El espectro de frecuencias es el nombre que recibe una pequeña parte del espectro electro magnético, es decir, el conjunto de radiaciones emitidas por los cuerpos en el universo. Las radiaciones, que con forma de ondas y fotones conforman el espectro electromagnético, incluyen el espectro de luz visible, las radiaciones infrarrojas (por debajo del espectro de luz visible) y las radiaciones ultravioleta (por encima del espectro de luz visible). Dentro de estas frecuencias también se encuentran todos los fenómenos factibles de ser escuchados por el oído humano.

 

La frecuencia de un fenómeno es básicamente el rango de vibración de la fuente de energía que lo emite. Cuando modulamos, es decir, restringimos la emisión dentro de una serie de parámetros de energía dados, podemos utilizar la emisión para enviar señales posibles de ser entendidas por un aparato de recepción de las mismas. Si la frecuencia depende de la combinación de la velocidad de la emisión con la distancia entre los picos de onda, la modulación de la amplitud sería la distancia entre los picos de la frecuencia.

 

La consecuencia inmediata de la modulación es que la altura máxima del arco de la frecuencia es una función de su frecuencia: a mayor frecuencia, mayor rango de modulación. La amplitud de este espacio modulado, para cada conjunto de señales específicamente diferenciables, se conoce como el ancho de banda, donde banda es el conjunto de frecuencias agrupadas convencionalmente como señales homogéneas.

 

Dentro del mencionado ancho de banda, también es posible delimitar una serie de canales convencionales de modulación, es decir, de rangos en los que se opta por "encerrar" señales que deben ser básicamente homogéneas, dentro de los cuales podemos diferenciar señales. Básicamente, compartiendo la misma base de frecuencias, dos o más canales pueden existir independientemente del otro.

 

Es fácil dentro de este modelo entender el concepto, a veces tomado sin mucha reflexión, de canal de emisión. También podemos ver que a mayor frecuencia, mayor posibilidad de modulación, y por lo tanto mayor capacidad de canales. También es posible deducir que a mayor ancho de banda, los canales tendrán un mayor espacio en el cual modular las señales, por lo que la calidad de la señal tenderá a ser mayor.

 

Este es el caso de las radios comerciales, donde la banda de AM (de 560 KHz a 1100 KHz) tiene, para cada canal designado, menor espacio modulable que la banda de FM (88 MHz a 104 MHz), por lo que la calidad de las señales de la segunda banda será mayor que las de la banda AM:

 

El proceso de utilización de la señal radiante, es decir de la señal enviada a través del espacio, consiste en cuatro pasos básicamente similares para cualquier tipo de transmisión:

 

• añadir las señales que se quieren enviar (audio, vídeo, datos) a una corriente alterna, que se llamará el portador, es decir modular la frecuencia del portador.

 

 

 

 

El proceso no ha cambiado, en el fondo, desde que Marconi inventó la telegrafía sin hilos a comienzos de siglo, si bien las características concretas de los transmisores, receptores y sobre todo de los contenidos y formatos de las señales han sido ampliadas y modificadas casi hasta hacerlas muy poco parecidas a la simple "telegrafía sin hilos". La aplicación de los conceptos de la transmisión en el espectro de frecuencias a la comunicación también ha sido importantísima: sin la capacidad de aplicar los sencillos conceptos de modular y demodular señales eléctricas, entregadas al éter electromagnético dentro de canales convencionales, simplemente no habrían medios de comunicación masiva.

 

 

 

 

Se propagan por vibraciones de la materia (sólida, líquida o gaseosa). Incluyen:

 

 

Son debidas a la vibración de un campo electromagnético, fuera de todo soporte material. Incluyen:

 

Ondas radioeléctricas (o herzianas), que son generadas por una corriente oscilatoria, y que pueden ser miriamétricas o kilométricas (VLF/LF, very low frequency / low frequency, entre 0 y 315KHz), hectométricas (MF, medium frequency, entre 315KHz y 3230KHz), decamétricas (HF, high frequency, entre 3230KHz y 27,500KHz), métricas (VHF, very high frequency, entre 27,500KHz y 322MHz), decimétricas (UHF, ultra high frequency, entre 322MHz y 3300MHz), centimétricas (SHF, entre 3300MHz y 31.8GHz) o milimétricas (WHD, entre 31.8GHz y 400GHz).

 

Ondas luminosas (luz), originadas de un cuerpo luminoso que transmite su luz, y que pueden ser infrarrojo (longitud de onda entre 0.8 y 300 micras), visible (longitud de onda entre 0.4 y 0.8 micras, y que incluye los colores rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, turquesa y violeta), o ultravioleta (longitud de onda entre 0.02 y 0.4 micras).

 

Rayos X (longitud de onda hasta 0.001 micras), generados por cuerpos radioactivos.

 

Rayos gamma (longitud de onda entre 0.005 a 0.25 Angstroms), generados por cuerpos radioactivos.

 

Para efectos de telecomunicaciones son importantes las ondas radioeléctricas (comunicación inalámbrica) y las ondas luminosas (comunicación vía fibras ópticas).

 

En la siguiente tabla se muestran los rangos de cada tipo de onda del espectro de frecuencias, tanto en longitud de onda () como en frecuencia (f). Es importante señalar que las conversiones son aproximadas y pueden ser distintas dependiendo del tipo de medio de transmisión que se utilice. Para la siguiente tabla se consideró Vp(luz) = 300,000 kms/seg y Vp(sonido) = 240 m/seg. Estas cifras pueden cambiar dependiendo del medio de transmisión específico que se utilice, y por lo tanto los rangos serán distintos.

 

 

	longitud de onda ()	frecuencia (f)
Rayos gamma	De 25pm a 0.5pm	De 12Ehz a 600Ehz
Rayos X	De 1000pm a 25pm	De 300PHz a 12Ehz
Ultravioleta	De 400nm a 20nm	De 750THz a15PHz
Luz visible	De 800nm a 400nm	De 375THz a 750THz
Infrarrojo	De 3000nm a 800nm	De 100THz a 375THz
WHD	De 9.43mm a 0.75mm	De 31.8GHz a 400GHz
SHF	De 90.9mm a 9.43mm	De 3300MHz a 31.8GHz
UHF	De 932mm a 90.9mm	De 322MHz a 3300MHz
VHF	De 10.9m a 0.932m	De 27,500KHz a 322MHz
HF	De 92.9m a 10.9m	De 3230KHz a 27,500KHz
MF	De 952m a 92.9m	De 315KHz a 3230KHz
VLF/LF	De infinito a 952m	De 0 a 315KHz
Ultrasonoras	De 8mm a 1.6mm	De 30KHz a 150KHz
Sonoras	De 30m a 0.008m	De 8Hz a 30KHz
Infrasonoras	De infinito a 30m	De 0 a 8Hz

 

 

Básicamente se emplean tres tipos de ondas del espectro electromagnético para comunicaciones:

 

Microondas: 2GHz a 40GHz. Muy direccionales. Pueden ser terrestres o por satélite.

 

Ondas de radio: 30MHz a 1GHz: Ominidireccionales

Infrarrojos: 3x1011 a 200THz

La zona del espectro de las microondas está dividido de la siguiente manera:

 

Banda:           Frecuencias:

 

L                      1 a 2GHz

S                     2 a 4GHz

C                     4 a 8GHz

X                     8 a 12GHz

Ku                   12 a 18GHz

K                     18 a 27GHz

Ka                   27 a 40GHz

 

El espectro de frecuencias o descomposición espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado con frecuencia o movimientos ondulatorios, sonoro y electromagnético == Una fuente de luz puede tener muchos colores mezclados en diferentes cantidades (intensidades). Un arcoiris, o un prisma transparente, deflecta cada fotón según su frecuencia en un ángulo ligeramente diferente. Eso nos permite ver cada componente de la luz inicial por separado. Un gráfico de la intensidad de cada color deflactado por un prisma que muestre la cantidad de cada color es el espectro de frecuencia de la luz o espectro luminoso. Cuando todas las frecuencias visibles están presentes por igual, el efecto es el "color" blanco, y el espectro de frecuencias es uniforme, lo que se representa por una línea plana. De hecho cualquier espectro de frecuencia que consista en una línea plana se llama blanco de ahí que hablemos no solo de "color blanco" sino también de "ruido blanco".

 

De manera similar, una fuente de ondas sonoras puede ser una superposición de frecuencias diferentes. Cada frecuencia estimula una parte diferente de nuestra cóclea (caracol del oído). Cuando escuchamos una onda sonora con una sola frecuencia predominante escuhamos una nota. Pero en cambio un silbido cualquiera o un golpe repentino que estimule todos los receptores, diremos que contiene frecuencias dentro de todo el rango audible. Muchas cosas en nuestro entorno que calificamos como ruido frecuentemente contienen frecuencias de todo el rango audible. Así cuando un espectro de frecuencia de un sonido, o espectro sonoro. Cuando este espectro viene dada por una línea plana, decimos que el sonido asociado es ruido blanco.

 

Cada estación emisora de radio o TV es una fuente de ondas electromagnéticas que emite ondas cercanas a una frecuencia dada. En general las frecuencias se concentrará en una banda alrededor de la frecuencia nominal de la estación, a esta banda es a lo que llamamos canal. Una antena receptora de radio condensa diferentes ondas electromagnéticas en una única señal de amplitud de voltaje, que puede ser a su vez decodificada nuevamente en una señal de amplitud sonora, que es el sonido que oímos al encender la radio. El sintonizador de la radio selecciona el canal, de un modo similar a como nuestros receptores de la cóclea seleccionan una determinada nota. Algunos canales son débiles y otros fuertes. Si hacemos un gráfico de la intensidad del canal respecto a su frecuencia obtenemos el espectro electromagnético de la señal receptora.

 

Análisis espectral

 

 

Una onda triangular representada en el dominio temporal (arriba) y en el dominio frecuencia (abajo). La frecuencia fundamental está en torno a 220 Hz

Análisis se refiere a la acción de descomponer algo complejo en partes simples o identificar en ese algo complejo las partes más simples que lo forman. Como se ha visto, hay una base física para modelar la luz, el sonido o las ondas de radio en superposición de diferentes frecuencias. Un proceso que cuantifique las diversas intensidades de cada frecuencia se llama análisis espectral.

 

Matemáticamente el análisis espectral está relacionado con una herramienta llamada transformada de Fourier o análisis de Fourier. Ese análisis puede llevarse a cabo para pequeños intervalos de tiempo, o menos frecuentemente para intervalos largos, o incluso puede realizarse el análisis espectral de una función determinista (tal como ). Además la transformada de Fourier de una función no sólo permite hacer una descomposición espectral de los formantes de una onda o señal oscilatoria, sino que con el espectro generado por el análisis de Fourier incluso se puede reconstruir (sintetizar) la función original mediante la transformada inversa. Para poder hacer eso, la transformada no solamente contiene información sobre la intensidad de determinada frecuencia, sino también sobre su fase. Esta información se puede representar como un vector bidimensional o como un número complejo. En las representaciones gráficas, frecuentemente sólo se representa el módulo al cuadrado de ese número, y el gráfico resultante se conoce como espectro de potencia o densidad espectral de potencia.

 

Es importante recordar que la transformada de Fourier de una onda aleatoria, mejor dicho estocástica, es también aleatoria. Un ejemplo de este tipo de onda es el ruido ambiental. Por tanto para representar una onda de ese tipo se requiere cierto tipo de promediado para representar adecuadamente la distribución frecuencial. Para señales estocásticas digitalizadas de ese tipo se emplea con frecuencia la transformada de Fourier discreta. Cuando el resultado de ese análisis espectral es una línea plana la señal que generó el espectro se denomina ruido blanco

 

 

 

 

Digital: el que se transmite a través de símbolos lingüísticos o escritos, y será el vehículo del contenido de la comunicación.

 

Analógico: vendrá determinado por la conducta no verbal (tono de voz, gestos, simbologías, etc.) y será el vehículo de la relación.

 

Funciones: transmitir información.

 

Definir la relación entre los comunicantes, lo que implica una información sobre la comunicación, es decir, una "metacomunicación". Esta comunicación servirá para definir la relación cuando la comunicación haya sido confusa o ambivalente.

 

En la comunicación humana es posible referirse a los objetos de dos maneras totalmente distintas. Se los puede representar por un símil, tal como un dibujo, o bien mediante un nombre. Estos dos tipos de comunicación, uno mediante una semejanza autoexplicativa y, el otro, mediante una palabra, son equivalentes a los conceptos analógicos y digitales.

 

En la comunicación digital, la palabra es una convención semántica del. lenguaje; no existe correlación entre la palabra y la cosa que representa, con la posible excepción de las palabras. onomatopéyicas. Como señalan BATESON y JACKSON: "No hay nada" parecido a cinco en el número cinco; no hay nada particularmente "similar a mesa" en la palabra mesa. Por otro lado, en la comunicación analógica hay algo particularmente "similar a la cosa" en lo que se utiliza para expresaría.

 

La comunicación analógica tiene sus raíces en períodos mucho más arcaicos la evolución y, por tanto, encierra una validez mucho más general que el modo digital de la comunicación verbal, relativamente reciente y mucho más abstracto.

 

La comunicación analógica coincidiría con la comunicación no verbal, entendiendo por comunicación no verbal: los movimientos corporales (kinesia), la postura, los gestos, la expresión facial, el ritmo, la cadencia de las palabras, el silencio y los indicadores comunicacionales que aparecen en el contexto.

 

El ser humano se comunica de manera digital y analógica. De hecho, la mayoría de los logros civilizados resultarían impensables sin el desarrollo de un lenguaje digital. Ello asume particular importancia en lo que se refiere a compartir información acerca de los objetos. Sin embargo, existe un vasto campo donde utilizamos en forma casi exclusiva la comunicación analógica, se trata del área de la relación. Así pues, el aspecto relativo al "nivel de contenido en la comunicación se transmite en forma digital, mientras que el "nivel relativo a la relación" es de naturaleza predominantemente analógica.

 

En su necesidad de combinar estos dos lenguajes, el hombre, sea como receptor o como emisor, debe traducir constantemente de uno al otro. En la comunicación humana la dificultad inherente a traducir existe en ambos sentidos. No sólo sucede que la traducción del modo digital al analógico implica una gran pérdida de información, sino que lo opuesto también resulta sumamente difícil: hablar acerca de una relación requiere una traducción adecuada del modo analógico de comunicación al modo digital.

 

Al emisor no sólo le resulta difícil verbalizar sus propias comunicaciones analógicas, sino que, si surge una controversia interpersonal en cuanto al significado de una comunicación analógica particular, es probable que cualquiera de los dos participantes introduzca en el proceso de traducción al modo digital, la clase de digitalización que concuerde con su imagen de la naturaleza de la relación. El hecho de traer un regalo, por ejemplo, constituye sin duda una comunicación analógica. Pero según la "visión" que tenga de su relación con el dador, el receptor puede entenderlo como una demostración de afecto, un soborno, o una restitución.

 

La psicoterapia se ocupa sin duda de la digitalización correcta y correctivo de lo analógico; de hecho, el éxito o el fracaso de una interpretación depende de la capacidad del terapeuta para traducir un modo al otro y de la disposición del paciente para cambiar su propia digitalización por otra más adecuada y menos angustiante.

 

En la comunicación patológica observaremos incongruencias entre lo digital y lo analógico. Una persona puede estar diciendo (digital) . No estoy enfadado", y sin embargo, su tono de voz, su expresión facial y sus gestos expresan auténtica agresividad (analógico).

 

 

 

 

La transmisión de datos entre dos sistemas se lleva a cabo por medio de ondas electromagnéticas, cuyo comportamiento se describe mediante señales.

 

 

 

Ejemplo de señal analógica.

 

Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.

 

En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc, son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arcoiris vemos como se realiza de una forma suave y continúa.

 

Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.

 

 

 

La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación).

 

Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.

 

Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de subida y de bajada, respectivamente. En la figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.

 

 

Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada.

 

 

Señal digital con ruido

 

Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales, que son:

 

Punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases)

 

Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.

 

 

 

 

Un método de caracterizar líneas, dispositivos terminales, computadoras y modems es por su modo de transmisión o de comunicación. Las tres clases de modos de transmisión son simplex, half-duplex y full-duplex.

 

Dúplex es utilizado en las telecomunicaciones para definir a un sistema que es capaz de mantener una comunicación bidireccional, enviando y recibiendo mensajes de forma simultánea. La capacidad de transmitir en modo dúplex está condicionado por varios niveles:

 

 

Atendiendo a la capacidad de transmitir entera o parcialmente en modo dúplex, podemos distinguir tres categorías de comunicaciones o sistemas: dúplex (full dúplex), semidúplex (half dúplex) y símplex.

 

 

 

 








Transmisión simplex

 

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 unidireccional, etc.

 

Sólo permiten la transmisión en un sentido. Un ejemplo típico es el caso de la fibra óptica; en estos casos se puede recurrir a sistemas en anillo o con doble fibra para conseguir una comunicación completa. Aunque en la actualidad ya existe la posibilidad de enviar y recibir señal a través de una sola fibra óptica pero en diferentes longitudes de onda. Una conexión semidúplex (a veces denominada una conexión alternativa o semi-dúplex) es una conexión en la que los datos fluyen en una u otra dirección, pero no las dos al mismo tiempo. Con este tipo de conexión, cada extremo de la conexión transmite uno después del otro. Este tipo de conexión hace posible tener una comunicación bidireccional utilizando toda la capacidad de la línea.

 

 

 

 

 

Una simple ilustración de un sistema de comunicación half-duplex.

 

Transmisión half-duplex

 

 

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").

 

En ocasiones encontramos sistemas que pueden transmitir en los dos sentidos, pero no de forma simultánea. Puede darse el caso de una comunicación por equipos de radio, si los equipos no son full dúplex, uno no podría transmitir (hablar) si la otra persona está también transmitiendo (hablando) porque su equipo estaría recibiendo (escuchando) en ese momento. En radiodifusión, se da por hecho que todo duplex ha de poder ser bidireccional y simultáneo, pues de esta manera, se puede realizar un programa de radio desde dos estudios de lugares diferente.

 

 

 

 

Una simple ilustración de un sistema de comunicación full-duplex.

 






Transmisión full-duplex

 

 

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.

 

La mayoría de los sistemas y redes de comunicaciones modernos funcionan en modo dúplex permitiendo canales de envío y recepción simultáneos. Podemos conseguir esa simultaneidad de varias formas:

 

 

Nota: No existen colisiones en Ethernet en el modo full-duplex.