1. Transmisión de datos

La transmisión de datos consiste en enviar información desde un emisor hacia un receptor usando un medio de transmisión. Esa información puede viajar como señales eléctricas, luminosas o electromagnéticas.

Todo sistema de comunicación tiene tres partes básicas: transmisor, canal y receptor. El transmisor genera o adapta la señal, el canal la transporta y el receptor la recupera e interpreta.

El problema principal es que la señal no llega perfecta: durante el camino puede sufrir atenuación, ruido, interferencias, distorsión o errores.

2. Señales analógicas y digitales

Una señal analógica varía de forma continua en el tiempo. Puede tomar infinitos valores. Ejemplo: la voz humana o una onda de radio.

Una señal digital toma valores discretos, normalmente representados como 0 y 1. No cambia de manera continua, sino por niveles.

La ventaja de las señales digitales es que son más fáciles de almacenar, procesar, regenerar y proteger contra errores. La desventaja es que muchas señales reales primero deben convertirse a digital.

3. Generación de señales

Una señal se puede generar mediante variaciones de tensión, corriente, luz o campo electromagnético. Para transmitir información, se modifica alguna característica de la señal.

Las características más importantes de una señal son:

• Amplitud: qué tan grande es la señal.
• Frecuencia: cuántas veces se repite por segundo.
• Fase: posición de la onda respecto de una referencia.

Estas características se pueden modificar para representar datos.

4. Fourier y análisis de señales

Fourier permite estudiar una señal no solo en el tiempo, sino también en frecuencia.

La idea principal es que una señal compleja puede descomponerse en varias ondas senoidales más simples. Por ejemplo, una onda cuadrada digital puede pensarse como la suma de muchas ondas senoidales llamadas armónicos.

Esto sirve para entender por qué una señal digital necesita ancho de banda. Cuanto más parecida queremos que sea a una onda cuadrada perfecta, más armónicos necesitamos transmitir. Si el canal no deja pasar todos esos armónicos, la señal se deforma.

5. Ancho de banda

El ancho de banda indica el rango de frecuencias que una señal ocupa o que un canal puede transmitir.

Si un canal tiene poco ancho de banda, no puede transmitir bien señales con cambios muy rápidos. Por eso, a mayor ancho de banda disponible, mayor puede ser la velocidad de transmisión.

6. Velocidad de transmisión y capacidad del canal

La velocidad de transmisión indica cuántos bits por segundo se pueden enviar.

La capacidad del canal depende principalmente de:

• El ancho de banda.
• El ruido.
• La cantidad de niveles usados para representar información.
• La calidad del medio.

Nyquist estudia el límite de transmisión en un canal ideal sin ruido. Shannon incorpora el efecto del ruido.

7. Ruido y relación señal/ruido

El ruido es toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil. Puede venir del ambiente, de otros cables, de equipos eléctricos, de temperatura o de interferencias externas. La relación señal/ruido (SNR) indica qué tan fuerte es la señal útil comparada con el ruido. Si la señal es mucho más fuerte que el ruido, el receptor puede interpretarla mejor. Si el ruido se acerca mucho a la señal, aparecen errores.

8. Decibeles, ganancia y atenuación

El decibel (dB) se usa para expresar ganancias o pérdidas de forma más cómoda.

• La ganancia significa que una señal aumenta su nivel.
• La atenuación significa que pierde potencia durante la transmisión.

En comunicaciones se usan decibeles porque permiten sumar ganancias y restar pérdidas de manera simple.

9. Codificación de datos

La codificación consiste en transformar bits en señales físicas que puedan transmitirse.

Por ejemplo, un 1 puede representarse con tensión positiva y un 0 con tensión negativa. Pero no todos los métodos son igual de buenos. Algunos métodos facilitan la sincronización, otros reducen errores y otros usan menos ancho de banda.

• NRZ (Non-Return to Zero): En NRZ, los bits se representan con niveles de tensión constantes. Es simple, pero tiene problemas cuando aparecen muchos bits iguales seguidos, porque el receptor puede perder sincronización.
• Manchester: Usa una transición en el medio de cada bit. Esa transición ayuda al receptor a mantenerse sincronizado. Su desventaja es que requiere más ancho de banda.
• Diferencial: Los códigos diferenciales no dependen tanto del nivel absoluto de la señal, sino de si hay cambios o no. Eso los hace más resistentes a ciertas inversiones o errores de polaridad.

10. Modulación

La modulación se usa cuando se quiere transmitir información usando una señal portadora. En vez de enviar directamente los bits, se modifica una onda base llamada portadora.

Se puede modificar:

• La amplitud (ASK).
• La frecuencia (FSK).
• La fase (PSK).
• O combinaciones de ellas (QAM).

11. PCM (Modulación por Pulsos Codificados)

PCM es una técnica para convertir una señal analógica en digital. Tiene tres etapas principales:

• Muestreo: Se toman valores de la señal en distintos instantes. El muestreo debe ser suficientemente rápido para no perder información (Teorema de Nyquist). Si se muestrea mal, aparece el aliasing.
• Cuantificación: Cada muestra se aproxima a un nivel permitido. Esto genera un pequeño error porque se redondea la señal a valores discretos.
• Codificación: Cada nivel se convierte en bits.

12. Transmisión asincrónica y sincrónica

• La transmisión asincrónica envía caracteres separados. Cada carácter lleva bits de inicio y parada para que el receptor se sincronice. Es simple, pero menos eficiente.
• La transmisión sincrónica envía bloques o tramas completas. Usa sincronización entre emisor y receptor. Es más eficiente para grandes volúmenes de datos.

13. Tipos de transmisión

Según el sentido de comunicación:

• Simplex: La comunicación va en un solo sentido. Ejemplo: televisión tradicional.
• Half-duplex: Se puede transmitir en ambos sentidos, pero no al mismo tiempo. Ejemplo: handy (walkie-talkie).
• Full-duplex: Se transmite y recibe simultáneamente. Ejemplo: llamada telefónica.

14. Teoría de la información

La teoría de la información estudia cuánta información contiene un mensaje. Una idea clave es que un símbolo aporta más información cuando es menos probable. Si algo era muy predecible, informa poco. Si algo era inesperado, informa mucho.

La entropía mide la incertidumbre promedio de una fuente. Si todos los símbolos son igual de probables, la entropía es máxima. Una fuente sin memoria genera símbolos independientes. Una fuente con memoria, como una fuente de Markoff, genera símbolos donde el próximo depende de los anteriores.

15. Compresión: Shannon-Fano y Huffman

La compresión busca representar la misma información usando menos bits. La idea es asignar códigos más cortos a los símbolos que aparecen más seguido, y códigos más largos a los símbolos menos frecuentes.

• Shannon-Fano y Huffman trabajan con esa lógica.
• Huffman suele ser más eficiente porque construye un árbol combinando primero los símbolos menos probables.

16. Errores en la transmisión

Un error ocurre cuando el bit recibido no coincide con el bit enviado. Los errores pueden ser:

• Errores aislados: Afecta uno o pocos bits separados.
• Errores en ráfaga: Afecta varios bits consecutivos. Son comunes cuando aparece un ruido intenso durante un breve intervalo de tiempo.

17. Detección y corrección de errores

Hay métodos que solo detectan errores y otros que también pueden corregirlos:

• Paridad: Agrega un bit extra para controlar si la cantidad de unos es par o impar. Es simple, pero no detecta todos los errores.
• Checksum: Suma bloques de datos y envía un valor de control. El receptor repite la suma para verificar.
• CRC (Cyclic Redundancy Check): Es más potente. Usa una división binaria para generar un resto que se envía junto con los datos.
• Hamming: Agrega bits de control ubicados estratégicamente. Permite detectar y corregir errores simples.

18. Distorsiones en la transmisión

La distorsión ocurre cuando la señal recibida no conserva exactamente la forma de la señal transmitida. Puede aparecer por:

• Atenuación (reduce la intensidad).
• Retardo (la señal llega tarde).
• Ruido e interferencias.
• Limitación del ancho de banda.
• Eco y diafonía.

La distorsión de retardo puede hacer que diferentes componentes de la señal lleguen en distintos momentos.

19. Medios de transmisión guiados

Los medios guiados son aquellos donde la señal viaja por un camino físico:

• Cable coaxial: Tiene un conductor central, aislante, malla metálica y cubierta externa. Se usa para señales de alta frecuencia y televisión. Es resistente a interferencias gracias a su blindaje.
• Par trenzado: Formado por pares de cables de cobre trenzados para reducir interferencias y diafonía. Puede ser UTP (sin blindaje), FTP o STP (con blindaje).
• Fibra óptica: Transmite luz en lugar de electricidad. Es inmune a interferencias electromagnéticas y permite grandes velocidades.

20. Fibra óptica

La fibra óptica transmite información mediante pulsos de luz. El núcleo guía la luz y el revestimiento ayuda a mantenerla dentro por reflexión interna total. Puede ser:

• Multimodo: Permite varios caminos de propagación. Es más barata pero tiene más dispersión.
• Monomodo: Permite un solo modo de propagación. Sirve para largas distancias y altas velocidades.

Se usan fuentes de luz como LED (distancias cortas) o láser (mayor velocidad y distancia).

21. Dispersión en fibra óptica

La dispersión es el ensanchamiento de los pulsos de luz. Si los pulsos se ensanchan demasiado, se superponen, dificultando distinguir los bits. Tipos principales:

• Dispersión modal: En fibra multimodo por los distintos caminos de los rayos.
• Dispersión cromática: Porque distintas longitudes de onda viajan a diferentes velocidades.
• Dispersión por guía de onda: Depende de la propagación entre núcleo y revestimiento.
• Dispersión por modo de polarización: Por imperfecciones del núcleo.

22. Atenuación en fibra óptica

Es la pérdida de potencia de la luz. Puede deberse a la longitud del cable, empalmes, conectores, curvaturas, impurezas, absorción y dispersión. Existen ventanas de operación (850 nm, 1310 nm y 1550 nm), siendo la de 1550 nm la de menor atenuación.

23. Ley de Snell

Explica cómo cambia la dirección de la luz al pasar de un medio a otro con distinto índice de refracción. Si la luz pasa de un medio menos denso ópticamente a uno más denso, se acerca a la normal; si pasa a uno menos denso, se aleja.

24. Reflexión interna total

Ocurre cuando la luz intenta pasar de un medio con mayor índice de refracción a otro con menor índice y el ángulo de incidencia supera un valor crítico. La luz se refleja completamente dentro del primer medio, permitiendo que quede confinada dentro del núcleo de la fibra.

25. Antenas

Una antena transforma señales eléctricas en ondas electromagnéticas, o al revés. Su ganancia se relaciona con la direccionalidad: concentra la energía en ciertas direcciones en lugar de aumentar la potencia total.

26. Antenas omnidireccionales y parabólicas

• Omnidireccional: Irradia en todas las direcciones horizontales. Ideal para cobertura amplia.
• Parabólica: Concentra la energía en una dirección específica. Ideal para enlaces punto a punto por su alto alcance.

27. Transmisión inalámbrica

Usa ondas electromagnéticas. La señal puede verse afectada por distancia, obstáculos, reflexión, difracción y atenuación. A mayor frecuencia, suelen haber mayores pérdidas y mayor sensibilidad a obstáculos.

28. Factibilidad de un enlace inalámbrico

Se analiza si la potencia que llega al receptor es suficiente considerando: potencia del transmisor, pérdidas de cables y conectores, ganancia de antenas, pérdida en el espacio libre y sensibilidad del receptor. Un enlace es factible si la señal recibida supera la sensibilidad mínima con un margen de seguridad suficiente.