Sesión X - El canal de comunicación.

El canal de comunicación es todo el medio físico por el cual se realiza la transmisión y recepción de señales correspondientes a información. Siendo este la vía por el que se desea difundir un mensaje desde el emisor, hasta el receptor, es de suma importancia comprender los posibles efectos que este puede contener, como también sus principales caracteristicas. Para la transmisión y recepción de mensajes, se presentan varios métodos que permiten, tanto el viaje efectivo por el canal, como que el mensaje reciba la menor cantidad de afectación debido a agentes ajenos a los métodos de modulación, es así, como se debe tener en cuenta los diferentes tipos de ruidos que se pueden presentar en el canal de comunicación.

SUBTITULO RUIDO.

En el anhelo por conseguir una comunicación efectiva, es decir, que el mensaje sea correctamente transmitido desde el transmisor hasta el receptor, se desea que los factores tanto propios de la transformación de las señales (modulación), el medio físico por el que se va a transmitir (canal), como también la transformación para restaurar la señal transmitida (demodulación), afecten de la manera más mínima a la forma de onda, ya que es ésta quién finalmente contiene la información.

Es así como se pueden distinguir varios elementos presentes en el canal de comunicación:

-Ruido

-Desvanecimiento

-Interferencia.

Para el ruido, hay una gran variedad de clasificaciones, ya que hay varias formas con las cuales se puede ver afectada la señal de información, empezando por la definición del Ruido Interno:

Este se refiere al que es producido internamente del sistema de comunicación, es decir, en el mismo esquema por realizar la transmisión del mensaje, se deben utilizar dispositivos electrónicos internos que al ser materiales físicos siempre manejan un nivel de entropía, lo que puede llegar a afectar de una manera significativa (no usualmente) a la señal de información. Esto se produce mayoritariamente por los elementos activos, esto es, los dispositivos que son capaces de controlar el flujo de corriente o de generar ganancias, como generadores de potencial, transistores, amplificadores, y demás. Estos tienen una caracteristica que se le conoce como figura de ruido, que es la modificación de la señal de entrada porqué siempre hay ruido debido al principio de la termodinámica; el principio consta de que solo es posible anular el ruido en el cero absoluto de Kelvin, es decir, en 0° K, pero esto es un caso imposible y se trata más de una connotación del estudio cientifico, ya que si no hay entropía, significa que todas las cosas se han detinido, es decir, no hay movimientos de electrones, y todo sería estático, de hecho, no existiría nada. Es así, como este ruido interno siempre está presente en los circuitos de transmisión y recepción, como también por el medio físico de transmisión o canal, de hecho, ahí entra el requerimiento y/o planeación de diseño, donde se ha de tener en cuenta este ruido para el diseño y desarrollo de una comunicación.

Luego está el ruido externo, que suele ser algo que no se puede controlar, ya que no es un ruido propio del sistema y debería ser una condición del sistema del que se debe acondicionar. Este ruido usualmente está presente en la banda desde los KHz hasta los MHz, típicamente menor de los 100 MHz, este ruido se puede presentar en la atmosfera y se le conoce como ruido atmosferico. Este ruido se puede encontrar como un impulso, ya que corresponde a algo muy espontaneo o de inmediato, además con mucha intensidad, y este ruido afectaría la amplitud y en especial en comunicaciones digitales, teniendo en cuenta que esta comunicación se basa en unos o ceros, es decir, impulso o no hay impulso, entonces si este ruido ingresa un impulso afecta completamente al mensaje de información. En este ruido externo también se presenta el ruido artificial, como lo pueden ser las líneas de alta tensión, los motores o el encendido de dispositivos, ya que requieren de una alta corriente para generar el flujo inicial del sistema, entonces estos usualmente se presentan en baja frecuencia, ya que se trata sobre altas tensiones y transmisión de energía, no afecta típicamente en las comunicaciones.

Como se mencionó anteriormente, el problema del ruido se presenta cuándo modifica la forma de onda de la señal original de información, como se puede observar en la Figura 1, por ejemplo, para el caso de ruido en comunicaciones digitales, ese impulso que se ingresó en la señal podría corresponder al ruido atmosferico, donde introduce un impulso de una intensidad considerable, afectando significativamente a la forma de la señal, por lo que supone un problema en la comunicación efectiva entre los pares.

SUBTITULO INTERFERENCIA.

Este es otro caso que se puede presentar (y de una forma muy común) en los canales de comunicación, ya que tiene que ver con los usuarios deseados pero aparecen los usuarios no deseados, por ejemplo, nosotros con los celulares podemos ser una interferencia cuándo activamos el Wi-Fi en el avión, ya que estos usan la misma banda de frecuencia, por lo que estamos realizando una interferencia ya que estamos ocupando la banda espectral donde otros pares están intentando comunicarse, en este caso, sería la torre de control con el avión. Es así como se puede definir entonces la interferencia, que se presenta cuándo estamos afectando una banda de frecuencia que otro está usando.

Cabe resaltar que, en la globalización de las comunicaciones ha hecho que el término de interferencia se tergiverse, por ejemplo, cuándo se está realizando una llamada telefónica y en ese momento se empieza a cortar la llamada, las personas usualmente tienden a decir que "se escucha con interferencia" haciendo referencia a intermitencia, es decir, que hay lapsos en los que no se está estableciendo una buena conexión, o hay ocasiones en que al escuchar un ruido como los televisores antiguos cuándo no tenían señal, y las personas lo relacionan con intermitencia, afirmación que está erronea y debe ser corregida.

Entre esta interferencia se puede presentar el ruido extraterrestre, que no es el ruido generado por otros seres vivos que vivan fuera de la tierra como los que se ven en televisión, sino que se trata del generado por las estrellas y el que más afecta a la tierra debido a su cercanía, el sol. Estos alcanzan mediante sus ondas alcanzan a llegar a la tierra, afectando ciertas bandas de frecuencia, que se ve especialmente afectado en la astronomía y las comunicaciones con operaciones de exploración extraterrestre, como la estación espacial, las misiones Voyager, el Mars Rover, entre otras, donde es díficil establecer conexión cuándo hay otros interfiriendo en la banda de comunicación.

SUBTITULO DESVANECIMIENTO

Este desvanecimiento hace referencia a las caidas repentinas de la potencia de las señales que se mide en el tiempo, este es un problema que no se presenta usualmente en los medios alámbricos, ya que tiene un medio guiado y el diseño se realiza a partir de conocer las caracteristicas del mismo, por ejemplo, los cables coaxiales, la fibra óptica, son medios que establecen una comunicación muy segura y eficiente, mientras que los medios inalámbricos son de una complejidad mucho más elevada en comparación con la alámbrica, pero se hace necesario ya que la tendencia es cada vez a usar la menor cantidad de cable posible, que es en muchas ocasiones molesto.

De este se puede derivar el ruido térmico, que es en efecto, uno de los que más nos interesa, ya que este tiene que ver con el movimiento de los huecos y electrones que se debe a la temperatura, por lo que se genera un ruido con dicho movimiento que termina afectando debido a la dispersión de energía que se produce al generar calor.

Habiendo una vez entendido los tipos de problemas que nos podemos encontrar debido al ruido en general, se puede proceder ahora a hablar un poco más de las caracteristicas del canal, que son definiciones importantes para el entendimiento efectivo de los métodos de transmisión de información.

SUBTITULO Caracteristicas del canal.

Cuándo hablamos del canal, este se puede distinguir en dos casos especiales que ya hemos mencionado a lo largo de la sesión, como el canal inalambrico y el guiado.

El canal inalambrico, como su nombre lo indica, no necesita de un medio físico conectado para realizar la transmisión, es decir, se basa en la transmisión de ondas electromagneticas, que como bien sabemos, estas se rigen por las Ecuaciones de Maxwell y toda la teoría de ondas y al que resulta ser la tendencia del mundo por volver todo inalambrico, por las facilidades y comodidades que se le puede ofrecer al usuario. Este canal se basa en la propagación de las ondas por el aire y que son recibidas en otro punto, es decir, maneja el mismo principio de comunicación del que hemos tratado en la sesión. La señal debe ser adecuada para estar en la capacidad de ser transmitida por una antena mediante una previa transformación, para después ser enviada mediante la propagación por el aire, y llegar a otro punto receptor (antena receptora), donde ser vuelve a aplicar la transformación, pero en esta ocasión para ya ser entendible. Esto se puede visualizar en la siguiente figura:

Para las comunicaciones inalambricas hay una gran cantidad de maneras de enviar y recibir, no debe ser únicamente por la satélital, sino también está el Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee y demás. Del mismo modo, hay varias regulaciones y usos de los que no se hablaran, pero todo está estipulado bajo legislaciones y federaciones responsables de la comunicación inalambrica, como también las bandas de frecuencias y sus designaciones y posibilidades de uso. Les invitamos a los lectores, que si desea conocer más acerca de estas regulaciones, convenciones y bandas espectrales, revisen la lectura guía de la sesión: Roger Ziemer and William Tranter. Principles of Communications. Wiley, 6th edition (2008). ISBN: 978-0470252543. Pp 5-12.

El otro tipo de canal es cuándo se presenta en un medio guiado, en donde se transporta una señal eléctrica en un medio como podría ser un par trenzado, un cable coaxial o la fibra óptica, es decir, donde se pueda tener una dirección de la señal y no tenga la opción de viajar por otro medio, más que ese, lo que permite garantizar la transmisión correcta, ya que se envian y se reciben las señales dependiendo de las caracteristicas especificadas por el diseñador del canal, como las posibles perdidas, las longitudes, espesores, entre otros. En un inicio, cuándo aparece el par trenzado y los cables coaxiales, se produjeron comunicaciones de una altisima calidad, en donde actualmente se ha aumentado esa calidad de transmisión mediante el uso de la fibra óptica, ya que los dos primeros pueden tener únicamente 13000 canales de voz, mientras que la fibra tiene varias veces mas esa capacidad. Un típico sistema de comunicación por fibra óptica, que puede ser un diodo emisor de luz o un laser semiconductor, donde la intensidad de luz varia dependiendo del mensjae, después entra a una fibra conductora de luz que evita las reflexiones en gran medida, donde finalmente llega a un receptor que podría ser un sensor de luz (que usualmente es un fotodiodo) y captura un promedio del flujo de corriente proporcional a la potencia óptica de la luz.

Lógicamente, la manera mas sencilla de transmisión es la alámbrica, teniendo en cuenta que los agentes externos e internos se pueden controlar mas, dependiendo del diseño realizado, por lo que el emisor y receptor pueden decidir si por ese material les conviene o no, si las perdidas serían mayor con este cable u otro, mientras que con el medio inalámbrico se depende en gran medida de factores que no se pueden controlar, como interferentes, ruidos atmosfericos, además de los internos y externos, y demás. Pero, de igual forma, la idea es estar en pro del usuario, en base a sus preferencias y necesidades, y la realidad es que las personas prefieren rotudanmente lo inalámbrico a lo alámbrico, por su portabilidad, facilidad y beneficio, nosotros los ingenieros somos quienes debemos enfrentarnos a la adversidad de algo más complejo para generar algo de mejor de calidad.

Asi mismo, teniendo en cuenta todos los ruidos, la posibilidad de medios y los requerimientos del usuario, se debe diseñar y es debido a esto que se hace pertinente el estudio de lo revisado en esta sesión, concluyendo con la importancia de comprender a profundidad cuál es el proceso de transmisión y recepción, teniendo en cuenta los factores que pueden llegar a alterar el mensaje que se desea divulgar, ya que este es el pie de inicio para las próximas sesiones, donde se hablarán de los métodos de modulación, demodulación, transmisión y recepción de las comunicaciones analógicas e inalámbricas. También es importante entender los conceptos tratados en esta sesión teniendo en cuenta que es el principio de funcionamiento de todas las telecomunicaciones que se han desarrollado hasta la fecha, es decir, desde la radio AM y antes, hasta la actualidad con la 5G y los cables intercontinentales que permiten que ustedes puedan estar recibiendo esta información que les estamos transmitiendo, ya que efectivamente, hay cables de un tamaño extremadamente grandes que viajan entre continentes y permiten la conexión a internet, en los que se usa la fibra óptica, he aquí la importancia todavía de las redes alámbricas y que aún no han sido completamente desplazadas por las inalámbricas, ya que ofrecen mejor calidad y si no afectan al usuario, entonces es idoneo usarlos. Incluso, sin necesidad de recurrir a la electrónica, un canal de comunicación está presente desde el momento en que estamos en la barriga de nuestras madres, ya que nosotros recibimos señales externas, cuándo estamos hablando con alguién también es un canal de comunicación, que en este caso sería el aire y el ruido son esos sonidos molestos como bocinas de carros, construcciones, música con un volumen muy alto, es decir, está en todas partes y en todo momento, es por esto la suma importancia de entender el trasfondo del principio de funcionamiento del canal de comunicación, sus caracteristicas y los posibles actuadores.

Si el lector desea leer mas acerca de este tema, le recomendamos encarecidamente la lectura guía para esta sesión: Roger Ziemer and William Tranter. Principles of Communications. Wiley, 6th edition (2008). ISBN: 978-0470252543. Pp 5-12. Como también el libro en la web: [1] donde puede ingresar a comunicaciones analógicas o digitales, dependiendo del área de interés que desee, este le redirigirá. También le invitamos a ver este vídeo, donde explican de manera dinámica el principio del canal de comunicación: [2]. Le invitamos también a que continue revisando las siguientes sesiones, donde esta teoría se verá aplicada con los métodos ya mencionados.