Telecomunicaciones (I) Historia y Conceptos Básicos Dr. Luis F. Rodríguez Centro de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM 10 de marzo del 2008 (II) Aplicaciones Prácticas Dra. Amanda O. Gómez González Secretaría de Salud 24 de marzo del 2008

Telecomunicaciones (I) Definición Historia de las Telecomunicaciones El Espectro Electromagnético La Opacidad de la Atmósfera La Región de Ondas de Radio Asignación del Espectro Electromagnético a Usuarios Uso Radioastronómico Conclusiones

Telecomunicaciones (I) Definición: La telecomunicación (del prefijo griego tele, "Distancia" o "Lejos","comunicación a distancia") es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el atributo típico adicional de ser bidireccional. El término telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, incluyendo radio, telegrafía, televisión, telefonía, transmisión de datos e interconexión de computadoras. Comisión Federal de Telecomunicaciones

Telecomunicaciones (I) Otra definición: La telecomunicación es toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, escritos, imágenes, sonidos o informaciones de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos. Comisión Federal de Telecomunicaciones

Telecomunicaciones (I) Ejemplos de telecomunicaciones: El teléfono común o bien el celular, las estaciones de radio y televisión, el internet, el correo electrónico, la radioastronomía… Ejemplos de cosas que NO son telecomunicaciones: le grito a mi vecino desde mi casa, el repartidor de pizzas me trae una a la casa, las palomas mensajeras…

¿“Alámbrico” o “Inalámbrico”? Esta transmisión de ondas electromagnéticas puede ocurrir por un medio como alambre, cable coaxial, fibra óptica, etc. (transmisión “alámbrica”) o bien a través del espacio (transmisión “inalámbrica”). Uno espera que haya más problemas legales en la transmisión “inalámbrica”, puesto que el espacio, en principio, pertenece a todos.

Lo “Alámbrico” fué primero Samuel Morse (1791-1872) patenta en 1849 el telégrafo.

Lo “Alámbrico” fué primero Alexander Graham-Bell (1847-1922) patenta en 1876 la invención del teléfono. En 1877 crea la Bell Telephone Company para comercializar su invento.

Para lograr una comunicación inalámbrica hacía falta entender mejor la ciencia de las ondas electromagnéticas…

Electricidad y Magnetismo Magnetismo: producido por electrones en movimiento Electricidad: producida por electrones en reposo

El Espectro Electromagnético Maxwell (1831-1879) unifica las fuerzas eléctrica y magnética => el campo electromagnético.

Producción de Ondas de Radio Hertz (1857-1894) produce ondas de radio y comprueba que, como la luz, es una onda electromagnética.

¿Sería esto de alguna utilidad? En 1888 en Berlín, Hertz transmitió y detectó por primera vez ondas de radio. Demostró que: 1) las ondas de radio se mueven a la velocidad de la luz, y 2) era posible lograr que los campos eléctricos y magnéticos se desprendieran de los alambres y viajaran libremente por el espacio. Uno de sus estudiantes le preguntó sobre el uso práctico de su descubrimiento. Hertz contestó: “No sirve para nada. Es sólo un experimento que prueba que Maxwell, el maestro, estaba en lo correcto. Simplemente tenemos estas misteriosas ondas electromagnéticas que no podemos ver con el ojo. Pero ahí están."

Esta estampilla conmemora como las predicciones de Maxwell fueron comprobadas por Hertz.

El Uso Práctico Marconi (1874-1937) transmite y detecta ondas de radio a distancias (1.5 km y luego mucho más) que inician el uso comercial de las ondas de radio.

¿Marconi o Tesla? Modernamente, se cree que fue el enigmático Tesla quien transmitió y detectó ondas de radio a grandes distancias primero. Pero Marconi fue quien inició su comercialización (creó la Marconi Company).

Tesla fué el primero en patentar dispositivos transmisores y receptores de ondas de radio en 1900. Pero en 1904, por razones comerciales, la Oficina de Patentes de EUA revertió su decisión original y le confirió a Marconi una patente para la invención de la radio.

¿Marconi o Tesla? En 1943, la Suprema Corte de Justicia de los EUA, revirtió la decisión de la Oficina de Patentes y decidió: “La reputación de Marconi como el primero en lograr exitosamente transmisiones de radio se basa en su patente original (No. 11,913), y no cuestionamos esto acá. Esta reputación, sin embargo, no lo acredita para patentar cada mejora posterior en el campo de la radio. Los casos de patente deben de decidirse no por la reputación de los litigantes, sino por el estudio cuidadoso de las respectivas presentaciones y pruebas”. En realidad, la situación estaba influenciada por la Segunda Guerra Mundial.

Nikola Tesla (1856-1943) El verdadero Tesla David Bowie como Tesla en la película “El Truco” El verdadero Tesla

Anatomía de una onda La Ola Mexicana

Anatomía de una onda Frecuencia: número de “picos” que pasan por segundo (se da en Hertz)

La frecuencia define al transmisor Radio AM (amplitud modulada) va de 520 kHz a 1,710 kHz Radio FM (frecuencia modulada) va de 87.5 a 108.0 MHz

Radio AM y Radio FM Una comparación entre estas dos “bandas” nos permite entender muchas cosas. ¿Porqué se oye mejor el FM que el AM? No sólo la técnica de modulación es superior, sino que en FM hay más “ancho de banda” disponible, 1.19 MHZ en AM versus 20.5 MHz en FM, o sea FM tiene un ancho total aproximadamente 20 veces mayor que el AM. Esto permite darle sólo 10 kHz de ancho de banda a las estaciones de AM, mientras que se le dan 200 kHz de ancho de banda a las estaciones de FM. A MAYOR ANCHO DE BANDA MAS INFORMACION POR SEGUNDO.

Ancho de Banda Uno de los conceptos más fundamentales de las telecomunicaciones. A mayor ancho de banda, mayor cantidad de datos podemos transmitir por segundo. Entonces, ¿porqué se oye mejor el FM que el AM? Porque las estaciones de AM, con sólo 10 kHz de ancho de banda, no pueden transmitir todas las componentes de frecuencia de la música y tienen que “cortar” las frecuencias más altas del rango de audición humana (que va de 15 Hz a 20 kHz) para que su señal “quepa” en los 10 kHz. En contraste, las estaciones de FM no tienen que hacer este sacrificio (la música se oye “mejor”). Obviamente, si queremos transmitir audio más video, necesitamos un mayor ancho de banda y por esto las estaciones de TV tienen asignado 6,000 kHz, 30 veces lo que una estación de FM y 600 veces lo que una estación de AM.

Más sobre Radio AM y Radio FM Las ondas electromagnéticas de radio AM rebotan en la ionósfera y en la superficie terrestre, llegando muy lejos. En contrasten el radio FM escapa al espacio y sólo se le capta de estaciones locales. En consecuencia, podemos asignarle la misma frecuencia a dos estaciones FM en distintas ciudades porque no se van a interferir.

El Inventor de la Radio FM Edwin Howard Armstrong (1890 – 1954). Inventor de varias cosas relevantes (por ejemplo, el circuito regenerativo). Desesperado por sus batallas legales sobre patentes con la RCA, se suicidó en 1954, arrojándose del piso 13 del edificio donde estaba su departamento.

Los Armstrong en épocas más felices Edwin y Marion Armstrong con el primer radio “portátil” en 1923, el regalo de bodas de él a ella.

Los Armstrong en épocas más felices En 1967 la Suprema Corte de Justicia de EUA le da la razón a su viuda, quien queda millonaria. Edwin y Marion Armstrong con el primer radio “portátil” en 1923, el regalo de bodas de él a ella.

También en México… Guillermo González Camarena (1917-1965) patenta en EUA un sistema de televisión a color.

El Espectro Electromagnético Rayos g Rayos X UV Visible Infrarrojo Radio Pero, el espectro electromagnético es mucho más que la región de radio: ¿porqué preferir la región de radio?

El Espectro Electromagnético Conforme nos movemos a las altas frecuencias, hay más ancho de banda disponible…

Pero… Las ondas de radio son fáciles y baratas de transmitir y recibir. Las ondas de frecuencia más altas (por ejemplo, los rayos X) son peligrosas para la vida. En realidad, en la actualidad ya se usan otras bandas, como la luz en las fibras ópticas.

Los muchos usos de la ventana de radio La ventana de radio va de 3 MHz (3,000,000 Hertz) a 300 GHz (300,000,000,000 Hertz.

Los muchos usos de la ventana de radio

Los muchos usos de la ventana de radio Algunas regiones del espectro están compartidas por dos o más usuarios.

Los radioastrónomos también somos usuarios de las telecomunicaciones…

La misma tecnología Trayecto señal:

Infrarrojo Ultravioleta

Rayos g Rayos X UV Visible Infrarrojo Radio

¿Porqué estudiar astronómicamente todo el espectro electromagnético? Porqué hay objetos que solo emiten uno de los tipos de onda. Aún los que emiten luz y otro tipo de onda, se pueden ver muy distintos, por ejemplo, en ondas de radio…

RADIO

VISIBLE

Karl Jansky c. 1932 Trabajaba para la Companía de Teléfonos Bell

Primer uso de una parábola para captar ondas de radio Grote Reber (1911-2002) W9GFZ

A principios de los 1960´s Arno Penzias y Robert Wilson son contratados por la Companía de Teléfonos Bell para estudiar las telecomunicaciones vía satélite.

Penzias y Wilson descubren accidentalmente la radiación cósmica de fondo, una energía fósil que llena el espacio y que proviene de cuando el Universo era muy joven. Este descubrimiento confirma la teoría de la Gran Explosión y reciben el Premio Nóbel de Física de 1978.

Formación del pulsar binario

¿No les basta con que les demos una sola frecuencia? No, hay distintos procesos que emiten a frecuencias específicas y que tienen que ser observados a dicha frecuencia.

¿No les basta con que les demos una sola frecuencia? Las señales naturales que captamos son debilísimas (10-12) en comparación con las producidas por los seres humanos y su interferencia nos puede arruinar una observación.

México pronto contará con un radiotelescopio… El Gran Telescopio Milimétrico, propiedad del INAOE.

¿Quién decide la asignación de frecuencias? La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) en sus Congresos Mundiales de Radiocomunicación (WRC), cada 3 o 4 años. México participa a través de la SCT y lleva las preocupaciones de los radioastrónomos mexicanos.

¿Y qué fue de la Companía de Teléfonos Bell? Fundada en 1877 por Graham Bell, el inventor del teléfono. En 1925 crean los Laboratorios Bell, en los que se realizarían las investigaciones de Jansky (el padre de la radioastronomía) y de Penzias y Wilson (descubridores de la radiación cósmica de fondo), así como de un total de siete Premios Nóbel. En su apogeo, empleaban a más de un millón de personas. Pero…

¿Y qué fue de la Companía de Teléfonos Bell? A través del tiempo, se habían convertido en un claro monopolio que controlaba la telefonía y las telecomunicaciones en EUA. En 1984 el Departamento de Justicia de EUA desmiembra a la Companía, partiéndola en 7 companías pequeñas.

Gracias por su atención Luis F. Rodríguez l.rodriguez@astrosmo.unam.mx http://www.astrosmo.unam.mx