UNIVERSIDAD A U T ~ N O M A
METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
“DISEÑO Y O P E R A C I ~ N
DE UN RADIOMODEM”
TESIS QUE PRESENTAN LOS ALUMNOS:
ASTORGA PUGA ANTONIO
HERNANDEZ
PÉREZ JULIO LUIS
PARA LA O B T E N C I ~ N
DEL
GRADODE:
LICENCIATURA
ENINGENIER~A
ELECTR~NICA
Y COMUNICACIONES
ASESOR
:CONTENIDO
Capitulo 1 Introducción 1
Capitulo 2 Marco Teórico
Nota histórica acerca de F M F M
Aplicaciones de F M
Generación de ondas de F M El método indirecto de Armstrong Generación directa de F M Demodulación
Modulación Digital por llave0 en Frecuencia (FSK) Sistemas de comunicación
Multicanalización de señales Mensajes analógicos y digitales Conversion analogica Digital Modem en la actualidad Línea telefónica
56Kbps ... Promesas y limitaciones RadioModems
La velocidad
Corrección de errores Comandos internos
Software de comunicaciones El estándar RS-232
El puerto serial Requisitos Alcance
Modelos de T N C
Capitulo 3 Desarrollo
Introducción Descripcion General
Funcionamiento y calibracion
Capitulo 4 Conclusiones y comentarios
Apendice
Hoja de especificaciones del XR2206
Hoja de especificaciones del XR2211
Hoja de especificaciones del BF 494
Hoja de especificaciones del B C 548
Hoja de especificaciones del TDA7231
Hoja de especificaciones del TDA7000
INTRODUCCION
La comunicación es la transferencia de señales o inteligencia de una fuente a un receptor. La comunicación más común es la voz de persona a persona a través de unos cuantos metros de aire como el medio que las separa. Algunas primeras y primitivas formas de comunicación son las señales de humo indias y los tambores de las tribus selváticas, la famosa autora ciega y sorda Helen Keller aprendió a comunicarse aplicando apropiadamente el tacto.
Estos ejemplos sugieren que la fuente de comunicación puede ser sonido, movimiento, tacto, o radiación de calor. De igual manera, el receptor de una comunicación puede estar usando el oído, la vista, el tacto o el olfato.
Un estudio de comunicaciones electrónicas digitales y donde solo se desarrollará la técnica de modulación digital por desplazamiento en frecuencia, es el propósito de este trabajo, porque si los sistemas de comunicaciones se extienden desde el telégrafo básico continuando con el teléfono, radio, televisión, radar, láser, hasta las sofisticadas comunicaciones por satélite. Conforme avanzó la tecnología de comunicaciones, una sociedad industrial compleja requirió un espectro de frecuencia siempre creciente. Desarrollos recientes han impulsado al espectro de frecuencia utilizable dentro de la región de luz visible con el advenimiento de láseres y cable flexible conductor de luz asociado. Cada sistema de comunicaciones tiene un comienzo y un final. El sistema electrónico de comunicaciones más común es el teléfono, comentado en el próximo párrafo. Comienza con una voz humana que pone aire en movimiento. En un sentido verdadero las cuerdas vocales y la boca son el más básico transductor. (Un transductor es un dispositivo para convertir un tipo de energía a otra y para los sistemas de comunicación esta ultima es una señal eléctrica). En la voz, las vibraciones de las cuerdas vocales se transforman en movimiento de aire. Hay muchos transductores usados en la sociedad moderna en la que vivimos. Una lista parcial es la conversión de escena en estudio a señales de televisión, la formación de nubes a señales para radar de condiciones atmosféricas, la presión barométrica a señales eléctricas, velocidad y dirección del viento a señales eléctricas, cantidad de lluvia a señales eléctricas, aceleración a señales eléctricas, altitud a señales eléctricas, intensidad de luz a señales eléctricas, profundidades del océano a señales eléctricas, y una multitud de otras aplicaciones.
El sistema telefónico simplificado a cableado directo incluye un micrófono que convierte las ondas de aire que inciden sobre éI a señales eléctricas. Esta señal se amplifica en la sección del transmisor y se envía enseguida sobre alambre a un receptor que pasa la señal al transductor de salida a audífono o bocina. Este convierte la señal eléctrica en ondas de presión de aire que golpean el tímpano. En la práctica, el sistema telefónico moderno es una masa de circuitería de conmutación, amplificadores, repetidores y cables.
Así considerando las características de los sistemas telefónicos y las computadoras apareció un nuevo sistema de comunicación basado estos dispositivos. Es importante mencionar que con las
computadoras surgió la digitalización de la información razón por la cual empezar ha fabricarse dispositivos que fueran capaces convertir una señal analógica (usada en los sistemas telefónicos) en una señal digital (empleadas en las computadoras) y viceversa, dichos dispositivos son los denominados módems (módem es la contracción de modulador- demodulador).
De esta manera teniendo una computadora con un módem y una línea telefónica tenemos un nuevo sistema de comunicación en donde se puede enviar información de un punto a otro y comunicar a cientos de personas mediante este sistema de comunicación. Claro esta que para llegar a construir dicho sistema pasaron muchas décadas de trabajo de investigación que abarca desde el surgimiento del transistor, posteriormente la aparición de los circuitos integrados (básicamente un circuito integrado es un arreglo de capacitores, resistores, inductores y transistores que realizan una o más funciones especificas), retomar los conceptos del siglo XIX respecto a la maquina de Blas Pascal y la maquina de Babbage que la esencia de esas maquinas son las funciones que realizan las computadoras actuales, el establecimiento de los protocolos de comunicaciones (un protocolo son aquellas reglas que se deben seguir para el intercambio de información) y en la finalidad el presente trabajo no es describir lo anteriormente mencionado sino emplear dichos fundamentos que son básicos en la ingeniería electrónica de nuestro tiempo e implementar un nuevo sistema de comunicación. Partiendo de la pregunta ¿Tengo una computadora pero no poseo una línea telefónica y deseo comunicarme a otro lugar? Y es aquí en donde introducimos el concepto de radiomódem el cual es un sistema de comunicación en donde escribimos un mensaje en una computadora y lo radiamos a través del espacio libre de la atmósfera de la Tierra y así un receptor captará dicha información y ala visualizara en su computadora.
No estamos inventando nada nuevo ya que desde los inicios de la humanidad esta sé a comunicado usando como canal de comunicación el espacio libre. Por lo tanto utilizamos una computadora, un módem, un transmisor y una antena para satisfacer la necesidad de establecer una comunicación digital en un sistema de comunicación idem seguro, confiable y económico.
En el espacio libre tendremos un espectro de frecuencia que contendrá la información transmitida. El rango de frecuencias utilizables para transmisión de información se llama espectro de frecuencia. La FCC (Comisión Federal de Comunicaciones de EUA) ubica al espectro en rangos de décadas, llamados bandas. La banda de muy baja frecuencia (VLF) va de 3 a 30 KHz se usa para sistemas de audio. La banda de baja frecuencia (LF) de 30 a 300 KHz se usa para radio larga distancia y navegación. La banda de frecuencia media (MF) de 0.3 a 3 MHz se usa para radio AM. La banda de alta frecuencia (HF) de 3 a 30 MHz cubre la banda civil (CB). La banda de muy alta frecuencia (VHF) de 30 a 300 MHz incluye televisión (TV) y FM. La banda de ultra alta frecuencia (VHF) de 0.3 a 3 GHz cubre la parte alta de las bandas de TV y región baja de microondas. Las dos últimas bandas, super alta frecuencia (SHF), de 3 a 30 GHz y extrema alta frecuencia (EHF). de 30 a 300 GHz, están ambas en región de microondas y se usan para radar y satélite.
Las comunicaciones generalmente requieren la transmisión de inteligencia a través del
espacio. Esto, a su vez, dicta la necesidad de una línea de transmisión y una antena. Es el
segmento de transmisión de espacio de cualquier sistema de comunicaciones el que es más
susceptible de degeneración. Esto es el resultado de dos características distintivas del espacio.
Una es la atenuación natural de la intensidad de la señal en el espacio, conforme la distancia de transmisión se incrementa. La segunda es la superimposición de ruido sobre la señal. El ruido está siempre presente en cualquier espacio terrestre.
El ruido es el enemigo natural de cualquier sistema de comunicaciones. El ruido es cualquier
señal indeseada, ya sea dos estaciones radiodifusoras sintonizadas simultáneamente, niños jugando cuando usted esta tratando de dormirse, o un concierto de rock cuando está usted tratando de realizar su declaración anual de impuestos. Una señal que en si misma puede ser totalmente disfrutable en un
tiempo es ruido en el tiempo equivocado. Según se afirma, uno de los métodos más efectivos para proteger una conversación de espionaje o vigilancia electrónicos es conversar durante una bulliciosa fiesta o reunión. El clamor de las otras conversaciones lo hacen imposible de ser escuchado, incluso con el más moderno equipo de espionaje. El otro extremo de reserva en una conversación, es mantener la conversación en una pradera abierta alejada de la gente, no
proporciona protección de micrófono altamente directivo y extremadamente sensitivo debido a la ausencia de ruido. Los sistemas de comunicaciones digitales (como los radiomódems) tienen una alta inmunidad al ruido,.Habiendo concluido que el ruido es indeseable, el próximo paso es catalogarlo como externo
o
interno.El ruido externo puede clasificarse ya sea como natural
o
por el hombre. El ruido natural incluye la estática que resulta de las tormentas de truenos. El ruido de espacio exterior, otra forma de ruido natural, tiene muchas fuentes. Nuestro propio sol es el mayor transgresor. La contribución de ruido del sol varia de muchas maneras: del día a la noche, variación estacional, variación cíclica de siete años y finalmente una variación cíclica de cien años. La Tierra también recibe ruido cósmico de soles (estrellas) de muchas galaxias distantes. También, dentro de la categoría de ruido del espacio exterior, están las señales de los quasars (estrellas con emisión de radiofrecuencias y frecuencias visibles) y los pulsars (fuentes de radio galácticas de muy corto período). Muy poco puede hacerse respecto al ruido del espacio exterior que no sea un movimiento impráctico a una galaxia más remota y silenciosa.El ruido provocado por el hombre, dependiendo de las circunstancias, puede ser igualmente inevitable. Tipos especiales de comunicación tales como radiotelescopios, sistemas militares y estaciones espaciales, pueden utilizarse tan remotamente de la civilización como para minimizar el efecto del ruido producido por el hombre. La casa habitación promedio incluye 27 dispositivos manejados por motor eléctrico. Incluso los receptores de AM, FM o TV vecinos pueden actuar como una fuente de ruido eléctrico para su receptor.
Obviamente se tiene más control específico sobre las fuentes de ruido generado dentro del sistema de comunicaciones. A pesar de eso, hay varios tipos de ruido interno (dentro de cualquier dispositivo electrónico) que solamente puede ser minimizado pero no eliminado. Para ser escuchada adecuadamente, la señal impuesta sobre una bocina debe ser muchas veces mayor que el ruido.
generado en la propia entrada de un sistema es el ruido más problemático porque éste se amplifica entonces (junto con la inteligencia) a
Io
largo de todo el sistema.De acuerdo a las ideas expuestas en los párrafos anteriormente descritos y considerando que en dichos párrafos se abordaron los elementos que caracterizan a los sistemas digitales de comunicaciones en donde el envío de información es a través del espacio libre de la Tierra estamos en condiciones de establecer lo que deseamos obtener a lo largo del desarrollo del presente trabajo. De manera general esperamos realizar la construcción de un sistema digital de comunicaciones el cual se denominara Radiomódem y consistirá de un equipo transmisor y uno receptor. El equipo de transmisión estará conformado por una computadora personal 486, un módem, un transmisor de frecuencia modulada y una antena telescópica y en el equipo receptor tendremos otra antena, un demodulador de frecuencia modulada, un módem y otra computadora personal 486 y esperamos que la distancia que cubra el sistema sea entre 8 y 12 metros y si en un futuro se deseara comercializar el radiomódem se deben analizar las características de los materiales a usar en la elaboración del mismo para que de esta manera el radiomódem sea una propuesta de tecnología universitaria confiable, económica y segura en el envío de la información y que básicamente este sistema digital de comunicación inalámbrica satisfaga las necesidades de un lugar en donde no se encuentren líneas telefónicas. Aunque claro esta que no deseamos encasillar el propósito y el uso de este sistema para un lugar en específico ya que también se
puede implementar en lugares en los cuales exista la infraestructura de los sistemas telefónicos y que este sistema sea una alternativa en el envío de información entre dos equipos de comunicaciones. Es importante mencionar que el desarrollo actual de los sistemas digitales inalámbricos fue una de las causas principales para llevar a cabo la realización del presente trabajo.
La causa principal para el desarrollo de esta investigación fue debido a la inquietud por parte de los integrantes que realizaron este trabajo por mostrar y demostrar que los conocimientos teóricos aprendidos durante nuestra estancia en la Universidad Autónoma Metropolitana se pueden ver reflejados en una aplicación práctica para tratar de satisfacer la necesidad de comunicación entre dos o más equipos de telecomunicaciones.
MARCO TEóRICO
Nota histórica acerca de la FM
A la fecha, nadie duda que la FM tiene un lugar preponderante en la radiodifusión y en diversos sistemas de comunicaciones. La historia de la FM se encuentra llena de extrañas ironías. El ímpetu tras el desarrollo de la FM fue la necesidad de reducir el ancho de banda de transmisión. Un razonamiento superficial demostraba que era factible reducir el ancho de banda de transmisión utilizando la FM. Empero los resultados experimentales demostraron otra cosa. El ancho de banda de transmisión de la FM era realmente más grande que el de la AM. Sin embargo, un minucioso análisis matemático efectuado por Carlson demostró que la FM en realidad requería de un ancho de banda mayor que el de la AM. Desafortunadamente, Carlson no captó la ventaja compensatoria de la FM de su capacidad para suprimir el ruido. Sin muchas bases, concluyó que la FM introducía distorsión inherente y no presentaba ventaja compensatoria alguna. La opinión de uno de los matemáticos más hábiles de esos días, en el campo de la comunicación, impidió de esta manera el desarrollo de la FM. La ventaja de la supresión de ruido de la FM fue comprobada posteriormente por el mayor Edwin H. Armstrong, un brillante ingeniero cuyas contribuciones al campo de los sistemas de radio son comparables con las de Hertz y Marconi. Gracias al trabajo de Armstrong se logró que renaciera el interés por la FM.
Aunque Armstrong no inventó el concepto de FM, debe considerársele el padre de la FM moderna. Citaremos uno de los primeros libros sobre la materia, el texto británico frequency Modulation Engineering, escrito por Christopher E. Tibbs: “El tema de la modulación en frecuencia, como
lo
comprendemos a la fecha, puede considerarse que data del artículo de Armstrong de 1936. Es verdad que una buena parte del conocimiento del concepto existía antes de esa fecha, pero Arnistnong fue el primero en puntualizar en un trabajo verdaderamente notable aquellas características peculiares a las cuales debe su valor la técnica moderna.”’Armstrong fue uno de los arquitectos principales que pusieron los cimientos del sistema de comunicación de masas. La revista fortune dice: ”la modulación en frecuencia de banda ancha es la cuarta, y quizá la más grande, en una línea de invenciones de Armstrong que ha hecho de la radiodifusión moderna lo que es hoy día. El mayor Armstrong es el inventor reconocido del circuito regenerativo ‘de retroalimentación’, que trajo la radio fuera de la etapa del detector de cristal y audífonos e hizo posible la amplificación de la radiodifusión; el circuito superheterodino, que es la base de prácticamente toda la radio moderna; y del circuito superregenerativo que en la actualidad tiene amplio uso en los sistemas de onda corta.”
casi la mitad de su vida en las cortes judiciales en algunos de los procesos sobre patentes más largos, notables y amargos de esta era.
La variación de la frecuencia de una sinusoide continua en proporción a la amplitud de una señal moduladora, se llama modulación de frecuencia (FM). La variación de la fase de una sinusoide continua proporcionalmente a la amplitud de una señal moduladora, se llama modulación de fase (PM). Ambos son ejemplos de modulación de ángulo. La frecuencia instantánea es la derivada en el tiempo de la fase por
lo
que la PM y la FM están estrechamente relacionadas.En la generación de FM hay una conversión de amplitud a frecuencia y una de frecuencia a frecuencia. La desviación de frecuencia pico es una medida de la primera y la frecuencia moduladora de la última, a esta relación se le llama índice de modulación
p.
El valor de
p
determina las características espectrales de la onda FM. Para valores dep
por debajo de alrededor de 0.2, la densidad espectral de una onda FM consiste en dos bandas laterales sobre una gran portadora lo que se llama FM de banda estrecha. Los detalles espectrales para valores mayores dep,
FM de banda ancha, dependen de cada señal moduladora en particular porque la generación de FM no es lineal. Sin embargo, la banda total puede aproximarse agregando el doble de la desviación de frecuencia pico al doble del ancho de banda de la señal moduladora (regla de Carson).La mayoría de los principios de la FM se aplican también a la PM. Una diferencia es que, en la
PM, la desviación de fase pico está controlada por la señal moduladora, por lo que varía tanto con la frecuencia como con la amplitud de la señal moduladora. La potencia media total en una señal de ángulo modulado se mantiene constante independientemente del índice de
modulación.
La generación de señales de ángulo modulado se obtiene ya sea generando primero una señal de banda estrecha y aumentando luego el índice de modulación por multiplicación de frecuencias, ya sea generando directamente una señal de banda ancha. La demodulación puede conseguirse con un circuito convertidor de frecuencia a voltaje llamado discriminador o bien usando técnicas de retroalimentación en un convertidor de voltaje a frecuencia.
Aplicaciones de la FM
La modulación en frecuencia (y la modulación angular en general) tiene cierto número de características únicas que la recomiendan para diferentes sistemas de radio.
La amplitud constante de la FM la hace menos susceptible a las no linealidades. Consideremos, por ejemplo, un canal no lineal con entrada x y salida y que se relacionan mediante
y
=
alx
+ a2x2 + a3x3Para una onda de FM, la entrada x(t) = A cos [wc t + 0(t)],en donde
0(t) = k m (a) da
Por
lo
tanto,Y(t> = Aal cos [WC t + 0(t)] + A2a2 cos [wc t + 0(t)] + A3a3 cos
[wC
f + 0(t)]y(t) = (A2a2 /2)+ (Aa, + (3 A3a /4))cos [WC t + 0(t)] + (A2a2 /2) cos[2wC t + 20(t)] + (A3a3 /4) cos[3wc t + 30(t)]
El término cos [2wc t + 20(t)] = cos[2wC t + 2 k m(a) da] representa una onda de FM con portadora 2wc y con el doble de desviación de frecuencia (Aw = 2k m). De manera similar, el término cos [3wc t + 30(t)] es una onda de FM con portadora 3Wc y el triple de desviación de frecuencia. En consecuencia, la no linealidad genera componentes de frecuencias no deseadas, pero el término deseado cos [wc t + 0(t)]
se encuentra libre de distorsión, y al utilizar un filtro de pasabanda con centro en wc podernos suprimir todos los términos no deseados de y(t) y obtener la componente deseada de la señal sin distorsión.
Recordemos que una no linealidad similar en AM no sólo causa modulación indeseable con frecuencias portadoras 2wc y 3wc sino que también ocasiona distorsión de la señal deseada. Esta es la razón principal por la cual se utiliza la modulación angular en
los
sistemas relevadores de microondas, en donde la operación no lineal del amplificador y de otros dispositivos ha sido hasta ahora inevitable alos
niveles de potencia que se requieren. Además, la amplitud constante de la FM le proporciona un tipo de inmunidad contra un desvanecimiento rápido. El efecto de las variaciones en la amplitud causadas por un desvanecimiento rápido se puede eliminar utilizando control automático de ganancia y limitación de pasabanda. Estas características hacen a la FM atractiva para los sistemas relevadores de microondas. La modulación angular es también menos vulnerable que la AM a la interferencia de las señales procedentes de canales adyacentes. Finalmente, la FM es capaz de intercambiar Relación Señal a Ruido por ancho de banda de transmisión.espaciales. La FM de banda ancha se utiliza también para la radiotransmisión de alta fidelidad a través de áreas limitadas.
Generación de ondas FM
Básicamente, existen dos formas de generación de ondas de FM: generación indirecta y
generación directa.
El método indirecto de Armstrong
En este método, la FMBA se genera integrando m(t) y utilizándola para modular en fase a una portadora. La FMBA se convierte después en FM de banda ancha utilizando multiplicadores de frecuencia. Un multiplicador de frecuencia es justamente un dispositivo no lineal. Un simple dispositivo de ley cuadrada, por ejemplo, puede multiplicar la frecuencia por un factor de 2. Para un dispositivo de ley cuadrada, la entrada e,(t) y la salida eo(t) están relacionadas por
el
=
(DFM = cos (wct + k m(a) daentonces
eo
=
cos (wct + k m(a) daeo = '/2 + % cos(2wct + 2 k m(a) da
El término de cd se filtra para obtener la salida, cuya frecuencia portadora así como la desviación de frecuencia se multiplican por dos. Cualquier dispositivo no lineal, como un diodo o un transistor, se puede emplear para este propósito. Estos dispositivos presentan la característica
eo(t)=ao+alei(t)+a2ei '(t)+
.
. . ..
. a,ei '(t)A continuación se muestra el circuito transmisor de FM indirecta:
Generación Directa de FM
Un oscilador cuya frecuencia se puede controlar mediante un voltaje externo es un oscilador controlado a voltaje (VCO). En un VCO, la frecuencia de oscilación varía linealmente con el voltaje de control. Podemos generar una onda de FM utilizando la señal moduladora m(t) como una señal de control. Esto da
w(t)
=
wc
f k m(t)Se puede construir un VCO utilizando un amplificador operacional y un comparador de histéresis. Otra forma de alcanzar el mismo objetivo consiste en hacer variar uno de los parámetros reactivos del circuito resonante de un oscilador.
DEMODULACION DE FM
En una onda de FM, la información reside en la frecuencia instantánea wi(t) = wc + k m(t). En consecuencia, un circuito selector de frecuencia con una función de transferencia de la forma IH(w)j = aw + b a través de la banda de FM daría como resultado una salida proporcional a la frecuencia instantánea. Existen varios posibles circuitos con estas características. El más simple de ellos es un diferenciador ideal con función de transferencia jw.
Si aplicamos @FM a un diferenciador ideal, la salida será:
@FM = (d/dt) { A cos [ wct + k m(a) da] }
=
A [ wct + k m(t) ] sin [ wct + k m(a) da]La señal @FM se modula tanto en amplitud como en frecuencia, siendo la envolvente A [ wct + k m(t) 1. Ya que Aw = k m < wc, wc + k m(t) > O para toda t, y m(t) se puede obtener mediante la detección de envolvente de (DFM.
La amplitud a de la portadora de FM de entrada se supone constante. Si la amplitud a no fuera constante sino una función del tiempo, habría un término adicional conteniendo a dWdt
en el segundo miembro de la ecuación anterior. Aunque este término se despreciara, la envolvente de (DFM sería A(t) [ wct + k m(t)
1,
y la salida del detector de envolvente seria proporcional a m(t)A(t). Porlo
tanto, es esencial mantener A constante. Ciertos factores, como el ruido de canal, el desvanecimiento y otros, hacen que A varíe. Esta variación de A debe eliminarse antes de aplicar la señal al detector de FM.Modulación Diqital por Llaveo en Frecuencia (FSK).
Esta modulación consiste en desplazar la frecuencia de una portadora senoidal desde una frecuencia de marca (correspondiente al envío de 1 binario) hasta una frecuencia de espacio (correspondiente al envío de un O binario) de acuerdo con una señal de banda base digital. Esta modulación es idéntica a modular una portadora de FM con una señal digital binaria. Existen dos tipos diferentes de caracterización de una señal FSK, esto depende del método que se utilice para generar dicha señal.
Un tipo se genera conmutando la línea de salida del transmisor entre dos diferentes osciladores. Este tipo genera una forma de onda de salida discontinua en los instantes en que se presenta la conmutación (es decir cuando existe un cambio de un cero a un uno o viceversa) razón por la cual esta es considerada una señal FSK de fase discontinua y la expresión matemática que la representa :
f(t) = Ac Cos( w,t+ 0,) para t, cuando se envía un 1 AC Cos( w2t+ 0,) para t, cuando se envía un O
en donde f, es la frecuencia de marca, y f2 es la frecuencia de espacio.
Como existe un problema de discontinuidad en esta señal se recurre a un circuito para generar una señal FSK de fase continua alimentando la señal de datos a un modulador de FM en donde ahora f(t) estará descrita por :
en donde 0(t) = Dr
1
m(a) docy Df es la constante de desviación de frecuencia y m(t) es una señal digital de banda base. Aunque m(t) es discontinua en el instante de conmutación, la función de fase 0(t) es continua debido a que es proporcional a la integral de m(t). Si la forma de onda de entrada de datos es binaria, tal como una señal de banda base polar, la señal FSK se llama FSK binaria.
Para demodular la señal FSK podemos utilizar un detector de frecuencia (detección no coherente) o mediante 2 detectores de producto (detección coherente) ver figuras . En este tipo de detección también podemos involucrar un filtro acoplado es cual
es
un filtro que reduce al mínimo el efecto del ruido al mismo tiempo que incrementa al máximo la señal.Este tipo de modulación es usada en los módem que se utilizan las computadoras (siendo estos externos o internos) y sirven para la transmisión y/o recepción de datos.
SISTEMAS DE COMUNICACION
Existen numerosas formas de comunicación. Dos personas pueden comunicarse entre sí por la voz, los ademanes o los símbolos gráficos. En el pasado se llevaba a cabo la comunicación a larga distancia con medios como sonidos de tambor, señales de humo, palomas mensajeras y señales luminosas. Hoy en día, estas formas de comunicación han quedado superadas por la comunicación eléctrica. Esto se debe a que se pueden transmitir las señales eléctricas a distancias mucho mayores (teóricamente a cualquier distancia en el universo) y con velocidad sumamente alta (3 x I O 8 metros por segundo aproximadamente). En este texto nos dedicaremos exclusivamente a la comunicación mediante señales eléctricas.
Un ingeniero está primordialmente interesado en la comunicación eficiente. Esto implica la transmisión de mensajes lo más rápidamente posible y con un mínimo de errores. Estudiaremos dichos aspectos en forma cuantitativa en el transcurso de este texto. Sin embargo resulta muy ilustrativo analizar cualitativamente los factores que limitan la rapidez de transmisión de información. Por conveniencia, consideraremos la transmisión de símbolos (tales como
los
símbolos alfanuméricos del idioma inglés) utilizando ciertas formas de ondas eléctricas. En el proceso de su transmisión, estas señales se contaminan con señales de ruido presentes en todas partes y generadas por numerosos fenómenos naturales o provocados por el hombre. Estos últimos, como interruptores de contactos defectuosos, el apagado y el encendido de equipo eléctrico, radiación por ignición y lámparas fluorescentes, emiten constantemente señales de ruido aleatorias. Los fenómenos naturales como las tormentas y descargas eléctricas, la radiación solar se consideran como fuentes de ruido. Otro productor importante de ruido en todos los sistemas eléctricos es el ruido de fluctuación como el ruido térmico en resistores y el ruido de disparo en dispositivos activos. Cuando las señales que transportan el mensaje se transmiten en un canal, sufren alteración debido a las señales de ruido aleatorias y, por consiguiente, son difíciles de identificar en el receptor. Para superar esta dificultad, es necesario incrementar la potencia de las formas de onda portadoras del mensaje, También se debe mantener una determinada relación de la potencia de señal a la potencia de ruido. Esta relación, S/N, constituye un parámetro importante en la evaluación del comportamiento de un sistema.una señal plantea el problema de transmitir señales de frecuencias más elevadas. Esto, a su vez, requiere un incremento en el ancho de banda del canal por el que se transmiten los mensajes. En esta forma puede incrementarse la rapidez de comunicación al aumentar el ancho de banda del canal. Por lo tanto, para que la comunicación sea más rápida y de mejor calidad, conviene incrementar la relación de potencias de señal a ruido y el ancho de banda.
Estas conclusiones que resultan evidentes se basan en un razonamiento cualitativo; sin embargo,
lo
interesante del caso es que el ancho de banda y la relación señal a ruido sean intercambiables. Para mantener una rapidez dada de comunicación que tenga una calidad específica, podemos intercambiar la relación S/N y el ancho de banda y viceversa. Se puede reducir el ancho de banda con el fin de incrementar la relación S/N. Por otra parte, se puede considerar adecuada una relación S/N pequeña si se incrementa en forma correspondiente el ancho de banda del canal. Esto se expresa por medio de la ley de Shannon-Hartley :C=5 log (I+S/N)
En donde C es la capacidad del canal o la rapidez de transmisión del mensaje y 5 es el ancho de banda del sistema (en Hz). Con una C dada, podemos incrementar 5 y reducir S/N y viceversa.
La ingeniería de comunicaciones se dedica a estudiar la transmisión de señales de un punto a otro. Este problema se presenta en las emisiones de radio y televisión, la comunicación a larga distancia en líneas telefónicas, las comunicaciones por satélite, los sistemas de control remoto, la tele
-
medición, etc.Las señales se transmiten de un punto a otro por un canal que puede tener la forma de línea de transmisión (como un canal telefónico) o simplemente por el espacio abierto, en el cual se reciben las señales portadoras de información deseada (como la difusión de radio y televisión, la comunicación por satélite, etc.). En general, cada una de las señales transmitidas tienen un ancho de banda finito y pequeño, comparado con el ancho de banda d e l canal mismo. Por lo tanto, si sólo se transmite una señal por canal, éste i se aprovecha adecuadamente, pues se le hace funcionar muy por debajo su capacidad de transmitir información; sin embargo, no podemos transmitir directamente más de una señal a la vez, porque esto causará interferencia entre las señales y éstas no las podremos recuperar individualmente en el extremo receptor.
Eso significa que no es posible, mediante un método directo, transmitir más de una conversación en una línea telefónica ni explotar simultáneamente, más de una estación de radio o de televisión. Empleando las técnicas de multicanalización por división de frecuencia o de tiempo, se pueden transmitir vanas señales simultáneamente en el mismo canal.
Multicanalización de señales
Como se mencionó anteriormente, la transmisión de una sola señal por un canal es una situación de mal aprovechamiento. Sin embargo, esto se mejorará si logramos trasladar los espectros de las diferentes señales para ocupen rangos diferentes de frecuencia sin traslaparse. Por lo cual si hacemos una traslación de frecuencia, es decir que llevemos a cabo la modulación de una señal (al multiplicarla por una señal sinusoidal o cosenoidal) y trasladamos su espectro de frecuencia. En consecuencia, empleando las técnicas de la modulación, se puede transmitir simultáneamente por un canal un gran número de señales.
las diferentes señales mediante filtros apropiados; sin embargo, los espectros individuales así separados, no representan la señal original ya que han sufrido una traslación. Así, para obtener la señal original, se debe trasladar cada espectro en la cantidad adecuada, de modo que recupere su forma original.
La modulación cumple con el importante propósito en los sistemas que transmiten señales por radiación en el espacio. En la teoría de las ondas electromagnéticas se demuestra que sólo se puede radiar una señal en forma efectiva si la antena radiadora es del orden de un décimo o más de la longitud de onda correspondiente a las frecuencias de las señales radiadas. En la voz humana, la frecuencia máxima es de aproximadamente 10,000 Hz., lo cual corresponde a una longitud de onda mínima de 30,000 metros. Así, para radiar ondas electromagnéticas que correspondan al rango de frecuencia de la voz humana, se necesitaría una antena de varios kilómetros de longitud; esto, desde luego, no es nada práctico. El proceso de modulación traslada el espectro de frecuencia a cualquier rango de frecuencia superior que resulte conveniente, haciendo más fácil radiarlo mediante ondas electromagnéticas. En la práctica, todas las señales de radio y de televisión están moduladas, es decir, el espectro de frecuencia está trasladado a un rango más alto. Por consiguiente, la modulación no solamente permite la transmisión simultánea de varias señales sin interferencia entre ellas, sino que también hace posible su transmisión (radiación) efectiva.
El método de traslación de frecuencia que hemos mencionado no es la única forma de transmitir simultáneamente varias señales en un canal. También es posible transmitir varias señales simultáneamente por un canal, siempre que se les pueda separar en el extremo receptor. Cada señal queda especificada en el dominio del tiempo o el dominio de la frecuencia. Así, en el receptor, recuperamos individualmente las señales, ya sea en el dominio del tiempo o de la frecuencia. En el método de la traslación de frecuencia, todas las señales se mezclan en el dominio del tiempo, pero sus espectros están separados de manera que ocupan diferentes bandas de frecuencia. Se recuperan las señales en el receptor empleando filtros adecuados.
Obsérvese que se recuperan los espectros de las señales individuales, por lo que este método de separación se lleva a cabo en el dominio de la frecuencia. Este procedimiento, en el que las diferentes señales comparten diferentes intervalos de frecuencia, se conoce como sistema de multicanalización por división de frecuencia. En el segundo método, se intercalan las muestras de las diferentes señales y éstas se separan individualmente en el extremo receptor mediante el detector síncrono adecuado. En este caso, recuperamos las diferentes señales en el dominio del tiempo; los espectros de frecuencia de todas las señales muestreadas están mezclados ocupando el mismo rango de frecuencia. Este sistema, en el que todas las señales comparten los diferentes intervalos de tiempo se conoce como sistema de multicanalización por división de tiempo.
Señal de Sefial
a enwar tecibido
Una fuente, que origina el mensaje, como una voz humana, una imagen de televisión un
mensaje de teletipo, o simplemente datos. Si
los
datos son no eléctricos (la voz humana, mensaje de teletipo, imagen de televisión), deben convertirse mediante un transductor deentrada en una forma de onda eléctrica que se conoce como sena/ de banda base o sefial de
mensaje.
El transmisor, que modifica la señal de banda base para una eficiente transmisión.
El canal, que es un medio, tal como un alambre, un cable coaxial, una guía de ondas, una fibra
óptica, o un enlace de radio (a través del cual se envía la salida del transmisor).
El receptor, que re procesa la señal proveniente del canal al deshacer las modificaciones
introducidas por el transmisor y el canal. La salida del receptor alimenta al transductor de
salida, que convierte la señal eléctrica a su forma original, el mensaje.
El destinatario, que es la unidad a la que se comunica el mensaje.
Un canal actúa en parte como un filtro, para atenuar la señal y distorsionar su forma de onda. La longitud del canal incrementa la atenuación, y ésta varía desde un pequeño porcentaje para distancias cortas hasta órdenes importantes de magnitud para la comunicación interplanetaria. La forma de la onda se distorsiona debido a las diferentes cantidades de atenuación y de corrimiento de fase que experimentan las distintas componentes de frecuencia de la señal. Por ejemplo,
un pulso cuadrado es redondeado o ampliado mediante el proceso. Este tipo de distorsión, que se llama distorsión lineal, puede ser corregida en parte en el receptor mediante un ecualizador o compensador con características complementarias de ganancia y de fase con respecto a las del canal.
La señal no es sólo distorsionada por el canal sino también es contaminada a lo largo de la trayectoria por señales indeseables, agrupadas bajo el término genérico de ruido, que son señales aleatorias y no predecibles debidas a causas tanto externas como internas. El ruido externo incluye a la interferencia proveniente de señales transmitidas por canales vecinos: el ruido generado por el hombre por fallas de contactos en el equipo eléctrico, por radiación de la ignición de los automóviles y el ruido natural de los relámpagos, tormentas eléctricas, radiación solar. Con cuidado apropiado, el ruido externo puede minimizarse pero no o eliminarse por completo. El ruido interno resulta del movimiento térmico de los electrones dentro de los conductores, la emisión aleatoria y la difusión o recombinación de portadoras de carga dentro de los dispositivos electrónicos. El ruido es uno de los factores básicos que establece un limite sobre el índice de comunicación.
La relación de señal a ruido (S/N) se define como la relación de la potencia de la señal a la potencia del ruido. El canal distorsiona a la señal y el ruido se acumula a lo largo de la trayectoria. Peor aún, la intensidad de la señal decrece mientras el nivel del ruido aumenta con la distancia desde el transmisor. Por consiguiente, la relación S/N va decreciendo en forma continua a lo largo del canal. La amplificación de la señal recibida para compensar la atenuación no es útil debido a que el ruido se amplificará en la misma proporción, y la relación
S/N se conserva, en el mejor de los casos, sin cambio.
Mensajes Analógicos y Diqitaies
Los mensajes pueden ser digitales y analógicos; los mensajes digitales se construyen con un número finito de símbolos. La voz humana podemos considerarla como un mensaje digital, ya que se construye con un vocabulario finito de un lenguaje. De manera similar, un mensaje telegráfico en código Morse es
un mensaje digital construido con un conjunto de solo dos símbolos: raya y punto; es, por lo tanto, un mensaje binario, que comprende solamente dos símbolos. Un mensaje digital construido con M símbolos se llama mensaje M-ario.
Por otra parte, los mensajes analógicos se caracterizan por contener datos cuyo valor varía en un rango continuo. Por ejemplo, la temperatura o la presión atmosférica de cierta localidad pueden variar dentro de un rango continuo y pueden tomar un número infinito de valores posibles. De manera similar, la forma de onda de un discurso contiene amplitudes que varían dentro de un rango continuo. En un intervalo de tiempo dado, existe un número infinito de formas de onda de la voz, en contraste con sólo un número finito de mensajes digitales posibles. Los mensajes digitales se transmiten utilizando un conjunto finito de formas de onda eléctricas; por ejemplo, en el código Morse, una raya puede transmitirse mediante un pulso eléctrico de amplitud N2, y un espacio puede transmitirse mediante un pulso de amplitud -N2.
En un caso M-ario, se utilizan M pulsos (o formas de onda) eléctricos distintos; cada uno de los M pulsos representa a uno de los M símbolos posibles. La tarea del receptor consistirá en extraer un mensaje de una señal distorsionada y afectada por ruido a la salida del canal. La extracción del mensaje es en ocasiones más fácil en las señales digitales que en las señales analógicas. Consideremos el caso binario: se codifican dos símbolos como pulsos
t
La posibilidad de utilizar repetidores regenerativos es una ventaja adicional para la comunicación digital. Una estación repetidora detecta los pulsos y transmite nuevos pulsos limpios, combatiendo en esta forma la acumulación de distorsión y de ruido, y permitiendo la transmisión de información a través de distancias más largas y con más exactitud. En contraste con los mensajes digitales, la forma de onda de los mensajes analógicos es importante, y aún una leve distorsión o interferencia en la forma de la onda ocasionará un error en la señal recibida. Existe una dificultad adicional: un repetidor regenerativo no es viable para las señales analógicas, ya que el ruido y la distorsión, no importa lo pequeños que sean, no podrán ser eliminadas de una señal. Como resultado, la distorsión y la interferencia por ruido son acumulativas a través de toda la trayectoria de transmisión. Para superar esta dificultad, la señal se atenúa continuamente, a lo largo del trayecto de transmisión; entonces, con el aumento de la distancia la señal se hace más débil mientras que la distorsión y el ruido se hacen cada vez más fuertes.
Finalmente, la señal, dominada por la distorsión y el ruido, queda mutilada. La amplificación es de escasa ayuda, ya que acentúa la señal y el ruido en la misma proporción. En consecuencia, la distancia a través de la cual se puede transmitir un mensaje analógico es limitada por la potencia del transmisor. No obstante, la comunicación analógica es ampliamente utilizada a pesar de estos problemas. Cabe señalar que existe la tendencia a reemplazar
los
sistemas analógicos por sistemas digitales. ya que estos últimos han venido a ser más económicos debido a una dramática reducción de costos lograda en la fabricación de los circuitos digitales.En resumen la comunicación digital presenta varias ventajas con respecto a la comunicación analógica y mencionaremos las siguientes :
1. La comunicación digital es fuerte en el sentido de que es más inmune al ruido de canal y a la
2. Los repetidores regenerativos a lo largo de la ruta de transmisión pueden detectar una señal
3. La implementación del hardware digital es flexible y permite el uso de microprocesadores, distorsión del canal.
digital y retransmitirla limpia (libre de ruido).
4. Las señales digitales pueden ser codificadas para obtener indices de error extremadamente 5. Es más fácil y más efectiva la multiplexión de varias señales digitales.
6. La comunicación digital es inherentemente más eficiente que la analógica en la realización bajos y alta fidelidad, así como privacía.
del intercambio de la relación S/N por ancho de banda.
Conversión analógica a digital
Existe un punto de reunión de las señales analógicas y digitales: su conversión de analógicas a digitales (conversión ND). El espectro de frecuencia de una señal indica las magnitudes relativas de las diferentes componentes de la frecuencia. El feorema del muestre0 establece que si la frecuencia más alta del espectro de la señal es B (en Hz), la señal se puede reconstruir a partir de sus muestras, tomadas a una razón no menor que 28 muestras/segundo. Esto significa que para transmitir la información dentro de una señal continua, se necesita solamente transmitir sus muestras. Desafortunadamente, los valores de las muestras no son todavía digitales ya que se encuentran dentro de un rango continuo y pueden tomar uno o cualquiera del número infinito de valores del rango. Esta dificultad se resuelve mediante lo que se conoce como cuantificación, en donde cada muestra se aproxima, o redondea, al nivel cuantificado más próximo. (ver fig. 3) Las amplitudes de la señal, m(t) están dentro del rango (- mp ,m,), que se subdivide en L intervalos, cada uno de magnitud Av= 2m,/L. La magnitud de cada muestra se aproxima al punto medio del intervalo en el cual desciende el valor de la muestra. Cada muestra se aproxima ahora a uno de los L números. La información queda así digitalizada. La señal cuantificada es una aproximación de la señal original. Se puede mejorar la exactitud de la serial cuantificada a cualquier grado que se desee aumentando el número de niveles L
-P
P
FIGURA 3 EN LA GRÁFICA SUPERIOR VEMOS EL MUESTRE0 Y
Durante cada intervalo de muestre0 To, se transmite una muestra cuantificada, la cual toma uno de los L valores. Se pueden construir éstas, utilizando un pulso básico rectangular de amplitud N 2 y sus múltiplos ( &(N2), k(3N2) k ( 5 N 2 ) ) para formar L distintas formas de onda que se asignarán a
los
L valores que se van a transmitir. Las amplitudes de dos cualesquiera de estas formas de onda son separadas cuando menos en A para protección contra interferencia debida a ruido y a la distorsión de canal. El caso binario tiene gran importancia práctica debido a su simplicidad y facilidad de detección. Virtualmente, toda la comunicación digital hoy en día es binaria.Modems en la actualidad
Si bien existen muchas formas de conectarse a Internet, la más popular y económica es la línea telefónica. Esto implica usar un aparato denominado módem (modulador/ demodulador) que se encarga de convertir las señales digitales de la computadora en señales análogas que pueden viajar por el
cableado telefónico y viceversa. El parámetro más importante de un módem es su velocidad de conexión, medida en kilobauds por segundo (Kbps). Siendo las velocidades más comunes hoy en día 33.6 Kbps y 56 Kbps. Este número equivale a la cantidad de bits que se pueden enviar o recibir por segundo. En realidad no son iguales ambas cantidades, pues durante la comunicación es necesario ocupar algunos bits para control y verificar que
los
datos lleguen bien. El asunto se complica si se tiene en cuenta que los modems actuales comprimen los datos que manejan en tiempo real para aumentar su capacidad de transferencia.El resultado es que la velocidad a la que se conecta el módem a la computadora debe ser por lo menos dos veces mayor a la velocidad física a la que se conecta con otro de sus mismas capacidades. Por ejemplo, si un módem es de 28.8 Kbps la computadora debe conectarse a una velocidad de 57.6 Kbps para mejorar la eficiencia del proceso. Existen dos tipos principales de modems: externos e internos.
Los
primeros son dispositivos que se conectan por fuera a la computadora, porlo
general por el puerto serial (conocido también como puerto RS-232).Tienen la ventaja de ser fáciles de instalar y pueden compartirse entre varias máquinas, cuentan con luces indicadoras del estado de una conexión y consumen energía
sólo
cuando se prenden. Sin embargo, ocupan espacio en el escritorio y son un poco más caros que los modelos internos. Por otra parte existen tarjetas que permiten conectar un módem de forma interna al bus ISA o al bus PC1 de una PC. Cuentan con toda la electrónica necesaria de un puerto serial tal y como lo espera la computadora. AI ser internos no requieren una fuente de alimentación adicional, ni un empaque de plástico, lo que reduce su precio. Creative Labs ofrece tarjetas con las funciones de módem y sonido, con lo que permiten contar con servicios de telefonía digital. Los modems internos pueden ser más difíciles de configurar (hay que lidiar con números de interrupciones y direcciones de puertos), implican abrir la máquina para su instalación y no cuentan con luces indicadoras de estado.Línea telefónica
lo general a cables defectuosos en la instalación local o al aislamiento insuficiente contra posible ruido electromagnético como pueden ser motores, equipo electrónico defectuoso o maquinaria pesada. Si un recableado local o reubicación de equipo no soluciona el problema, es hora de llamar a los técnicos especializados de la compañía telefónica indicándoles con claridad que la línea no funciona bien con un módem.
56 Kbps
...
Promesas y limitacionesLa cercanía geográfica con Estados Unidos permite que ciertos avances tecnológicos entren más rápido al país. En el caso del acceso a Internet,
los
modems de 56 Kbps pueden significar un enlace de casi la misma velocidad que un ISDN (Red Digital de Servicios Integrados de 64 Kbps) a una fracción de su precio y sin necesidad de infraestructura muy sofisticada. Cuando aparecieron los de 28.8 Kbps hace casi cinco años, se mencionaba a estos como el límite de lavelocidad de la luz.
Es
decir la velocidad máxima a la que era posible conectar dos modems.En forma estricta no se ha rebasado este limite, aun los modems de 33.6 y 56 Kbps implican una reorganización de la forma en que se codifican las señales y la suposición que las líneas son de una calidad superior a la definida por los estándares de telefonía. Sin embargo, el límite está impuesto por razones técnicas que siguen siendo válidas.
Lograr 56 Kbps implica varías concesiones sobre cómo se debe transmitir una señal y el hecho que las líneas telefónicas ya no son 100% análogas además es necesario contar con enlaces de fibra óptica en la líneas telefónicas. Con el paso de los años las compañías de teléfonos han convertido la mayor parte de sus centrales a sistemas digitales, más inmunes al ruido comparados con
los
medios análogos.Esto significa que la mayor parte del recorrido de una señal es digital (vía enlaces de ese tipo o fibra óptica entre centrales) y la parte análoga
sólo
es la famosa ú/tima milla, el tramo de conexión entre la central y el teléfono local. Si se elimina una conversión digital - análoga entre la central y un proveedor de servicios con el equipo adecuado, se pueden alcanzar los mágicos 56 Kbps con menor probabilidad de errores. La necesidad de líneas de buena calidad no desaparece, pues en caso de no contarse con éstas, los nuevos modems se bajarán a velocidades de V.34(28.8 o 33.6 Kbps).No obstante, esta técnica tiene ciertos detalles. Así, si existe alguna conexión análoga en el camino (por ejemplo, una vieja central telefónica por la que deba pasar la llamada) la señal no resiste el proceso de conversión. Tampoco es compatible con técnicas de compresión de voz digital (ADPCM) o servicios de mejoramiento de voz que ofrecen algunas compañías. La conexión tampoco puede realizarse en forma directa entre dos modems de 56 Kbps, pues es necesario que un extremo del enlace sea digital. Por otra parte, los 56 Kbps no son bidireccionales. Dependiendo de la técnica usada, la velocidad a la que el módem enviará datos al proveedor puede variar entre 33.6 y 45 Kbps. Lo que limita su uso para servidores dedicados o aplicaciones bidireccionales como juegos o teleconferencia.
involucrados en el mundo de los modems y teniendo como consecuencia la existencia de los llamados winmodems que son modems internos que son compatibles con cualquier estándar de interconexión y de un precio muy barato.
Radiomodems
En las comunicaciones digitales existe una extensa área de técnicas de comunicaciones, incluyendo transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales entre dos o mas puntos de un sistema de comunicación. Para esta transmisión es necesario de un elemento físico entre el transmisor y el receptor como por ejemplo : un par de cables o un cable de fibra óptica. El radio digital es la transmisión digital de portadoras analógicas moduladas, de manera digital entre dos o mas puntos del sistema de comunicación. El medio de transmisión es el espacio libre de la Tierra.
Las comunicaciones digitales vía radio no son nada nuevo, pero exigen un requerimiento básico, el de disponer de una licencia de radioaficionado y una emisora de radio. Por esta razón constituyen un tema poco conocido. Las TNCs, por lo general, son externas y se conectan a la computadora por un puerto serie. Las comunicaciones digitales de radioaficionado se denominan, en su propio medio, Packet.
La velocidad
Existen algunas distinciones entre las comunicaciones digitales vía telefónica y vía radio esencialmente en los tipos de conexiones tanto respecto del hardware como del software que utilizan. Sin embargo, sus funciones son básicamente las mismas: convertir las señales digitales de la computadora en analógicas y a la inversa.
La principal diferencia entre ambas es la velocidad. En el módem telefónico, el límite actual de velocidad de transferencia es la calidad de la línea telefónica. En las TNCs (Terminal Note Computer), la rapidez dependerá del ancho de banda de la frecuencia en que se emita. Así, por ejemplo, la de 1200bps es una velocidad prácticamente en desuso en los modems telefónicos, mientras que es el estándar vía radio. No obstante, actualmente se están imponiendo los 9,600 bps. Las velocidades superiores a éstas se dan muy rara vez en las TNCs.
Corrección de errores
En los modems a través de la radio los mecanismos de protección contra errores en la transferencia de información son más sofisticados que en los telefónicos. Esto se debe a que en una misma línea telefónica normal sólo puede haber dos usuarios interconectados, y por lo tanto los errores casi siempre se deben a ruido en la línea. En cambio, vía radio puede haber muchos usuarios conectados en la misma frecuencia, de manera que tienen que existir unos sistemas de hardware y software que discriminen, por así decirlo, los paquetes de información destinados a un usuario determinado. Además, existen infinidad de condiciones que pueden influir en el ruido en una frecuencia, incluidas las condiciones metereológicas.
Comandos internos
internos,
lo
que se llama una PBBS, o Personal Bulletin Board System. La PBBs es parecida a una BBS telefónica, pero dedicada exclusivamente a mensajería y con un número limitado de mensajes. Se encarga de almacenar en una memoria interna del módemlos
mensajes que otros usuarios dejan, incluso cuando no esté encendida la computadora ni cargado el programa de comunicaciones.Sólo
es necesario tener en funcionamiento el equipo de radioaficionado y la TNC. Para acceder a los mensajes almacenados y realizar el mantenimiento de esta mini BBS, es necesario encender la computadora y cargar el programa de comunicaciones. Para leer dichos mensajes, el propietario del módemlo
conecta, por así decirlo, con el suyo.Software de comunicaciones
Los programas existentes para esta clase de modems son casi todos shareware o freeware, lo cual no significa que sean de baja calidad. Las diferencias con
los
programas habituales de comunicaciones vía telefónica son numerosas, dado que tanto el establecimiento de una conexión como la gestión de BBS, mensajería y transferencia de archivos es totalmente distinta. En una conexión telefónica, cuando se quiere entrar en una BBS, el programa de comunicaciones se encarga de marcar el número de teléfono indicado, generalmente mandando al módem el comando AT DT número, dependiendo de si la línea es digital o no. Vía radio no se usa el comando AT sino que existen comandos diferentes para cada función. El comando de conexión es simplemente una C seguida del indicativo del radioaficionado o BBS con la cual se quiere conectar. El indicativo sustituye al número telefónico, y está formado por una serie de letras y números que la Secretaría de Comunicaciones y Transportes adjudica al radioaficionado cuando éste obtiene la licencia.La TNC o el programa de comunicaciones manda a intervalos regulares una señal, que consiste en una serie de caracteres que indican que se trata de la frecuencia. De esta forma, otros radioaficionados que se encuentran en la misma frecuencia recibirán esta señal y sabrán qué estaciones estarán disponibles.
Los programas de Packet más conocidos son el TPK y el PYM, muy similares a primera vista a cualquier otro software de comunicaciones, pero distintos en funciones y características. El primero incorpora un potente Gestor de correo y Mensajería. El programa recibe automáticamente de las BBS que estén en frecuencia las cabeceras/títulos de
los
mensajes, de tal forma que se puedan ver marcar los que se deseen. Así, cada cierto tiempo, el programa se conectará automáticamente a la BBS, recogiendo los mensajes marcados. A esta operación se le llama Forwarding. Además, el TPK es altamente programable mediante un lenguaje propio a base de scripts y dispone de una amplia ayuda.
El PTM no incorpora funciones de correo tan amplias como el TPK, pero incluye una mini BBS, de modo que cualquier usuario se pueda conectar y dejar sus mensajes, realizar BBS y correo electrónicoEn cuanto a la transferencia de archivos,
los
protocolos no son los mismos, excepto el ASCII. Los más extendidos en las comunicaciones por radio son el YAPP y el YAPP-C. Cuando se inicia la transferencia de un archivo, la operación se puede detener y volver a continuar en cualquier otro momento. Otra característica común de casi todas las BBS vía radio es la posibilidad de entrar en lo que se llama FBB-DOS. Es como acceder al disco duro de la BBS utilizando gran cantidad de los comandos del MS-DOS relativos a discos. Se exceptúan los de carácter destructivo (Del, Format, etc.).Una cualidad que atraerá a muchos adictos a los módem es que las BBS por Packet no tienen ninguna clase de restricción o ratio a la hora de hacer downloading (cargar archivos). El primero es imprescindible para obtener la licencia de radioaficionado, con la cual se obtiene el indicativo. También es necesario disponer de un equipo de radioaficionado. Este se compone de una emisora que emita en las frecuencias establecidas para Packet. Las más comunes son 144,650 MHz para 1200 bps y 430,500 MHz para 9600. Las emisoras de la primera frecuencia son las llamadas de 2 m y las de la segunda de 70 cm (esas medidas corresponden a la longitud de onda de dichas frecuencias). Nuevamente, existe una diferencia importante respecto a un módem telefónico, ya que éste suele funcionar en un modo llamado Full-Duplex. Es decir, es capaz de enviar y recibir datos simultáneamente por la línea telefónica. En Packet, y con una emisora normal, se usa el modo Simplex, o lo que es lo mismo, no se pueden enviar o recibir datos simultáneamente. Con este modo, las prestaciones respecto al módem común se ven notablemente reducidas. Para resolver este inconveniente existen ciertas emisoras llamadas Bi-Banda, con las cuales se emite en una frecuencia y al mismo tiempo se puede recibir en otra. El equipo de radioaficionado no se reduce sólo a la emisora, también es necesaria una antena específica para la frecuencia en la que se emita y, si es necesario, un amplificador lineal.
El estándar RS-232C
El puerto RS232C, presente en todas las computadoras personales, es la forma más comúnmente usada para realizar transmisiones de datos entre computadoras que no cuenten con tarjeta de red.
El RS232C, consiste en un conector tipo Sub-D de 25 pines, tipo hembra, aunque es mas común encontrarse con el Sub-D de 9 pines, ya que es más económico incluso más difundido por ciertos periféricos (como el ratón serie de la PC). De cualquier modo nunca se emplean mas de los 9 pines en el conector DB-25. Las señales que suelen manejarse por este puerto serial son digitales de +12V ( O lógico) ó -12V (1 lógico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las señales de control. Dependiendo de la velocidad de transmisión empleada, es posible tener cables hasta de 15m de longitud entre las computadoras.
En la figura siguiente se muestra el conector DB-9 que se empleará en la interconexión de las señales generadas por la computadora y que servirán de alimentación del modem FSK
\ E 7 a g
I
O 0 0 0
Conector DB-9 con terminales
En la siguiente tabla se indica la señal que maneja de cada pin del conector DB-9
1 CD Detección de portadora
2 RXD Recepción de datos
3 TXD Transmisión de datos
4 DTR Terminal de datos lista
5 GND Terminal de tierra
6 DSR Fijación de datos lista
7 RTS Requerimiento de envío
8 CTS Borrar para envío
9 RI Indicador de llamada
Las señales TDX,DTR y RTS son de salida mientras que RXD, DSR, CTS y CD son de entrada.
El puerto serial
La computadora controla el puerto serial mediante un circuito integrado específico, llamado UART (Transmisor-Receptor Asíncrono Universal). Normalmente se utilizan los siguientes modelos de este chip: 8250 (bastante antiguo, solamente alcanza hasta 9600 baudios), 16450 (versión corregida del 8250, llega hasta 1 15200 baudios) y 16450 (versión corregida del 8250, llega hasta 11 5200 baudios) y 16550 (con buffer de E/S).
Debemos tomar en cuenta que en los sistemas operativos militares, es necesario tener una UART 16550A a o superior para sobrepasar los 9600 baudios sin que se produzcan pérdidas ocasionales de caracteres.
Para controlar el puerto serial, la PC emplea direcciones de puertos E/S y líneas de interrupción (IRQ). Para el AT-286 se escogieron las direcciones 3F8H ó (Ox3F8) e IRQ4 4 para el puerto COMI (puerto de comunicaciones serial I ) , 2F8H e IRQ 3 para el COMZ. El estándar para la PC hasta aquí llega, por
lo
que añadir más puertos seriales, se puede escoger las direcciones 3E8 y 2E8 para el COM3 y COM4, pero las IRQ no están especificadas. Cada usuario debe elegirlas con respecto a la disponibilidad de su PC en cuanto a las IRQ. Una IRQ puede estar compartida por un puerto serial, siempre y cuando no se utilicen simultáneamente.Requisitos
Son necesarios ciertos requisitos para poner una estación de Packet. Lo primero es obtener la licencia de radioaficionado, con la cual se obtiene el indicativo. Para ello hay que presentar exámenes en la Escuela Oficial de Telecomunicaciones. Para aprobar estas pruebas basta con saber un poco de electricidad, electrónica y de temas relacionados con la radiofrecuencia así como conocer la legislación vigente sobre radioafición.
Alcance
funcionamiento es similar al de los repetidores de televisión: los datos son enviados en una determinada frecuencia hacia un repetidor, el cual a su vez reenvía la señal a un nuevo repetidor o estación.
Modelos
de TNCsExisten varios modelos de modems vía radio. Las dos casas más conocidas en la fabricación de estos aparatos son Kantronics, con sus modelos KAM (Kantronics All Mode) y MFS. Las diferencias entre ambas no son muchas, ya que las dos tienen una velocidad de 1,200 bps. La KAM ofrece la posibilidad de codificar/decodificar morse, y posee unos comandos internos y PBBs algo mejores que la MFS. Esta última tiene como características destacables la posibilidad de añadir módulos de ampliación de velocidad hasta los 9,600 bps y la de recibir JVFAX (FAX vía radio). Algunas de estas características demuestran que las TNCs no
sólo
sirven para las comunicaciones digitales habituales, sino también como codificadores/decodificadores de otras modalidades de radio-emisión, como pueden ser el morse, radio teletipos y recepción de imágenes enviadas por satélites.
Aunque más lento, un módem vía radio supone el ahorro del costo del servicio telefónico. Además, si una persona vive en un punto al que nunca llegaría la línea telefónica, podría conectarse digitalmente con otras partes del mundo a través de la radio.
A continuación se muestra el diagrama a bloques del sistema de comunicación llamado Radio- Modem y que fue desarrollado
a
Io largo del Proyecto de Ingeniería Electrónica I y IIAntena
Breve descripción del RadioModem
+
Fuente analógica .- De aquí saldrá la información que será transmitida.+
Módem .- Será la circuitería encargada de realizar de la conversión analógica-digital y digital-analógica de la información a enviar. La velocidad de procesamiento de la información será de 300 bps.DESARROLLO
INTRODUCCION
La nota de la aplicación describe la construcción de un sistema del módem simple que usa la conmutación de desplazamiento en frecuencia, FSK, para la transmisión serial de los datos. El sistema utiliza los circuitos integrados XR-2206 como un modulador, el XR-2211 como un demodulador y un amplificador XR-4136 como un filtro pasabandas. Estos tres IC's constituyen un funcionamiento completo de 300 baudios, en comunicación full-duplex de un módem de FSK.
DESCRIPCION GENERAL
La figura 1 muestra el diagrama a bloques de un sistema de FSK. El sistema completo se comprende de un módem respuesta y un módem origen. El módem de respuesta convertirá
los
datos de la entrada a 1070 Hz
