Contenido
- 1 ¿Qué es la radio?
- 2 ¿Qué es una onda?
- 3 Modulaciones Analógicas y Modulaciones Digitales
- 3.1 Modulaciones Analógicas
- 3.2 Modulaciones Digitales
- 3.2.1 PSK (Modulación por Desplazamiento de Fase – Phase Shift Keying)
- 3.2.2 FSK (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia – Frequency Shift Keying)
- 3.2.3 QAM (Modulación por Amplitud en Cuadratura – Quadrature Amplitude Modulation)
- 3.2.4 ASK (Modulación por Desplazamiento de Amplitud – Amplitude Shift Keying)
El pasado 28 de abril, a las 12:33 (CEST), se produjo lo que muchos definieron como imposible. Ocurrió un gran apagón a nivel nacional en España, dejando a millones de personas sin luz durante más de 8 horas en muchos casos. Esto es lo que se conoce como «cero energético», causado por un fallo en la red que desconectó todo el sistema.
Debido a la cantidad de horas sin luz, los sistemas comenzaron a fallar conforme pasaba el tiempo, entre ellos el internet y la telefonía móvil. Esto dejó completamente inservible esta tecnología al final de la tarde. Incluso con fuentes de energía alternativas, como placas fotovoltaicas, generadores y baterías, al no tener electricidad las antenas de móviles y quedarse sin batería los nodos de fibra óptica, la comunicación se volvió prácticamente imposible.
Como soy una persona que no le gusta depender del sistema, comencé mi búsqueda sobre cómo solucionar este problema en caso de que vuelva a ocurrir un suceso así. Mi sorpresa fue que esa tecnología ya existía desde 1895, cuando Marconi inventó la radio. Sí, como lo oyes, en un mundo cada vez más digital, con más cables de fibra y menos cobre, los que lograron no perder las comunicaciones fueron los radioaficionados.
Con esta información, comencé a informarme en grupos y sitios web sobre cómo funcionaba esto de la radioafición. Como dato, muchos de estos radioaficionados también son «preppers» o preparacionistas, personas que no quieren confiar en el sistema o que saben que en algún momento puede fallar y desean estar preparados para estas situaciones. Estos preparacionistas se preparan para todo tipo de situaciones, ya sean apagones, catástrofes naturales o escenarios en los que no estamos normalmente preparados. En una época en la que dependemos cada vez más de las tecnologías, como la luz, el transporte, etc., estos «preppers» se preparan para cuando las cosas fallan.
En estos artículos, me voy a centrar en el apartado de las comunicaciones. La idea es dejar documentada toda la información que he ido encontrando y ordenarla, por si alguien la necesita, de forma clara y concisa. Puesto que el mundo de las comunicaciones es muy amplio y toda la información que encuentro está de forma dispersa, estos artículos asumen que ya cuentas con una base de conocimientos sobre el tema. Por eso, quiero dejar estos artículos como una guía de iniciación. Todo lo que voy a explicar será de la forma más simple y reducida al mínimo. Si tienes alguna duda o quieres saber más sobre un tema, te aconsejo que busques en Google o le preguntes a ChatGPT.
Dicho esto, comenzamos. Empezamos por el principio de la radio.
¿Qué es la radio?
La radio es un medio de comunicación que transmite señales de audio a través de ondas electromagnéticas. Estas ondas pueden viajar por el aire y ser captadas por radios receptoras. Simplificando, es una forma de enviar y recibir sonidos a distancia sin cables, usando el aire como medio de propagación.
Una onda electromagnética es una forma de energía que viaja por el aire (o el espacio) como si fuera una señal invisible. Esto se produce cuando se mueve una carga eléctrica (como un electrón). Cuando eso pasa, se crea un campo eléctrico y un campo magnético, y eso genera una onda que se puede mover por el espacio.
¿Qué es una onda?
Una onda es un movimiento que se propaga y transporta energía de un lugar a otro. Te pongo un ejemplo: imagina que tiras una piedra al agua. Cuando esto ocurre, ves cómo se forman círculos que se alejan de la zona donde ha caído esa piedra. Eso es una onda. El agua no se va con la onda, solo se mueve un poquito para que la energía pase por ahí. De la misma forma ocurre con las ondas de radio.
Los tipos de ondas más comunes son: ondas en el agua, ondas de sonido (como cuando alguien habla y tú escuchas), y las ondas de luz y radio (estas son ondas electromagnéticas que viajan sin necesidad de agua ni aire).
Propiedades de una onda
Ahora necesitamos entender más en profundidad las propiedades de las ondas, puesto que, dependiendo de estas propiedades, se clasifican las ondas.
Longitud de onda (λ)
La longitud de una onda es la distancia entre dos crestas (o dos valles) consecutivas de una onda. Imagínatelo como la «longitud» de una «ola» en el mar.
Se mide en metros (m) y su símbolo es λ (letra griega lambda).
Frecuencia (f)
La frecuencia es cuántas ondas pasan por un punto en un segundo. Por ejemplo, si pasan 10 ondas en un segundo, la frecuencia es de 10 Hz (hertzios).
Se mide en hertzios (Hz), donde 1 Hz = 1 onda por segundo. Si tenemos una frecuencia alta, las ondas están más cercanas entre sí, lo que significa que tienen una menor longitud de onda.
Otra cosa a tener en cuenta sobre la frecuencia es que, cuanto más baja es la frecuencia, mayor es la longitud de onda. En cuanto a la distancia que viajan las ondas, todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío (la velocidad de la luz), independientemente de su frecuencia.
A mayor frecuencia (Hz), más ondas pasan por segundo, lo que permite enviar más información, ya que se transmiten más ondas en menos tiempo, incrementando la cantidad de datos que se pueden recibir.
Amplitud
La amplitud de una onda es el tamaño de la onda, es decir, qué tan alta es la «ola». En el sonido, una mayor amplitud equivale a un mayor volumen.
Otra propiedad importante es que, a mayor amplitud, más energía transporta la onda. Es decir, a mayor potencia que emite la antena, más lejos puede llegar la onda, ya que la antena inserta más amplitud en la onda, lo que permite que viaje más lejos.
Período (T)
El período es el tiempo que tarda una sola onda en pasar. Si una onda pasa cada 0,5 segundos, decimos que su período es de 0,5 s.
Velocidad de propagación (v)
La velocidad de propagación es la velocidad con la que se mueve la onda. Esto depende del medio por el que se transmite (aire, agua o vacío). En nuestro caso, que es la radio, siempre será el aire, lo que equivale a la velocidad de la luz.
Su fórmula es v = λ × f (velocidad = longitud de onda × frecuencia) y se mide en m/s (metros por segundo).
Fase de una onda
La fase de una onda se refiere a la posición de la onda dentro de su ciclo en un momento determinado. Una onda completa tiene dos partes principales: cresta (el punto más alto) y valle (el punto más bajo). Este tipo de codificación por fase es más utilizado en radios digitales, lo que permite transmitir información de manera eficiente utilizando las variaciones de fase de la onda portadora.
Después de haber comprendido las propiedades fundamentales de una onda, es crucial entender cómo estas propiedades interactúan cuando las ondas se agrupan para formar señales más complejas. Estas señales, que usamos en la radio y otras tecnologías de comunicación, dependen de varios otros factores para transmitir información de manera eficiente y sin interferencias.
Uno de los aspectos clave que vamos a explorar ahora es cómo las ondas se manejan en términos de ancho de banda, modulación, transmisión y recepción, y otros conceptos que permiten que la radio funcione correctamente.
Ancho de banda
El ancho de banda es la cantidad de frecuencias que puede usar una señal. Es como el «espacio» disponible para transmitir información en la frecuencia seleccionada. Esto se mide en hertzios (Hz). Cuanto mayor es el ancho de banda, más información puede enviarse más rápido.
En la imagen inferior se muestra el ancho de banda de tres canales en una transmisión de FM comercial. La portadora se encuentra centrada en el dial de la emisora, con una variación de frecuencia de 75 kHz por encima y por debajo de la frecuencia central de 91,9 MHz.
Para evitar interferencias con canales cercanos, se reservan 25 kHz a cada lado de la banda como espacio de guarda.
Modulación
La modulación es la forma en que se «mezcla» la información (como la voz o la música) con una onda para que pueda viajar por el aire. Sin modulación, la onda no puede llevar información útil. Para ello, se utiliza lo que se llama la frecuencia portadora.
Frecuencia portadora
La frecuencia portadora es la frecuencia base (como 101.5 MHz) en la que se «monta» la información que se quiere transmitir. Esta frecuencia base se modula (en amplitud, frecuencia o fase) para transportar la información. El ancho de banda de la frecuencia portadora está definido por la técnica de modulación utilizada y la cantidad de información que se desea transmitir.
Transmisor
El transmisor es el aparato que genera y envía la señal de radio. Convierte el sonido en ondas electromagnéticas que viajan por el aire.
Antena
La antena es el dispositivo que emite o recibe las ondas de radio. Existen muchos tipos de antenas, y su tamaño depende de la frecuencia que utilizan. Para que una antena pueda ser captada correctamente, su dimensión debe estar relacionada con la longitud de onda de la señal. En el caso de las antenas más comunes, como las dipolo, la longitud de la antena es típicamente la mitad de la longitud de onda. Esto significa que, si la onda tiene una λ = 3 m, la antena debe tener aproximadamente 1.5 metros de longitud para funcionar correctamente.
Receptor
El receptor es el dispositivo que recibe la señal, la detecta y la convierte en un nuevo sonido.
Interferencia
La interferencia ocurre cuando dos señales se cruzan o cuando hay mucho «ruido», lo que puede afectar la calidad de la señal. Por eso, cada estación de radio tiene su propio espacio en el espectro.
Espectro electromagnético
El espectro electromagnético es como una «autopista» de frecuencias. La radio ocupa solo una parte de este espectro. Otras partes son utilizadas por la televisión, los rayos X, el wifi, entre otros.
| Rango de Frecuencia (Hz) | Ancho de Banda (Hz) | Uso |
|---|---|---|
| 3 kHz – 30 kHz | 3 kHz | Radiocomunicaciones de baja frecuencia, como la transmisión de radio de ondas largas (LF) |
| 30 kHz – 300 kHz | 270 kHz | Radio de onda media (AM), radio marino, comunicaciones militares |
| 300 kHz – 3 MHz | 2.7 MHz | Radiocomunicaciones en distancias medias, radioaficionados (HF) |
| 3 MHz – 30 MHz | 27 MHz | Radio de onda corta (SW), comunicaciones internacionales y radioaficionados |
| 30 MHz – 300 MHz | 270 MHz | Radio FM (88 MHz – 108 MHz), comunicaciones por satélite, TV (VHF), radioaficionados (VHF y UHF) |
| 300 MHz – 3 GHz | 2.7 GHz | TV (UHF), comunicaciones móviles (3G, 4G), Wi-Fi, microondas |
| 3 GHz – 30 GHz | 27 GHz | Comunicaciones por microondas, radar, satélites de comunicaciones, Wi-Fi (5 GHz) |
| 30 GHz – 300 GHz | 270 GHz | Comunicaciones satelitales, sistemas de radar avanzado |
| 300 GHz – 3 THz | 2.7 THz | Comunicaciones ópticas, líneas de transmisión óptica, tecnologías futuras como 6G |
Modulaciones Analógicas y Modulaciones Digitales
Como ya hemos comentado, las ondas son naturales y continuas por sí mismas, lo que las hace analógicas en su forma básica. Una onda es una perturbación que viaja a través de un medio (aire o agua) o a través del espacio, y sus características, como la amplitud, frecuencia y fase, pueden cambiar de manera continua. Estas variaciones hacen que las ondas sean analógicas por naturaleza, ya que pueden tomar un rango infinito de valores a lo largo del tiempo.
Aunque las ondas en sí son analógicas, la información que transmitimos (como la voz, los datos o las imágenes) puede representarse digitalmente. La modulación digital implica transformar la señal analógica (la onda portadora) para que represente datos binarios (1s y 0s).
Modulaciones Analógicas
La modulación analógica es el proceso en el que una onda portadora se modifica de manera continua para transportar una señal de información. Los tres tipos principales de modulación analógica son: AM (Modulación de Amplitud), FM (Modulación de Frecuencia) y PM (Modulación de Fase).
Modulación de Amplitud – AM
En la modulación AM, la amplitud de la onda portadora varía de acuerdo con la señal de información. La frecuencia y la fase de la onda permanecen constantes, pero la amplitud cambia en función de la señal de audio que estamos transmitiendo. Se utiliza principalmente en la radio AM para la transmisión de noticias y programas hablados. La AM es fácil de implementar y tiene un alcance más largo en distancias medias. Pero sus desventajas es que es más sensible al ruido y a las interferencias lo que afecta a la calidad de la señal.
Modulación de Frencuencia – FM
En la modulación FM, la frecuencia de la onda portadora varía según la señal de información. La amplitud de la onda permanece constante, y la fase también permanece constante, pero la frecuencia de la onda cambia de acuerdo con la información transmitida. Se utiliza principalmente en la radio FM para la transmisión de música y comunicaciones de alta calidad. La FM ofrece una mejor calidad de sonido que la AM, con mayor resistencia al ruido y a las interferencias. Pero su desventaja principal es el alcance, que es más limitado que en AM, especialmente en zonas montañosas o áreas con muchos edificios. Para solucionar esto, se suelen añadir repetidores.
Modulación de Fase – PM
En la modulación de fase (PM), la fase de la onda portadora se ajusta según la señal de información. Esto significa que la posición de la onda varía en el tiempo en función de la señal que estamos transmitiendo. Es menos común en transmisiones comerciales, pero se usa en comunicaciones digitales y en radiofrecuencias muy altas.
Modulaciones Digitales
Las modulaciones digitales son técnicas utilizadas para transmitir información digital (compuesta por 1s y 0s, es decir, bits) a través de una onda portadora. A diferencia de las modulaciones analógicas (como AM y FM), donde se modula una característica continua de la onda (amplitud, frecuencia o fase), en la modulación digital la onda portadora se ajusta para representar información binaria (1s y 0s).
Las ventajas de las modulaciones digitales sobre las analógicas son:
- Mayor eficiencia en el uso del espectro.
- Mayor resistencia al ruido y las interferencias, lo que mejora la calidad de la señal.
- La capacidad de transmitir datos de manera mas efectiva (imagen, video..), no solo voz o música
- Mayor velocidad de transmisión de datos.
Los tipos más comunes son:
PSK (Modulación por Desplazamiento de Fase – Phase Shift Keying)
En PSK, la fase de la onda portadora cambia para representar los datos binarios. Un cambio en la fase de la onda corresponde a un bit de información.
FSK (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia – Frequency Shift Keying)
En FSK, la frecuencia de la onda portadora varía para representar los datos binarios. Una frecuencia corresponde a un 1 y otra a un 0.
QAM (Modulación por Amplitud en Cuadratura – Quadrature Amplitude Modulation)
QAM combina variaciones de amplitud y fase en la onda portadora para representar los datos. Esto permite que más bits sean transmitidos por símbolo. En lugar de solo cambiar la amplitud o la fase, ambas se combinan para codificar información.
ASK (Modulación por Desplazamiento de Amplitud – Amplitude Shift Keying)
En ASK, la amplitud de la onda portadora cambia para representar los datos binarios. Un nivel de amplitud corresponde a un 1, y otro nivel a un 0.
Bueno, creo que con esta teoría ya tenemos material suficiente. Con esto asentamos las bases para los siguientes artículos, donde profundizaremos en el cacharreo y la terminología más específica de la radioafición. Sin embargo, como todo, antes de hablar de canales, frecuencias o dispositivos, considero que es fundamental tener unas bases sólidas para poder comprender mejor los conceptos.
Espero que te haya sido útil. Nos vemos en el próximo post.