Las características de una señal
Si la operación de un transductor, por ejemplo un micrófono, fuese visible, venarnos lo que parece ser una serie de ondas viajando a través de la línea que está conectada al micrófono. La secuencia de ondas, la representación eléctrica de la voz de la persona, tiene un cierto número de características distintivas. Dos de ellas pertinentes a nuestra discusión son la amplitud y \a frecuencia.
La amplitud es la altura de una onda y, en nuestro ejemplo, corresponde a la fuerza o volumen de la señal de la voz de la persona. La frecuencia, la altura de la voz, puede definirse como el número de ondas que atraviesan un punto específico en un segundo. Si una sola onda pasase por ese punto en un segundo, se diría que la señal tiene una frecuencia de un ciclo por segundo (cps). Si mil ondas pasan por el mismo punto en un segundo, la frecuencia de la señal es de 1.000 cps.
La frecuencia de la señal, los cps, se expresan usualmente en Hertz (Hz), en honor a Heinrich Hertz, uno de los pioneros cuyo trabajo hizo posible que podamos usar el espectro electromagnético, una piedra basal de nuestro sistema de comunicación. Por lo tanto, una frecuencia de 10 cps se escribe como .10 Hz; las frecuencias más altas se expresan en kilohertz (kHz), para cada mil ciclos por segundo, megahertz (MHz), para cada millón de ciclos por segundo, y gigaherz (GHz), para cada mil millones de ciclos por segundo.
La señal analógica
Ta como lo enuncia Simón Haykin erí su libro Communico.tion Systems, "Las señales analógicas surgen cuando una forma de onda física, tal como una onda acústica o lumínica, se convierte en una señal eléctrica",3 Muchos dispositivos de comunicaciones, tales como teléfonos, cámaras de vídeo y micrófonos, son dispositivos analógicos que crean y procesan señales analógicas.
La señal es un "análogo" (analógica), esto es, representa! . de las ondas de sonido originales. Cuando las ondas de sonido cambian, también lo hacen las características de la señal en una forma correlativa.
La señal digital
Una señal digital es "un flujo no continuo de pulsos de encendido/apagado (on/off). Una señal digital representa la información mediante un código que consiste en la secuencia de estados discretos encendido o apagado".
Un sistema digital utiliza una secuencia de números para representar la información, y a diferencia de una señal analógica, una señal digital no es continua.
El espectro electromagnético
El espectro electromagnético es toda la colección de frecuencias de la radiación electromagnética, que van desde las ondas de radio y los rayos X a las ondas cósmicas. La luz infrarroja y el espectro visible, las ondas de radio y las microondas son todos elementos y formas bien conocidas de la energía electromagnética que componen el espectro electromagnético.
No podemos usar todo el espectro para los propósitos de la comunicación, y las porciones que están disponibles están divididas nacional e internacionalmente. En los Estados Unidos, las asignaciones son controladas por la National Telecommunications and Information Administration (NTIA) [Administración Nacional de las Telecomunicaciones y la Información] y la Federal Communications Commission (FCC) [Comisión Federal de Comunicaciones] para las cuestiones gubernamentales y no gubernamentales respectivamente.
De hecho, cuando en 1991 se abrió a los servicios de comunicación móvil una pequeña porción del espectro, la FCC recibió aproximadamente 100.000 solicitudes para este espacio en un período de tres semanas.
El ancho de banda
Para los propósitos de nuestra exposición, el ancho de banda de un canal de comunicaciones, su capacidad, determina el espectro de frecuencias y, para todo propósito, las categorías y volumen de la información que el canal puede acomodar en un período de tiempo dado.
Existe una relación entre la frecuencia de una señal y su capacidad de transmisión de información. A medida que la frecuencia aumenta, también lo hace su capacidad para contener información. La señal debe transmitirse a través de un canal lo suficientemente ancho como para acomodar el mayor volumen de información posible.
Una señal de emisión televisiva, por ejemplo, tiene un requerimiento de ancho de banda más elevado que una señal de radio o de teléfono debido a su mayor contenido de información (por unidad de tiempo). Por consiguiente, bajo condiciones operativas normales, una línea telefónica de frecuencia vocal no puede transportar una señal de televisión convencional.
Cuando se analiza el ruido en relación con los sistemas de comunicaciones, se encontrará con frecuencia el término relación de señal a ruido. La relación de señal a ruido es una relación de potencia, la del poder o fuerza de la señal versus la del ruido. Para que la información sea transmitida en forma exitosa, el sonido no debe exceder un cierto nivel. Si lo hace, el ruido perturbará el intercambio en una magnitud que depende de su fuerza, y tendrá un impacto directo sobre la calidad y capacidad de transmisión de los canales de comunicaciones.
La PCM es un método de codificación por el cual una señal digital, una señal digital.10 La información de la PCM consiste de dos estados, presencia o ausencia de un imputeo, lo que también puede expresarse como "on" [encendido] o 1 y "off" [apagado] o 0.
Cuando la señal analógica se digitaliza, se toman muestras a intervalos específicos de tiempo. En lugar de convertir toda la señal analógica en un formato digital, se toma una muestra o segmento, y sólo partes específicas de la señal se examinan y convierten por medio de este procedimiento. Sin embargo, se toman bastantes muestras como para obtener una representación suficientemente precisa de la señal original.
Las muestras se comparan entonces, para propósitos de ilustración, con una escala prefijada compuesta por un número finito de pasos. Los pasos representan diferentes valores o amplitudes que la señal analógica original podría adoptar, Cada muestra se asigna, en cierto sentido, al paso que se ajusta o está más cercano a la amplitud de la muestra. Cada paso, a su vez, corresponde a una palabra única compuesta por dígitos binarios (por ejemplo, 11 o 01).
Una muestra se codifica y representa, entonces, mediante la palabra apropiada. La palabra puede transmitirse como pulsos de "encendido" o "apagado", y cuando la información alcanza el final de la línea de transmisión, es detectada por el receptor. En última instancia, se transmitió un valor que corresponde a la señal analógica original en el punto de muestreo, ya que la palabra representa una cantidad conocida. (Para detalles más específicos véanse los libros y artículos citados al final de este capítulo.12)
Finalmente, para el propósito de nuestra discusión, la señal analógica se convierte a un formato digital mediante un conversar analógico a digital (ADC). Una vez que la información codificada se transmite, puede reconvertirse en la señal analógica original mediante un conversar digital a analógico (DAC) que hace que la señal sea nuevamente compatible con los equipos y sistemas analógicos. Por ende, los ADC y DAC actúan como puentes entre los mundos analógico y digital.
El código Morse funciona de un modo similar: la información, un mensaje, se codifica, en este caso como una serie de puntos y rayas. Después de su transmisión, un operador puede reconstruir el mensaje original, ya que el código representa un valor conocido.
Los pasos
En muchos sistemas de comunicación, cuando se digitaliza la señal analógica, se la codifica por lo general en palabras de siete u ocho bits. Existe una relación directa entre el número de bits en una palabra y el número de pasos: a medida que se agregan bits, el número de pasos que puede representar la señal analógica aumenta proporcionalmente.
Si se usa un código de ocho bits por palabra, pueden representarse esencialmente 256 niveles de intensidad de la señal. Este número se deriva del sistema binario, en el cual un código de ocho bits es el equivalente a dos a la octava potencia (2x2x2x2x2x2x2x 2). En este sistema, cada paso está representado por una combinación diferente de ocho unos y/o ceros. Este número es significativo, ya que un aumento en el número de pasos puede llevar a una representación más precisa de la señal original. Además, ciertos sistemas y datos de comunicación requieren un gran número de pasos, y por consiguiente de niveles, para una representación precisa. Sin embargo, están limitados en comparación con la enorme variedad de niveles que la señal analógica puede adoptar.
Maestreo y frecuencia
En un sistema de PCM, la tasa de maestreo, que os el número de veces que la señal analógica es muestreada por segundo, es otro elemento vital en el proceso de reproducción. La meta primaria del muestreo es reflejar de forma precisa la señal original mediante un número finito de muestras individuales.
Un estudio realizado en todo Estados Unidos para predecir el resultado de una elección presidencial puede servir como analogía. Una muestra de los votantes individuales representa a la población de votantes, como las muestras de la señal analógica representan a la señal original.
La tasa de maestreo empleada en una conversión analógico a digital se basa en la frecuencia más alta de una señal en un sistema de comunicaciones dado. Si una señal se muestrea a una tasa que es por lo menos el doble de su frecuencia más alta, la señal analógica estará representada en forma precisa. Esto se denomina tasa de Nyquist.
Para una línea telefónica estándar de frecuencia vocal, el canal de comunicaciones sólo transporta frecuencias por debajo de los 4 kHz, y la tasa de muestreo para una línea es de 8.000 muestras por segundo. Se generan suficientes muestras como para reproducir la señal analógica y, en esta instancia, la voz de una persona. También debe notarse que pueden utilizarse tasas más elevadas de muestreo en otros sistemas de comunicación.
Después de que la señal analógica es muestreada y codificada, la transmisión final puede estar compuesta de millones de bits. En un determinado formato, la industria telefónica emplea un código de ocho bits por palabra para digitalizar la señal analógica y una conversación telefónica puede transmitirse a la tasa de 64.000 bits por segundo (64 kilobits/segundo). Otras señales analógicas digitalizadas generan también tasas elevadas de bits.
Este volumen de información plantea un problema para algunos sistemas de comunicación, ya que podrían no tener la capacidad de canal para transmitir la información, por lo que deben usar líneas especiales que puedan acomodar este flujo de información. Una de estas líneas es la portadora TI de AT&T, que puede transmitir 24 canales telefónicos codificados en forma digital a una velocidad de 1,544 millones de bits por segundo (1,544 megabits/segundo). Este flujo de datos está compuesto también por" bits que aseguran la integridad de los datos y satisfacen otros parámetros técnicos y operativos.
La línea TI es uno de los principales canales de la industria de las comunicaciones, y las transmisiones ocurren tanto dentro como fuera del sistema telefónico. Es también un estándar flexible que puede integrar voz y datos, de modo que un canal de comunicación puede transportar diferentes tipos de información. La línea TI tiene la capacidad adicional de acomodar necesidades más especializadas, tal como transmitir información de vídeo, cuando esto es necesario.
Figura 2-3. Una operación de ADC y DAC. Una señal analógica es convertida a un dominio digital por medio del ADC y de vuelta en analógica con el DAC.
canales telefónicos codificados en forma digital a una velocidad de 1,544 millones de bits por segundo (1,544 rnegabits/segundo). Este flujo de datos está compuesto también por" bits que aseguran la integridad de los datos y satisfacen otros parámetros técnicos y operativos.
La línea TI es uno de los principales canales de la industria de las comunicaciones, y las transmisiones ocurren tanto dentro como fuera del sistema telefónico. Es también un estándar flexible que puede integrar voz y datos, de modo que un canal de comunicación puede transportar diferentes tipos de información. La línea TI tiene la capacidad adicional de acomodar necesidades más especializadas, tal como transmitir información de vídeo, cuando esto es necesario.
Las ventajas de un sistema de comunicación digital
Ahora que hemos descrito la comunicación digital, podemos examinar algunas de las ventajas principales de los equipos y sistemas que utilizan esta forma de comunicación. Estas características son la motivación principal de su utilización cada vez más extendida.
Compatibilidad computacional
Una vez que una señal es digitalizada, puede ser procesada por un ordenador. La capacidad de manipular información codifica-da en forma digital, como las imágenes producidas por una cámara de vídeo, es central para las industrias de la producción de vídeo y audio, médica y autoedición, entre otras.
En el caso de una cámara de vídeo, la señal de vídeo, una representación eléctrica de las variaciones, de luz y oscuridad, los niveles de brillo de la escena que la cámara toma, se convierten a un formato digital. La información digital representa eterícenlos de imagen (pixel), un número de pequeños puntos que concretamente forman la imagen.
En un sistema de blanco y negro, un pixel adopta un nivel específico o matiz en la escala del gris. La escala del gris refiere a una serie o rango de matices del gris, además de los colores negro y blanco, que componen y reproducen la escena.
Un pixel se representa por una palabra binaria que es equivalente a un nivel en esta escala. El nivel, a su vez, está determinado por la magnitud del brillo de la sección correspondiente en la escena original, ahora representada por el pixel.
El número concreto de niveles de gris está determinado por el número de bits asignados a una palabra. Esta característica es importante para la reproducción precisa de la escena original. Si se usan demasiado pocos bits, sólo podrá utilizarse un número limitado de matices de gris.
Una vez que la imagen fue digitalizada, una computadora con el programa apropiado puede manipular los datos de esta imagen. Pueden crearse efectos especiales o, en diversas disciplina científicas, las cualidades y defectos pueden aumentarse y corregirse respectivamente. Por ejemplo, una imagen desenfocada puede corregirse en cierta medida para producir una imagen más nítida.
La información en forma digital, incluyendo la información de imágenes, puede guardarse también en algún medio de almacenamiento masivo. Después de que la señal analógica fue digitalizada, la información puede grabarse en una variedad de medios, incluyendo discos duros y discos ópticos, de los que hablaremos en capítulos posteriores.
Finalmente, la digitalización de la señal de una cámara de video no está limitada a los sistemas en blanco y negro. Los sistemas en color también son populares, pero debido a la naturaleza más compleja de la información del color, la configuración es mucho más compleja.
El multiplexado
Las señales digitales y analógicas pueden ser multiplexadas. El multiplexado es un proceso mediante el cual varias señales se transmiten simultáneamente a través de una sola línea de comunicaciones. Las señales comparten la misma línea para los fines de la transmisión, lo que permite la construcción, e inevitablemente el servicio y mantenimiento, de un número menor de líneas.
El multiplexado analógico y digital ofrece dos ventajas que son, de hecho, las propiedades de economía de costo y trabajo. En una configuración basada en la representación analógica, el multiplexado por división de frecuencias (FDM), una línea de comunicación se divide en un número de canales separados más pequeños, cada uno con su propia frecuencia. Para un sistema telefónico, las diversas señales telefónicas se asignan a estos canales separados, se procesan y transmiten. En otro sistema, el multiplexado por división de tiempo (TDM), asignaciones de tiempo, no de frecuencia, separan las diferentes señales. Un esquema de TDM puede constituir una transmisión muy efectiva cuando se realiza en el dominio digital; un ejemplo de esta operación es la línea TI empleada por la industria telefónica.
El sistema TI es digital en forma, pero el receptor telefónico típico y el sistema telefónico local funcionan con información analógica. Esto requiere la digitalización de la señal analógica, el equivalente electrónico de la voz de la persona que utiliza el teléfono.
Brevemente, grupos de señales, las diferentes conversaciones, se dividen en trozos más pequeños para su transmisión. Cada señal se transmite un trozo por vez, en intervalos de tiempo específicos.
En términos de la línea portadora TI en esta configuración particular, se transmite a través de la línea la información digitalizada de 24 canales uno después de otro. La información se organiza en grupos llamados bloques. Después de la transmisión, los 24 canales vuelven a separarse.
Como una operación basada en la PCM, este sistema de multiplexado digital es muy rápido, eficiente y limpio, .en lo que respecta a la calidad de la señal. En tanto operación digital, también puede ser directamente controlada y monitoreada por ordenadores con todas las ventajas que los acompañan, esto es, su precisión y velocidad.
La integridad de los datos durante la transmisión
Cuando las señales digitales se transmiten a través de largas distancias, la integridad de los datos se preserva aun después de haber atravesado un número de estaciones repetidoras, Una repetidora es un dispositivo que fortalece o amplifica una señal en su viaje a través de un camino de transmisión.
Cuando una señal analógica pasa a través de una repetidora, puede introducirse ruido en. la transmisión, lo que afecta adversamente a la señal. Este problema debe multiplicarse por el número de veces que la señal es amplificada, El ruido se acumula, y la calidad de la señal se deteriora progresivamente.
Los sistemas digitales no están afectados por esta operación. En lugar de amplificar una señal, en cada repetidora los impulsos se regeneran o se crean otros nuevos y luego se transmiten. Este proceso hace que la transmisión de una señal sea mucho más robusta, ya que se transmite una nueva señal, en lugar de amplificarse una que podría estar afectada adversamente por el ruido. Una transmisión digital es también menos vulnerable al ruido y a la interferencia en general, y esta cualidad contribuye todavía más a la capacidad superior de transmisión de un sistema digital.
Este factor llevó a que la National Aeronautics and Space Administration (NASA) adoptase la transmisión digital para la misión a Marte del Mariner 4, en 1964. El Mariner 4 nos proporcionó las primeras imágenes cercanas del planeta y la transmisión digital ayudó a preservar la integridad de la información en su viaje a través de millones de kilómetros en el espacio.
La flexibilidad de los sistemas de comunicación digital
Los sistemas digitales son canales de comunicación flexibles que pueden transmitir información, desde datos de ordenador y voz digitalizada hasta señales de vídeo. En un ambiente completamente digital, las señales analógicas, como las producidas por los teléfonos y las cámaras de vídeo, se digitalizan, mientras que los datos de los ordenadores, que ya están en forma digital, pueden acomodarse sin esta clase de procesamiento. Una configuración digital eliminaría también el uso de un módem convencional, aun cuando podría requerirse un adaptador especial para conectar un ordenador a, por ejemplo, una línea.
El módem, una sigla de las palabras modulador y demodulador, se utiliza ampliamente en los sistemas actuales de comunicaciones para transmitir datos a través de una línea telefónica de frecuencia vocal estándar. El módem convierte la información digital de un ordenador en una forma compatible con las características técnicas de la línea, y la información se transmite como una serie de frecuencias de audio o tonos a través de una técnica de modulación. En el otro extremo de la línea, la información se vuelve a convertir a su forma original mediante un segundo módem.
La transmisión de datos en los mercados de consumo y comercial se realiza típicamente a 2.400, 4.800 y 9.600 bits por segundo, o incluso más rápido mediante la compresión de datos.17 La velocidad de 9.600 es popular en el sector comercial y se está volviendo cada vez más popular entre los aficionados a la computación y otros usuarios, debido a su mayor velocidad de transmisión: a medida que la velocidad del módem aumenta, el tiempo de conexión telefónica con el otro ordenador disminuye. Esto hace que la transmisión sea más eficiente y, potencialmente, más rentable.
Los sistemas digitales de comunicaciones, por otro lado, pueden realizar transmisiones más rápidas y se benefician de las características técnicas y de rendimiento superiores de una transmisión digital. Un sistema digital también puede integrar una amplia variedad de información en una sola línea, en lugar de utilizar canales de comunicación separados. Una de las plataformas o redes digitales más prometedoras es la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI).
La RDSI "puede pensarse como un enorme conducto de información, capaz de proporcionar todas las formas de comunicaciones e información (voz, datos, imagen, señales) ["...] Es un servicio de información al que puede accederse desde un toma en la pared [...] con una variedad de dispositivos que pueden simplemente conectarse o desconectarse".18
Existen dos servicios basados en la RDSI, Básico y Primario, los que realizan los siguientes esquemas de transmisión:
Interfaz básica (2B + D): dos canales B de 64 kilobits/segundo para información (por ejemplo, voz) y un canal D de 16 kilobits/segundo para señales e información de control.
Interfaz primaria (233 + D): 23 canales de 64 kilobits/segimdo y un canal D cU? 64 kilobits/segundo. En Europa, la Interfaz primaria es de 30B + D.19
La RDSI podría llegar a revolucionar el modo en que nos comunicamos. Podríamos intercambiar imágenes, gráficos generados por ordenador y datos con la misma regularidad y facilidad con la que utilizamos un teléfono para conversar. Los desarrollos de esta naturaleza continuarán reformando la industria de las comunicaciones. En el caso de la RDSI y de otros estándares digitales, podremos seleccionar el medio apropiado para la forma de comunicación que estamos realizando, en lugar de estar limitados a una operación exclusivamente oral.
Un arquitecto que está hablando por teléfono podría, por ejemplo, enviar una imagen de un plano. Esta capacidad agregaría otra dimensión al proceso de comunicación, ya que la información visual importante podría transmitirse fácilmente. . * En épocas anteriores, el arquitecto debía limitarse a describir los planos a través del teléfono. O podría haber montado una configuración especial de comunicaciones, un equipo de teleconferencia. Como se describirá en otro capítulo, esta alternativa necesitaría la utilización de equipos especiales y una segunda línea telefónica o un canal de comunicaciones de alta velocidad para transmitir la información visual. La RDSI simplificaría esta operación. No habría necesidad de utilizar o instalar líneas de comunicación adicionales, y el enlace entre los sitios se realizaría sin fracturas y fácilmente.
Este desarrollo ayudaría a hacer que la tecnología, sea. transparente. De un modo similar al hecho de que conducimos un automóvil o utilizamos un teléfono sin pensar en las tecnologías que hay detrás de estos productos, la RDSI podría hacer posible transmitir diferentes tipos de información sin tener que pensar en el-proceso concreto. No tenemos que preocuparnos por cómo la información se envía a otro lugar, ya que esto se produce automáticamente para nosotros. . f En síntesis, la RDSI podría proporcionar a los usuarios una herramienta dinámica de comunicaciones que trabajaría en conjunción con las líneas preexistentes y otras nuevas. Más aún, en lugar de encerrarnos en un sistema que dificulta la adopción de nuevas tecnologías y equipos que permitan mejorar el proceso de la comunicación, la RDSI debería ser lo suficientemente flexible como para incorporar estos adelantos.
Sin embargo, existen algunos problemas relacionados con la plataforma de RDSI en el momento en que escribimos esto, El primero es la incertidumbre sobre los estándares, los parámetros técnicos que rigen las funciones y operación de un sistema. Por ejemplo, antes de comienzos de los 90 y de la adopción del estándar National ISDN-1, los equipos de diferentes fabricantes no necesariamente eran compatibles.
Una segunda queja se centra en la velocidad de transmisión de la RDSI. Algunos creen que no satisfará las necesidades futuras de transmisión, especialmente a la luz del enorme volumen de información que los ordenadores, los aparatos periféricos relacionados y los sistemas de vídeo de alta definición generarán. Pero este problema podría resolverse con la RDSI de banda amplia (B-ISDN), una versión mejorada del concepto de RDSI original, ahora llamado RDSI de banda estrecha (N-ISDN).
Las técnicas de compresión digital, algunas de las cuales describiremos en el capítulo 8, podrían también hacer posible la utilización de líneas de N-ISDN para aplicaciones que en un primer momento se pensó que no podría soportar. También están planificados otros enlaces de comunicaciones de alta velocidad.
Un tercer problema es la disponibilidad. Los sistemas de transmisión digital como la RDSI no son universales. Podrían existir ciertas restricciones geográficas en la facilidad de establecer un enlace entre un cliente y la oficina central de una compañía telefónica. La oficina también debe estar apropiadamente equipada para la operación.
Por consiguiente, podrían pasar varios años antes de que algunos clientes puedan tomar ventaja del servicio basado en la RDSI u otras configuraciones, hasta que la industria telefónica mejore su planta física actual. Cuando esto se complete, incluyendo el circuito local, esto es la línea entre su hogar o negocio y una oficina central, el sistema debería poder soportar los diversos servicios digitales.
Esta integración inicial lenta de la tecnología digital a la planta física no ha ocurrido en otros países. Según un informe de la NTIA, Japón y diversos países europeos tienen ventaja sobre los Estados Unidos en el desarrollo de los sistemas nacionales de RDSI.
La modernización de la infraestructura de telecomunicaciones de una nación, sea mediante la RDSI u otro sistema digital, en de suma importancia. Como se dijo, la información es una mercancía en nuestro mundo. El país o los países que puedan crear un sistema eficiente de intercambio de información en los niveles nacional e internacional tendrán una ventaja decisiva en la competencia por el mercado mundial. También existen ramificaciones políticas, como se expondrá en el capítulo 10.
La rentabilidad.
Con la producción masiva de equipos digitales y la reducción de los costos de manufactura, los sistemas de comunicación digital se vuelven cada vez más rentables de construir y mantener Los equipos digitales y los sistemas de comunicación son también más estables y requieren menor mantenimiento que las configuraciones analógicas comparables.
Esta característica positiva debiera permitir a una organización funcionar con un departamento de mantenimiento más pequeño y podría reducir su gasto en esta área. Aun más importante, los sistemas de comunicaciones debieran mantenerse funcionales con un número menor de visitas de mantenimiento regularmente programadas.
Esta estabilidad y durabilidad superior se debe en parte a los circuitos integrados (CI). Un CI es un semiconductor, un dispositivo de estado sólido. Es un solo chip o unidad que puede contener el equivalente de bastante más de 100.000 transistores, diodos y resistores, las unidades fundamentales de los equipos de comunicación electrónica. En esencia, el CI es uno de los chips de los que mucho se habló y que ayudó a lanzar la revolución de las comunicaciones.
La creación de este chip tuvo y todavía tiene un enorme impacto sobre la industria de las comunicaciones. En lugar de conectar miles de componentes individuales cuando se construye una pieza de equipo, se utiliza un solo chip. Si el equipo funciona mal, sólo hay que reemplazar un chip y es más fácil aislar los fallos de los componentes, lo que reduce aun más los gastos y el tiempo necesarios para el mantenimiento.
Además, los CI hicieron posible la fabricación de equipos compactos, ya que se utiliza un número pequeño de chips en lugar de numerosos componentes. Esta diferencia de tamaño también contribuyó a los costos declinantes de los productos. Como se utiliza menos materia prima para construir una pieza de equipo, su construcción cuesta menos y eventualmente debiera venderse a un precio menor que los modelos previos.
Pero los CI no dejan de tener sus propios problemas. El costo de desarrollo inicial puede ser alto y hasta que los chips se produzcan en forma masiva, las unidades iniciales pueden ser costosas. Los chips también tienden a ser vulnerables a las cargas estáticas y a los golpes de tensión. Si un chip está expuesto a electricidad estática, por ejemplo, sus capacidades operativas pueden perturbarse temporaria o permanentemente.
Las cuestiones políticas tienen también un impacto sobre la rentabilidad de los sistemas digitales. Por ejemplo el precio de los chips de memoria de los ordenadores se elevó durante los 80. La administración Reagan intentó proteger a los fabricantes estadounidenses de chips de los competidores japoneses, y un resultado a; corto plazo de esta maniobra política fue un incremento significativo de los precios de los chips. En un momento dado, un solo chip común de memoria fue más caro que una onza de plata.
Los 90 fueron testigos de una situación similar. Los pequeños ordenadores portátiles con pantallas de paneles de cristal líquido (LCD) se volvieron muy populares. Un grupo de fabricantes estadounidenses acusó a los japoneses de "dumping" de paneles baratos en el mercado, debido a lo cual se fijó un impuesto sobre las importaciones de pantallas de paneles planos y de matriz activa. El arancel se impuso para ayudar a mantener a los fabricantes estadounidenses en esta área.
Aunque el arancel podría haber ayudado a largo niazo a los fabricantes estadounidenses, ocurrió una consecuencia a corto plazo. Los ordenadores importados con pantalla incorporada estaban exentos del impuesto. Por consiguiente, las compañías computacionales estadounidenses amenazaron con trasladar sus instalaciones de manufactura al exterior para evitar el impuesto adicional.
Las desventajas de un sistema de comunicación digital
Con cualquier tecnología existen ventajas y desventajas. La tecnología digital no es ninguna excepción.
Mayores demandas de canal;
Una vez que la información analógica es digitalizada, el gran volumen de bits que se produce durante la operación exige el uso de un sistema de comunicaciones con una mayor capacidad de canal, y este factor incrementa el costo total de transmisión. Sin embargo, hay modos de comprimir el requerimiento de ancho de banda de la señal digital y de transmitirla a través de un canal de comunicación más estrecho, como analizaremos en el capítulo sobre las teleconferencias.
Error de cuantificación
El proceso de digitalización puede introducir otro problema, un error de cuantificación, si sucede que no hay suficientes niveles para representar la señal analógica. Si, por ejemplo, un sistema de vídeo está controlado por un código basado en una palabra de dos bits, sólo podrán reproducirse cuatro colores diferentes. La señal analógica original y la escena que la cámara toma no tendrán una representación precisa.
Para corregir el problema, puede incrementarse el número de niveles, pero esta opción aumenta el requerimiento de ancho de banda de la señal. Para transmitirla, la señal deberá ser colocada en un canal de comunicaciones de mayor capacidad para acomodar la información adicional. Por ello, usualmente se hace un compromiso entre la precisión del proceso de digitalización y las exigencias de canal de la señal.
El predominio del mundo analógico y sus estándares;
Otra desventaja de la tecnología digital es que vivimos, en cierta medida, en un mundo analógico. Muchas formas de información, además de los dispositivos y sistemas que la producen y transmiten, son analógicos por naturaleza. Estos incluyen los teléfonos, televisores y radios. Este estado de cosas exige la utilización de conversores analógico a digital y digital a analógico.
El factor de la inversión pública
También debe tenerse en cuenta el factor de la inversión pública. Si el sistema de comunicación se modifica por un estándar completamente digital sin un período de transición, nuestros teléfonos, equipos de televisión y radio deberían ser reemplazados por unidades digitales compatibles o deberían utilizarse conversores especiales. El mismo principio se aplica a las estaciones de televisión y radio y a otras organizaciones que producen e intercambian información analógica. En síntesis, este reequipamiento de la industria de las comunicaciones costaría miles de millones de dólares, trastornaría a la industria e, inevitablemente, a la sociedad.
Estas son dos de las razones de por qué el cambio por un estándar digital ha sido evolutivo más que revolucionario. Como se describe a lo largo del libro, muchas de las nuevas tecnologías y sus productos se integrarán a la estructura actual de las comunicaciones, lo que aliviará el impacto de su introducción.
Un caso pertinente es el de la industria de las grabaciones y el mercado del disco compacto (CD). Si un individuo hubiera poseído un giradiscos estándar y una gran colección de discos, la conversión de la noche a la mañana por un formato basado en los CD habría hecho que su sistema original resultase obsoleto. Los viejos discos de larga duración no son compatibles con un reproductor de CD y el propietario no podría comprar más discos para el sistema original. Por esta razón, los reproductores y discos de CD fueron integrados a la industria del disco. Las compañías comenzaron a fabricar una variedad de reproductores de CD mientras mantenían todavía sus líneas de equipos convencionales. De la misma forma, la industria del disco apoyó el nuevo medio, pero continuó produciendo discos estándar de vinilo.
Con el aumento en las ventas de los reproductores de CD, este mercado se expandió progresivamente. Las compañías grabadoras aumentaron su producción de CD y redujeron el número y la variedad de los álbumes estándar de vinilo. Esta tendencia se aceleró y el formato digital, junto con los casetes de audio, dominaron la industria. Pero, como el proceso fue gradual, la industria no resultó trastornada. Los propietarios no sufrieron pérdidas inmediatas y los fabricantes de equipos continuaron manteniendo los sistemas de discos de larga duración, aunque a un nivel reducido.
Otros factores tienen también un papel en la aceptación de una nueva tecnología. Esto incluye si un producto puede manufacturarse en forma rentable o no en comparación con el producto al que reemplaza.
En el caso del CD, el costo de un reproductor cayó abruptamente en un período de tiempo relativamente breve. Esto estimuló a más personas a comprar el sistema y esto estímulo a la fabricación de más discos. A medida que más discos adicionales se hicieron disponibles, más personas se interesaron por la tecnología de los CD y compraron reproductores. Esto, a su vez, motivó aun más a las compañías grabadoras a aumentar sus líneas de productos de CD. -
Otro factor potencial en la aceptación de una nueva tecnología es si sus productos son superiores o no a los preexistentes. Los CD y los reproductores de CD satisfacen este criterio, lo que contribuyó a su popularidad.
Finalmente, aunque la integración gradual de una nueva tecnología y sus productos podría beneficiar al consumidor y a ciertos elementos de la industria, no siempre es la mejor solución tecnológica. La cuestión de la compatibilidad hacia atrás, por ejemplo, de alguna forma encadenó el estándar actual de la televisión color con el pasado, en detrimento de la calidad percibida de la imagen. Se plantearon preocupaciones similares de que esto mismo podría volver a ocurrir en el desarrollo de un nuevo estándar de televisión, como se analizará en el capítulo 9.
Por un lado, un paso tecnológico audaz hacia adelante, libre de las restricciones del pasado, podría revolucionar elementos de la industria de las comunicaciones. El aspecto negativo, sin embargo, podría ser la disgregación de la industria y el factor de la inversión pública.
Los estándares,
Dedicaremos esta sección final a la idea de los estándares en el campo de las comunicaciones, otro concepto central eme volverá a surgir en capítulos futuros. Formulado de un modo simple, los estándares son una serie de parámetros técnicos que controlan la operación de diversos equipos y sistemas de comunicaciones. Los estándares dictan cómo se genera, almacena e intercambia la información.
Un número de organizaciones nacionales e internacionales se dedican a la tarea de determinar estándares. Entre ellas la Society of Motion Picture and Televisión Engineers (SMPTE), la International Organization for Standards (ISO), la FCC y el International Telegraph and Telephone Consultative Gommittee (CCITT)
La influencia de un estándar sobre un sistema de comunicación puede variar. Algunos estándares son obligatorios y se imponen legalmente. Otros estándares son adoptados voluntariamente para evitar el caos que resultaría si diferentes organizaciones adoptasen distintos estándares.
Los estándares también pueden ser de facto, como ocurre con la televisión en estéreo en los Estados Unidos. Aun cuando la FCC no seleccionó un estándar específico para este servicio, surgió uno solo por diversas razones económicas y técnicas, y éste fue apoyado por la industria.
Prevalece la idea de permitir que una industria determine sus propios estándares, especialmente en la industria de las telecomunicaciones. Según el punto de vista de la NTIA,
Es mejor dejar al sector privado la tarea de determinación de estándares... Reconocemos que pueden existir casos raros en los que la acción de la FCC o la NTIA puedan justificarse para acelerar el proceso de determinación de estándares ... La intervención gubernamental podría incluir la mediación entre intereses conflictivos o un mandato a la industria para desarrollar estándares en un cierto momento [sicj, dejando el desarrollo actual de los estándares al sector privado ... Cualquier intervención, sin embargo, debiera limitarse a los casos en los que sucede un fracaso específico y claramente identificado en el mercado y en los que las consecuencias de ese fracaso superan el riesgo de la no regulación (esto es, forzar la resolución de un estándar demasiado temprano en el desarrollo de una tecnología).22
Así, el sector privado, la industria, debiera tener la libertad de determinar los estándares apropiados en un mercado abierto. Sin embargo, si en detrimento de una tecnología y una industria éstos no surgen, entonces podría ser oportuna la intervención del gobierno.
La adopción de esta posición reguladora sería especialmente importante para las nuevas tecnologías y sus productos, que deben competir en un mercado con competidores bien establecidos. Como describiremos brevemente en la próxima sección y más detalladamente en el capítulo 10, este modelo de regulación e intervención gubernamental podría haber sido útil en el desarrollo de la industria del teletexto en los Estados Unidos.
La importancia de los estándares
La cuestión de los estándares es vital por varias razones. Primero, si no existiesen estándares, sería casi -imposible desarrollar cualquier tipo de sistema de comunicaciones electrónicas y alentar la idea de la compatibilidad de los equipas. Sin estándares, el teléfono y la televisión que usted compra podrían no ser compatibles con su sistema telefónico local o con las señales de radiodifusión de su estación local de televisión.
Segundo, los estándares pueden promover el -crecimiento de los sistemas de comunicaciones. Si se adopta un estándar, tanto los fabricantes como los consumidores se benefician con la decisión. Un fabricante puede confiar en que su equipo de televisión funcionará igualmente bien en la ciudad de Nueva York como en Alaska. El consumidor estará más dispuesto a comprar el equipo por la misma razón.
También pueden existir dos o más estándares en la misma industria, y según las circunstancias, esto podría no afectar adversamente a la industria ni dificultar su crecimiento global. Un ejemplo de esta situación es el desarrollo paralelo de los formatos Beta y VHS para cintas de vídeo. Aunque incompatibles, sin embargo crearon sus propios nichos de mercado. Esto es válido aun cuando el estándar Beta diminuyó su participación en el mercado y el VHS se volvió, con el paso del tiempo, el estándar de tacto del mercado de consumo.
La presencia de dos estándares fuertes en un mercado podría también acelerar el desarrollo global de una industria. La competencia podría estimular a un fabricante a introducir equipos mejores para lograr una mayor participación en el mercado.
Sin embargo, aunque la existencia de varios estándares puede a veces ser beneficioso, no siempre se alcanza un resultado deseable. Corno analizaremos en los próximos capítulos, este factor podría tener un efecto devastador sobre las organizaciones que intentan integrar una tecnología nueva y en desarrollo al campo de las comunicaciones Para los servicios de teletexto, la presencia de más de un estándar fragmentó el mercado y entorpeció el crecimiento potencial de los sistemas de teletexto en los Estados Unidos. Un escenario similar dificultó el desarrollo y el crecimiento de los sistemas de RDSI. Una tercera razón de la importancia de los estándares es la protección al consumidor y a la industria. Un estándar aceptado ayuda a garantizar que una pieza de equipo que usted compra hoy no sea reemplazada por un dispositivo nuevo e incompatible mañana. Aunque ocurren nuevos desarrollos y los equipos pueden volverse obsoletos, este proceso sucede gradualmente, como en el caso de los CD.
También es apropiado señalar que la obsolescencia no necesariamente significa incompatibilidad. Una cámara de vídeo más antigua podría no poseer las últimas características de la actual generación de cámaras. Pero todavía podría ser bastante útil y compatible con su sistema, aun cuando las imágenes podrían no tener tanta definición como las producidas por modelos posteriores.
Existe un punto, sin embargo, en el que un estándar puede ser reemplazado completamente por otro estándar. Un ejemplo de esta situación es el abandono del grabador de vídeo (VTR) en blanco y negro de media pulgada. En los 70, este VTR portátil y su cámara acompañante eran muy populares entre los artistas de vídeo y las escuelas. La cámara era bastante simple, en términos de diseño y capacidades, y la consola grabadora utilizaba cintas abiertas en lugar de casetes.
A pesar de la popularidad del sistema en esa época, se volvió obsoleto. El equipo y el estándar por el que se regía fueron superados por otros estándares que soportaban nuevas familias de formatos de equipos y cintas de vídeo.
Otro punto importante acerca de los estándares, en lo que respecta a los mercados internacionales del vídeo y la televisión, es el número de estándares incompatibles. La industria en los Estados Unidos opera bajo el sistema diseñado por el National Televisión Standards Committe (NTSC), también llamado estándar NTSC. El estándar determina, entre otras propiedades, el número de imágenes producidas por segundo por una cámara de vídeo, el número de líneas de resolución en una imagen y cómo la información de la imagen se codifica en una señal.
Fuera de los Estados Unidos y de aquellos países que adoptaron el sistema NTSC, se emplean otros estándares. Dos de estos sistemas son el francés, el Sequence a Memoire (SECAM) y el inglés, el Phase Alternation Line (PAL), cada uno adoptado por un número de países además de las naciones de origen. Los tres estándares son incompatibles y un programa de vídeo producido bajo un sistema debe sufrir un proceso de conversión para hacerlo compatible con los otros sistemas.
Esta organización plantea algunos problemas para el mercado internacional. Crea una barrera para el intercambio de programas entre países debido al paso de conversión obligatorio. También incrementa el costo global de un programa.
Así, aunque la adopción de un solo estándar podría haber alimentado el crecimiento de una industria nacional de vídeo en el país, la variedad de estándares es un obstáculo a nivel internacional para los sistemas actuales y para la introducción de nuevas tecnologías. Este problema también adquiere un grado mayor de importancia a medida que la industria de las comunicaciones se hace cada vez más internacional en su alcance. Esto ocurre también en las industrias del automóvil, la computación y otras industrias principales que se han volcado hacia el mercado internacional debido a sus oportunidades de ventas, manufactura e inversión.
Glosario 1
Ancho de banda del canal de comunicaciones (Communications channeVs bandwidth): El ancho de banda de un canal de comunicaciones, su capacidad, determina el rango de frecuencias y, para todo propósito, las categorías y volumen de información que el canal puede acomodar en un período dado de tiempo.
Bit o dígito binario (Binary digit (bit)}: Un bit es el fragmento más pequeño de información en un sistema digital y tiene un valor de "O" o "1". Los bits se combinan en los sistemas de comunicaciones para crear códigos que representan valores específicos de información.
Canal (Channel): Una línea de comunicación; el camino o ruta a través del cual se transmite la información.
Conversor analógico a digital (Analog-to-digital converter (ADO): Un ADC convierte información analógica a una forma digital. Los ADC trabajan con los DAC para construir un puente que salve la brecha entre los equipos y sistemas analógicos y digitales.
Conversor digital a analógico (Digital-to-analog converter (DAC)): Un DAC convierte la información digital en una forma analógica.
Elemento de imagen o pixel (Picture element o pixel): Un pixel es un segmento de una línea de exploración.
Espectro electromagnético (Electromagnetic spectrum): La colección completa de frecuencias de radiación electromagnética.
Estándares (Standards): Los parámetros técnicos que gobiernan la operación de una pieza de equipo o toda una industria. Un estándar puede ser de naturaleza obligatoria por ley, adoptado voluntariamente o de tacto. Frecuencia (Frequcncy): El número de ondas que pasan a través de un punto dado en un segundo. La frecuencia de una señal se expresa en ciclos por segundo y, rnás comúnmente, en Hertz.
Línea TI (TI Une): Lino de los canales de comunicaciones digitales más utilizados e importantes. La información se transmite a una velocidad de 1,544 megabits/segundo,
Módem (Módem): El dispositivo que hace posible transmitir información desde un ordenador por medio de una línea telefónica de frecuencia vocal. Se utiliza un módem en cada extremo de la transmisión.
Modulación (Modulation): fíl proceso por el cual"la información se imprime sobre una señal portadora para el propósito de la transmisión.
Modulación por codificación de impulsos (Pulse code modulatíon (PLMj): J Un sistema de codificación. :
Multiplexado (Multiplexing): El multiplexado es el proceso por el cual diver- / sas señales se acomodan en una sola línea de comunicación. Red digital de servicios integrados (RDSI) (Integrated Services Digital | Network (ISDN)): Una plataforma de comunicaciones digitales que podría ma- í nejar diferentes tipos de información sin fracturas (por ejemplo, datos en orde-nadores y la voz).
Repetidora (Repeater): Una repetidora fortalece o amplifica una señal en el curso de su transmisión.
Señal analógica (Analog signal): Una señal variable y vanante en forma continua. Los dispositivos y sistemas de comunicaciones con los que estamos más familiarizados, como las cámaras de vídeo y las estaciones de radio, producen y procesan señales analógicas.
Señal digital (Digital signal}: A diferencia de su contraparte analógica, una señal digital no es una señal variable y vanante en forma continua. Sólo adopta un número finito de valores discretos y la información digital está representada por bits, unos y ceros.
Transductor (Transducer): Un transductor cambia una forma de energía por otra. Los transductores están en el centro de todo nuestro sistema de comunicaciones e incluyen equipos como los micrófonos y las cámaras de vídeo.
Glosario 2
Disco compacto (Compact clise (CD)): En una forma, un disco óptico digital pregrabado que almacena música. El reproductor de CD utiliza un láser para leer la información almacenada en un disco.
Disco compacto con memoria sólo para lectura (Cumpact disc-read only memory (CD-ROM)): Un sistema de disco óptico digital pregrabado no borrable que almacena datos. Las aplicaciones de CD-ROM van desde la distribución de programas computacionales a la publicación electrónica. También existen los sistemas registrables (el CD-R).
Disco compacto interactivo (Compact disc-intemctiue (CD-D): Tal como fue introducido inicialrnente, un sistema de disco óptico digital pregrabado, interactivo y no borrable diseñado para consumidores.
Disco óptico (Optical disc): El término general que abarca a todos los sistemas de almacenamiento óptico.
Disco óptico de "escriba una vez y lea muchas" (Write once, read many (WOfíM) optical disc): Un disco WORM es un sistema de almacenamiento óptico digital registrable por el usuario pero no borrable.
Disco óptico borrable (Erasable optical discs): Una clase de discos ópticos que actúa en forma muy parecida a los dispositivos de almacenamiento computacionales convencionales (por ejemplo, los discos duros): los datos pueden ser almacenados y borrados. Se pueden utilizar diferentes técnicas para esta operación.
Hipertexto (Hypertext): Un sistema no lineal para el almacenamiento, la administración y la recuperación de información mediante el cual pueden crearse vínculos entre información asociada y posteriormente activarse. Los conceptos detrás de un sistema de hipertexto se extendieron también para incluir imágenes y sonidos creando un ambiente de hipermedios.
Photo CD (Photo CD): Un disco óptico que puede almacenar fotografías. Existen aplicaciones profesionales y de consumo.
Sociedad sin papeles (Paperless society) Una sociedad en la cual la información es creada, almacenada e intercambiada cada vez más en un formato electrónico. Videodisco (Videodisc): El pionero, por así decirlo, de los sistemas de discos ópticos pregrabados y no borrables. Los videodiscos se utilizan típicamente para aplicaciones interactivas de entrenamiento y para distribuir películas (a los consumidores).
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