en clase, son códigos secretos).
61
Averigua las tarifas de, como mínimo, tres compañías de telefonía móvil diferentes. Haz una comparativa. Averigua cuál te podría interesar más a partir de tu consumo.
62
Busca imágenes de antenas (en Internet, en revistas o fotografiando antenas reales) y averigua a qué aplicación corresponde cada una (telefonía, radio, televisión) y si son emisoras, receptoras o bidireccionales. Haz un póster para el aula.
n
n
55 ¿Por qué se dice que Internet es una red de redes? n
56 ¿Qué ventajas tiene el correo electrónico respecto n del correo tradicional? ¿Qué ventajas tiene el correo tradicional respecto del correo electrónico? 57 ¿Qué ventajas tiene la radio por Internet respecto n de la radio convencional? 58 Glosario. Define: telecomunicación, transceptor, n onda electromagnética, cable coaxial, fibra óptica,
n
63 ^ ¿Qué avances crees que podemos esperar en el n campo de la telecomunicación en los próximos años?
construye tus competencias 64 Para deletrear palabras en las comunicaciones de voz, se inventó el siguiente código: Alpha Bravo Charlie Delta Echo Foxtrot Golf Hotel India
Juliet Kilo Lima Mike November Oscar Papa Quebec
Romeo Sierra Tango Uniform Victor Whiskey X-ray Yankee Zulu
a) ¿Por qué crees que se inventó este código? b) Este código se creó a partir del inglés, con palabras que se distinguían claramente una de otra. Con el mismo criterio, inventa un código en castellano. c) Busca en el diccionario las palabras que no entiendas del código inglés. d) ¿Crees que sigue siendo útil saber este código?
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6. Sistemas de comunicación
aCtiViDaDeS pRáCtiCaS
La cobertura del móvil 1. Comprueba la cobertura del móvil en diferentes puntos del aula de tecnología y dibuja un mapa como el de la imagen, representando en color las zonas de más y menos cobertura.
2. Formula hipótesis que intenten explicar las diferencias de cobertura entre las distintas zonas. Si la cobertura es la misma en toda el aula de tecnología, haz esta práctica en alguna zona más amplia, como el patio.
Recepción de radio 1. Con un receptor de radio crea una tabla con las distin-
3. Repite el ejercicio con las emisoras FM. ¿Qué espacio
tas emisoras de AM que se sintonizan desde el aula de tecnología apuntando la frecuencia a la que emite cada una y, si puedes, el nombre de la emisora y el lugar de procedencia de la señal. 2. Calcula qué espacio medio de frecuencia hay entre las emisoras. ¿Es regular?
de frecuencia hay entre ellas? ¿Es regular? Experimenta con la posición del receptor y la orientación de la antena para buscar una buena señal (la señal AM puede llegar mucho más lejos que la de FM y, según el lugar donde te encuentres, incluso podrías llegar a sintonizar emisoras extranjeras).
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6. Sistemas de comunicación
La red del aula 1. Fíjate en cómo están conectados los ordenadores en el aula de informática. Identifica cada uno de los elementos de la red. Dibuja un esquema. Indica en qué clase de puerto debe realizarse cada conexión.
2. Desde un ordenador conectado a la red local de tu ins-
4. En grupos de dos, diseñad una red para una oficina en
tituto, mira a qué dispositivos de almacenamiento de datos tienes acceso (si trabajas con Windows, lo encontrarás en el Menú Inicio → Equipo). 3. Averigua dónde se encuentran estos dispositivos físicamente. ¿Qué otros dispositivos compartidos hay en el aula de informática?
la que trabajan doce personas. Pensad qué dispositivos necesitarán, elegid el modo de conectarlos, dibujad un esquema y calculad un presupuesto aproximado (con la ayuda de Internet puedes encontrar los precios de los diferentes dispositivos). Posteriormente, comparad las alternativas propuestas por diferentes alumnos y las ventajas e inconvenientes de cada una.
Genera ondas electromagnéticas Generar ondas electromagnéticas es tan fácil como abrir y cerrar un circuito eléctrico. Podemos comprobarlo construyendo una rudimentaria «estación emisora de radio» sin más elementos que una pila de 4,5 V y un clip metálico. Si con el clip tocamos momentáneamente los dos terminales de la pila, a simple vista parece que no pasa nada,
pero estamos generando ondas electromagnéticas que se pueden detectar con cualquier aparato receptor de radio AM que se encuentre cerca. La onda que estamos transmitiendo cada vez que abrimos o cerramos el circuito es un pulso, es decir, una señal de corta duración, como un golpe. Eso sí, debes guardar silencio porque el pulso generado se oye muy bajo.
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6. Sistemas de comunicación
paSaDo, pReSente Y FUtURo
UnoS menSaJeRoS mUY eSpeCiaLeS ellos el español, crían palomas mensajeras y las protegen por ley.
Imagina que cada vez que quisieras enviar un mensaje tuvieras que escribirlo en un papel, enrollarlo, atarlo a la pata de una paloma y confiar en que llegase a su destino con el mensaje.
Las palomas mensajeras tienen una serie de peculiaridades que las diferencian del resto de las palomas. Se orientan de un modo sorprendente. Aunque no está claro del todo, se cree que lo hacen a partir del campo magnético terrestre, la posición del Sol y posiblemente también el olfato.
Durante muchos siglos de la historia de la humanidad, la comunicación entre pueblos y personas lejanas ha sido así. Ya hace más de 3000 años, en el antiguo Egipto, los faraones enviaban palomas mensajeras para comunicarse con los diferentes pueblos; los griegos, para anunciar los ganadores de los Juegos Olímpicos; y los romanos, para transmitirse mensajes durante las guerras. En el siglo xI funcionaba en el actual Irak un servicio público de comunicación con palomas mensajeras.
formación por la RAF, la aviación británica. Es, probablemente, uno de los pocos medios de comunicación a distancia que no puede ser interceptado, y eso en una guerra resulta clave. Por esta razón, en pleno Más recientemente, durante la Segunda siglo xxI y con una revolución de los meGuerra Mundial, más de 700 000 palomas dios de comunicación digitales, los minisfueron utilizadas para el intercambio de in- terios de Defensa de muchos países, entre
¿La idea de emplear palomas mensajeras para enviar información se ha abandonado definitivamente hoy en día? ¿Por qué? La colombofilia es la actividad que se dedica a la cría de palomas mensajeras como actividad deportiva. Documéntate un poco sobre qué es un certamen colombófilo, qué se hace en ellos y qué pruebas deben superar las palomas.
eL pReGoneRo El pregonero era la persona que se encargaba de transmitir en voz alta por las calles de un municipio aquellas noticias e informaciones relevantes, tocando la trompeta o algún instrumento que sonase fuerte antes y después de cada mensaje. La labor del pregonero era esencial en una época en la que la mayoría de la gente no sabía leer y, por tanto, no podía entender lo que decían los bandos que el ayuntamiento colgaba en las calles.
tante, en algunos pueblos aún hoy en día se oye de vez en cuando el pregón a través de una red de megáfonos instalados en las principales calles y plazas del municipio para el que todo el mundo lo oiga.
Este pregonero moderno anuncia todo lo que es interesante para el vecindario: un acto social, la llegada del mercado o de vendedores ambulantes, las misas por difuntos, etc. Resulta romántico, pero realmente práctico, que en plena revolución de las tecnologías de la comunicación y la información algunos municipios sigan apostando por el pregonero como mecanismo para comunicar. ¿Qué es un pregonero?
En la actualidad, la mayoría de las personas saben leer y escribir, gran parte de la población tiene acceso a Internet y la figura del pregonero ha dejado de existir. No obs-
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¿Crees que hoy día aún se hacen pregones? ¿Conoces algún pueblo en el que se mantengan?
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6. Sistemas de comunicación
ViDeoConFeRenCiaS Y Cambio CLimátiCo El siglo xxI se caracterizará, muy probablemente, por la búsqueda de soluciones que permitan que el desarrollo económico y social de nuestro mundo sea más sostenible. Las videoconferencias por Internet contribuyen a minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero, ya que están disminuyendo los desplazamientos de muchas reuniones de negocios.
niones presenciales de trabajo y de nego- ¿Por qué las videoconferencias contricios se hacen solamente de vez en cuando, buyen a un desarrollo sostenible? cuando son estrictamente necesarias. ¿Crees que es práctico que una perLo que los escritores de ciencia ficción sona de Barcelona y otra de Australia narraron en sus historias y novelas du- mantengan contactos por videoconferante la segunda mitad del siglo xx ya es rencia? ¿Por qué? una realidad. Hoy dos personas situadas a muchos kilómetros de distancia pueden mantener una conversación, viéndose las caras, y compartir un mismo documento informático. Pueden debatir y tomar decisiones como si estuvieran uno ante otro en una mesa de reuniones.
Actualmente es habitual que personas que tienen negocios con empresas de diferentes países se reúnan alrededor de la pantalla de un ordenador y mantengan reuniones con otras personas, que pueden estar en el otro extremo del planeta. Eso está haciendo Y todo eso lo pueden hacer a un coste disminuir los desplazamientos y, en conse- muy reducido. Programas como Skype cuencia, las emisiones de gases de efecto permiten incluso hacer llamadas de este invernadero por este motivo. Así, las reu- tipo gratis.
teLetRanSpoRtanDo La inFoRmaCiÓn En la serie de ciencia ficción Star Trek, llevada también al cine en varias ocasiones, el capitán Kirk y sus compañeros se colocaban en una especie de cabina dentro de la nave espacial Enterprise y eran teletransportados a lugares remotos, planetas extraños o a otras naves. Desaparecían y aparecían en otro sitio como por arte de magia. ¡Cómo cambiaría nuestra forma de viajar si el teletransporte fuera posible! Sin embargo, ¿es científicamente posible?
El teletransporte de objectos grandes como una moneda es aún hoy ciencia ficción y posiblemente será así durante muchos siglos, pero no el de la información contenida en los átomos y grupos de átomos. En el año 1993, científicos de IBM dieron un paso decisivo y sorprendente: demostraron que a escala atómica era posible teletransportar átomos.
trelazar un haz luminoso de gas de átomos de cesio, involucrando billones de átomos, codificar la información en haces de luz láser y teletransportar esta información a otros átomos de cesio situados a medio metro.
La información contenida en un átomo A pasa a otro B más alejado, sin la emisión de ondas electromagnéticas ni ningún tipo de señal. A partir de este primer experimento se han ido sucediendo múltiples ex¿Qué es el teletransporte de la informaperiencias en el teletransporte. ción? En el año 2004, físicos de la Universidad de Viena teletransportaron 600 metros de Si algún día fuera posible teletransporpartículas de luz. En 2006, científicos da- tar materia, ¿cómo crees que cambiaría neses y alemanes fueron capaces de en- el mundo?
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