Como mencionamos en el post anterior, partiremos sencillo. Un sistema de comunicación transmite un mensaje desde un punto de inicio a uno de destino a través de un medio. Ejemplos comunes de comunicaciones son la televisión, la radio o el internet.
Para que la información del mensaje se pueda transmitir, los dispositivos de comunicación deben ser parte de un sistema formado por 4 componentes:
Mensaje: Es la información a transmitir. Algunos formatos comunes son audio, imagen, video y texto.
Emisor o transmisor: Es el que envía la información. En una conversación telefónica, por ejemplo, el emisor sería el teléfono, no la persona hablando, que sería la fuente. Otros ejemplos son un computador o un satélite.
Receptor: Recibe la información que manda el emisor.
Medio o canal: Es el camino por el que viaja el mensaje. Estos medios pueden ser cables, fibras ópticas o señales electromagnéticas, entre otros.
Figura 1: Sistema de comunicaciones básico
En este post nos centraremos en el mensaje. La información no se manda así como está, sino que se codifica en una señal. Cuando el mensaje es creado, se hace de forma analógica. Esto quiere decir que la señal es continua, como lo es nuestra voz, en lugar de ser discreta, como lo es un pulso o una cadena de bits. Sin embargo, para poder transmitir el mensaje, se debe discretizar o digitalizar.
Figura 2: Señal continua vs. señal discreta
Acá se ve una señal continua, y debajo de ella su discretización. Para convertir una señal análoga en digital, se debe muestrear. Hay dispositivos que lo hacen por ti, llamados ADC, Analog to Digital Coverter, o Conversor Análogo Digital en español. También se puede hacer un circuito a mano, llamado un Sample and Hold, que se encarga de muestrear la señal continua y mantener ese valor hasta que se toma la siguiente muestra.
Figura 3: En gris se ve la señal original, y en rojo la salida de un circuito Sample and Hold. La distancia entre dos líneas punteadas es el período de muestreo
El objetivo de discretizar las señales es para mandarlas como voltajes. La presencia de voltaje en un cable es un 1 lógico, y la falta de voltaje es un 0. Con mayor cantidad de bits se pueden representar más niveles. Para los que aún no se han encontrado con este término antes, se pueden imaginar un bit como una bombilla eléctrica. Tiene solo dos estados, prendida o apagada. Sin embargo, si se ponen varias bombillas una al lado de la otra, se pueden hacer más combinaciones. Esta es la idea básica detrás de la comunicación binaria.
Desde que estamos en el colegio, nos enseñaron a graficar las señales en eje x e y. El eje x siempre representó el tiempo, pero esta no es la única opción. Hay información que no se puede ver en el dominio de tiempo, por lo cual usamos la transformada de Fourier, que analiza la información en frecuencia. Para visualizarlo mejor, imagínense una señal sinusoidal como lo es y = sin(2*π*10*t). La frecuencia de esta señal es de 10, por lo que en el eje x de esta señal habría un peak en x = 10. Esto se puede ver mejor en las figuras 4 y 5.
Figura 4: Sin(2*π*10*t) en el dominio del tiempo
Figura 5: Sin(2*π*10*t) en el dominio de la frecuencia
Otra aplicación importante de saber la frecuencia de una señal es saber el mínimo ancho de banda necesario para mandar el mensaje. El ancho de banda es la cantidad de información que tiene la señal en un tiempo específico. El teorema del muestreo, o teorema de Nyquist, nos dice que la frecuencia de muestreo (cuántas muestras tomo por segundo) tiene que ser mayor a dos veces el ancho de banda de mi señal, ya que, al muestrear una señal, la periodizo, es decir, se repite cada cierto tiempo. Esto puede ser problemático si no se cumple el teorema, ya que, al pasar la señal al dominio de frecuencia, los anchos de banda chocan y se interfieren, por lo que se pierde información.
Figura 6: Dominio de frecuencia cumpliendo el teorema del muestreo
Figura 7: Dominio de frecuencia sin cumplir con el teorema del muestreo
Ya que hemos dejado en claro los términos necesarios para introducir el tema, seguiremos en la siguiente publicación con modulación.
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