LA SEÑAL EN LOS MEDIOS DE COMUNICACION

La señal es la manifestación de una magnitud física. En telecomunicaciones, la señal, se propaga a través de distintos medios, atmósfera, cables metálicos, cables ópticos... es decir, la información cabalga sobre señales acústicas, eléctricas, ópticas, etc.

La señal, se representa matemáticamente en función del tiempo, y como el efecto de su transmisión por el medio está sujeto a leyes físicas, podemos representarla mediante un modelo matemático (fórmula) y su correspondiente gráfica de forma que podemos predecir su comportamiento en un instante determinado.

Basándonos en el principio de superposición h(x) = f (x) + g(x) dice que el efecto causado por una suma de señales es equivalente a la suma de los efectos producidos sobre cada señal por separado, es decir, se puede demostrar matemáticamente que cualquier función continua y derivable se puede descomponer como una suma de términos más simples.

Cuando estas funciones más simples son trigonométricas, el desarrollo en serie se llama SERIE DE FOURIER y el desarrollo integral INTEGRAL DE FOURIER, en esta matemática se basa gran parte de la teoría de la comunicación.

Cualquier función periódica (continua y derivable) ya sea sinusoidal o no, se puede representar mediante una combinación de funciones sinusoidales más sencillas, con lo que podremos estudiar cualquier tipo de señal que represente una magnitud física periódica, ya sea acústica, eléctrica, óptica...

Las señales sinusoidales

Responden a la siguiente función genérica, donde:

t es la variable independiente que representa el tiempo.

a es la amplitud máxima de la señal

 es la frecuencia angular, medida en radianes

 es la fase.

La frecuencia () indica el número de oscilaciones completas que realiza la señal en un periodo de tiempo determinado. Su unidad de medida es1/s o s-1 = 1 Hz llamado Herzio.

Se llama ancho de banda de un medio de comunicación a la diferencia entre la frecuencia máxima y la mínima que puede viajar por el medio.

El periodo (T) es un ciclo completo de la señal. Tiempo en segundos que tarda la señal en repetir la intensidad y fase, es decir, en completar un ciclo, su relación con la frecuencia viene dada por la ecuación f = 1/T.

La fase () indica en qué momento del ciclo de vida de la señal sinusoidal se encuentra está en el instante t = 0. Se mide en radianes.

La amplitud máxima es el valor máximo alcanzado por la función.

Conceptos físicos

La ley de Ohm: Todas las señales eléctricas sufren una disminución de su nivel energético cuando se trasladan por cualquier medio de trasmisión. Esta atenuación se rige por la ley de Ohm que relaciona la tensión eléctrica entre los extremos del material y la intensidad de corriente eléctrica que lo atraviesa.

R = V/I

R = Ohmnios ()

V = Voltios (v)

I = Amperios (a)

El decibelio: Cualquier señal lleva asociada una energía que se transfiere., La energía que tiene una señal puede variar desde la entrada de un sistema de comunicación hasta su salida.

Llamamos ganancia de un sistema a la proporción ente las potencias de salida y de entrada y se mide en decibelios.

Nº de decibelios = 10 x log10 (Ps/Pz)

Si la potencia de salida es igual a la potencia de entrada, no se produce ganancia, se está trabajando en banda base.

Si la potencia de entrada es menor que la de salida, tendremos un número superior a 0, es decir, el sistema se comporta como un amplificador.

Si la potencia de entrada es mayor que la de salida, se obtiene una ganancia negativa, el sistema se comporta como un atenuador.

El espectro de una señal y su ancho de banda:

Decimos que el espectro de la señal sinusoidal está constituido por un único punto. Su frecuencia, con un valor asignado que es su amplitud.

Si en vez de tomar una señal sinusoidal consideramos la suma de n señales sinusoidales, cada una con una frecuencia fn, su espectro estará formado por una función variable en la frecuencia con n puntos. Cada una de las parejas (fn, an). Lo dicho hasta ahora está referido a las parejas (frecuencia, amplitud). Se puede hacer el mismo análisis con las parejas (frecuencia, fase).

El espectro de una señal, es una doble función, la correspondiente a (frecuencia - amplitud) y a (frecuencia - fase ). Esta función que representa el peso que cada frecuencia tiene en la formación de cada señal, tanto en amplitud, como en fase, se llama espectro de la señal. La diferencia entre el valor máximo y mínimo de las frecuencias del espectro del mensaje, se le denomina ancho de banda.

Por tanto tenemos que cualquier señal tiene una doble representación:

Señal en el dominio del tiempo

Señal en el dominio de la frecuencia, es decir, su espectro.

De modo análogo se puede definir el ancho de banda de un canal como la diferencia entre las frecuencias máximas y mínimas que es capaz de transmitir. El canal transmitirá todas aquellas señales cuyo espectro esté incluido dentro del ancho de banda del canal. Si una parte del espectro de la señal cae fuera del ancho de banda del canal, la transmisión será imposible o no será de fidelidad.

La voz humana: Debido a la importancia que tiene la red telefónica para la transmisión de datos en forma de señales sinusoidales merece la pena estudiar el aspecto de la voz humana en su transmisión en este medio.

El sonido de la voz humana produce vibraciones en su transmisión por el aire en forma de señales sinusoidales cuyo espectro se encuentra entre 100 y 10 000 Hz. Según el espectro de la voz humana, los sonidos de mucha frecuencia o de muy poca frecuencia son casi imperceptibles al sentido humano, concretamente por debajo de los 50 Hz y por encima de los 17 KHz.

El sistema de telefonía trabaja con un sistema de ancho de banda de 4000 Hz. Si las líneas telefónicas tuvieran un ancho de banda superior, tendrían una mayor calidad puesto que abarcarían un mayor número de sonidos, por ejemplo la transmisión por radio en AM utiliza un ancho de banda de 5000 Hz, mientras que las transmisiones de radio por FM tienen un ancho de banda de 12000Hz.

Contaminaciones y deformación de la señal

Hay una serie de factores que intervienen en el proceso de transmisión de señales y que deforman o alteran las mismas. Estas contaminaciones o deformaciones pueden conducir a pérdidas de información ya que los mensajes no llegan a sus destinos con integridad. Entre los efectos más negativos se encuentran los siguientes:

La atenuación: La atenuación es un efecto producido por el debilitamiento de la señal debido a la resistencia eléctrica o interancia que presentan tanto el canal como los demás elementos que intervienen en la transmisión. Este debilitamiento se manifiesta en un descenso de la amplitud de la señal transmitida.

La distorsión: Consiste en la deformación de la señal producida normalmente porque el canal se comporta de modo distinto en cada frecuencia. Es producto de una falta de linealidad.

Amplitud de emisión: Amplitud de recepción:

La interferencia: La interferencia es la adición de una señal conocida y no deseada a la señal que se transmite. Se produce, cuando dos estaciones emisores emiten en la misma frecuencia produciéndose la superposición de ambos mensajes.

El ruido:

El ruido es la suma de múltiples interferencias. Posiblemente de origen desconocido y de naturaleza aleatoria.

Los propios componentes físicos de cualquier canal o dispositivo de transmisión generan ruido eléctrico, en ocasiones, el ruido es selectivo y se puede aislar. En otros casos el ruido se encuentra muy extendido en toda la gama de frecuencias y su neutralización se hace difícil.

La información y la señal

Las señales son entidades de naturaleza diversas que se manifiestan como magnitudes físicas, electromagnéticas, mecánicas, luminosas, acústicas, etc.

La información añade la interpretación de las señales de modo que signifiquen algo concreto y definido, tanto para el emisor como para el receptor.

Para que la información pueda cabalgar en la señal, debe codificarse, es decir, debe estructurarse de acuerdo con las reglas impuestas por un código. Este código es una normativa de interpretación en la que se han puesto de acuerdo los terminales de la comunicación: emisor y receptor.

La nomenclatura de las señales

A continuación, definiremos esquemáticamente el nombre técnico que reciben las señales y los mensajes en un proceso de comunicación.

Mensaje de entrada: Es la información tal y como se genera en al fuente de la comunicación.

Mensaje de salida: Es la información que llega al destino

Señal de entrada: Es la señal sobre la que viaja el mensaje de entrada una vez transducida.

Señal de salida: Es la señal que se recibe en el destino antes de ser transducida.

Señal transmitida: Es la señal que se pone en emisión en el canal.

Señal recibida: Es la señal que se recoge del canal.