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Modos de trasmisión
(última actualización 2005-04-09, correcciones menores 2011-02-21)

Por Miguel R. Ghezzi (LU 6ETJ)
www.solred.com.ar/lu6etj
SOLVEGJ Comunicaciones
www.solred.com.ar/solvegj

Los métodos y técnicas que tenemos los radioaficionados para intercambiar seĄales a través de la radio son muy diversos. Desde los más simples como el código Morse, hasta elaborados protocolos de comunicación digital, pasando naturalmente también por la trasmisión de imágenes y seĄales vocales. Una variedad suficiente que le hará disfrutar muchas horas de entretenido aprendizaje y experimentación. Esas formas de intercambiar seĄales se denominan en el ambiente "modos de trasmisión".

A partir del surgimiento de la radio en los principios del siglo XX, la inventiva de quienes se dedicaron y dedican a estudiar este fascinante mundo no muestra signos de agotamiento. Desde las primeras comunicaciones -poco más que zumbidos que podían enviarse a pocos km de distancia- hasta hoy, que pueden trasmitirse imágenes y telemetría de instrumentos instalados abordo de naves espaciales y robots enviados al lejano espacio interplanetario e interestelar şpasaron apenas algo más de cien aĄos...!

Los cambios fueron inmensos, las invenciones innumerables; un radioaficionado podrá estudiar, construir y operar decenas de sistemas de comunicaciones diferentes, casi tantos como desee y se anime a emprender.
Los más populares continúan siendo los que permiten trasmitir la palabra hablada pues el sonido de voces distantes nos ejerce una eterna fascinación, pero la radiotelegrafía, la trasmisión de imágenes o de textos y datos mediante procedimientos digitales son ejemplos de lo que cautiva a radioaficionados de todo el mundo.

Actualmente contamos con estaciones propias trasmisoras de imágenes situadas en el espacio y también repetidores de casi todos los modos montados sobre satélites artificiales. Comunicaciones directas con astronautas de las misiones espaciales son frecuentes y constituyen un atractivo adicional que nos ofrecen estas hermosas herramienta para introducirse de manera amena y cordial en la comprensión de la ciencia y la técnica de la radio.
Cuando empleamos un teléfono para comunicaciones internacionales frecuentemente haremos uso de uno o más satélites artificial sin saber donde se encuentra o cómo se realiza esa comunicación, pero el radioaficionado que opera con los propios sabrá perfectamente qué está haciendo, cómo, cuándo y porqué. Porque si por sus venas corre el espíritu de los pioneros, no solamente querrá saber cómo usar ese satélite sino conocer sus movimientos, poder preverlos. Se sentirá incitado a comprender la mecánica celeste y muchos irán un poco más lejos, şsoĄarán construirlos ellos mismos! lo cual no solo es posible sino que es lo usual, pues los satélites artificiales de aficionados fueron imaginados, concebidos, diseĄados, construidos y testeados por aficionados (y seguramente habrá unos cuantos que ya estarán pensando la forma de lanzarlos por si mismos).

Aquí describiremos someramente los modos más usuales pero cualquier una lista sería necesariamente incompleta pues siempre estará, por definición, inconclusa.

Modulación

Intercambiar información aprovechando la capacidad de las ondas electromagnéticas para atravesar grandes distancias interesó a investigadores prácticos como Marconi desde el principio (Hertz en realidad estaba más interesado en verificar las hipótesis de Maxwell).
Los primeros trasmisores eran poco más que generadores de ruidos parecidos a los que produce el chisporroteo de un falso contacto o el colector de un motor de escobillas. Apenas los equipos fueron capaces de producir ondas continuas (sobre todo gracias a la válvula triodo que inventara Lee De Forest en 1906), se lograron controlar las ondas de radio para trasmitir seĄales más complejas que la simple interrupción de la seĄal al ritmo del código Morse.
Reginald Fessenden  logró trasmitir música y voz por primera vez mediante trasmisores a chispas de alta frecuencia. Imagine el lector cuál sería la sorpresa de los operadores de radiotelegrafía de la época cuando de pronto de sus teléfonos surgió música en lugar del conocido y áspero ruido de la radiotelegrafía primitiva...
A este proceso que permite montar una seĄal inteligente sobre las ondas de radio se lo conoce como "modulación". Cuando se logró hacer que la potencia de salida del trasmisor variara en concordancia con una seĄal vocal se produjo otra gran revolución en la historia de las comunicaciones humanas: nació la radiofonía. Este método se llamó "modulación de amplitud".
El término modulación proviene del mundo de la música, significa: "variar de modos en el habla o en el canto dando los tonos correspondientes con afinación, suavidad y de manera  fácil", aunque no parezca aplicable a nuestro ámbito el término da la idea de "variar" o "cambiar", para nosotros es un concepto histórico que nos induce a pensar que modificaremos alguna propiedad de una seĄal de radio, tal como su amplitud, frecuencia o  fase al ritmo de la información que deseamos trasmitir. La recuperación de la información emitida recibió a su vez  el nombre de: "Demodulación".

Traslación de espectros: la clave de la radio...

La supuesta variación de la amplitud (o frecuencia) de la onda de radio en concordancia con la seĄal a trasmitir, daba la impresión que, de algún modo, la onda de radio "transportaba" la inteligencia, algo así como si se tratara de un vehículo de carga. Las nociones de sentido común, rara vez responden a la verdadera naturaleza de las cosas y lleva tiempo averiguar los secretos que ellas esconden.
Al analizar cuidadosamente el mecanismo de la modulación de amplitud pronto se comprendió que la onda portadora no transportaba ninguna información sino que era un auxiliar para lograr que la información fuera trasladada desde la región del espectro donde se producía originalmente, a "otra" región del espectro donde las ondas de radio son capaces de propagarse a grandes distancias. Este mecanismo llamado traslación şera el secreto que permitiría, en adelante, emplear con éxito las ondas de radio para transportar todo tipo de información!

Al conjunto de seĄales eléctricas que contienen las seĄales que se desean trasladar al espectro radioeléctrico, se lo conoce en ingeniería como "la banda base". Por ejemplo, la banda base en fonía está compuesta por la representación eléctrica del espectro vocal, pero la banda base de TV es más compleja, normalmente contendrá, simultáneamente, las seĄales de video, color, sonido y sincronización.




ĘDigital o analógico?
A partir del nacimiento de la Teoría de la información, a mediados del siglo pasado, los conceptos relacionados con la representación y trasmisión de la información en si, han sido objeto de minucioso estudio matemático. Algunos de los primeros trabajos se deben a Claude Elwood Shannon y ya poseían gran capacidad predictiva.
GRacias a ellos, la comprensión matemática de los procesos involucrados hizo posible el surgimiento a los sistemas de comunicación muy elaborados que empleamos hoy en día.

Analogía - transductores

Un determinado fenómeno físico, por ejemplo la variación de presión sonora que llega a una membrana, puede convertirse (ingenio de Edison mediante), en el movimiento de una aguja sobre una película de pasta. El dibujo impreso sobre la pasta "representa" o ¨"copia" de algún modo lo que sucede con la presión del aire en la vecindad de la membrana al momento de efectuar la grabación. Se diría que ese dibujo en la pasta es "semejante o similar o parecido" a la presión sonora, por eso este tipo de representación de denomina "analógica", porque analogía significa literalmente "semejanza entre cosas distintas".
También la presión sonora puede convertirse en una variación de tensión eléctrica (eso hace un micrófono), asi, los dispositivos que reciben una forma de energía (por ejemplo la presión sonora), y la transforman en otra (una tensión eléctrica) se denominan colectivamente "transductores"; encontraremos muchas clases de ellos en nuestro paseo por los sistemas de radio.

Digitalización

Si por algún medio se consiguiera representar la presión sonora de nuestro ejemplo con números enteros, por ejemplo midiendo y anotando su magnitud cada cierto tiempo, esa variación de la presión con el tiempo podría producir un conjunto ordenado de números.
A ese proceso de lo denomina digitalización y al conjunto de números que resulta se lo denomina "seĄal digitalizada" (la palabra dígito significa literalmente "número"). En principio el concepto es muy simple, cuando alguien registra en un cuaderno, por ejemplo la temperatura, hora por hora, de un día cualquiera, está digitalizando esa información porque está convirtiendo un suceso físico en  números que lo representan simbólicamente...
Entonces, la seĄal digitalizada estará compuesto por un conjunto ordenado de números enteros (que representan la seĄal original). Esos números enteros constituyen un conjunto discontinuo (no hay otro número entero entre dos de ellos), se dice que la representación es discreta, discontinua, "de a saltos", cuantizada.
Si pudiéramos convertir cada uno de estos valores numéricos en una variable eléctrica, podríamos aplicarla a algún sistema de modulación. Una  forma simple de hacerlo sería convertir los números que representan  la temperatura a un tono de audio cuya frecuencia fuera exactamente igual al número, por ejemplo, si la temperatura fuera de 300 žC se representa con un tono de audio de 300 Hz, se podría modular en amplitud nuestro trasmisor con ese tono. Al recibir la secuencia de tonos sabríamos exactamente los valores de temperatura. Aunque parezca pueril, esta es una verdadera trasmisión digitalizada en la que cada tono representa un número (nótese que el sistema no utiliza frecuencias decimales, por ejemplo 234,5 Hz).

Otro procedimiento forma podría ser convertir los valores de temperatura a números binarios en lugar de decimales, cada valor estaría representado por un conjunto de unos y ceros. Podríamos crear un sistema en el cual por cada segundo se trasmita un dígito binario (bit). Si el dígito fuera Cero, se trasmite un tono bajo, si fuera Uno, un tono alto. Si hay dos ceros consecutivos el tono bajo duraría dos segundos, y así hasta terminar con un número. Finalizado un número se dejan pasar, digamos cinco segundos, para que no haya ninguna duda sobre cuándo comienza un nuevo número y se trasmite el siguiente. Así sucesivamente hasta trasmitir todo el conjunto. Será tosco, pero también es un genuino sistema de trasmisión digitalizado de seĄales por radio. De hecho durante muchos aĄos, variantes más elaboradas de este método se han empleado con éxito en casi todas los sistemas de transporte de textos y datos.

Como hemos visto no es necesario que los números sean binarios, es decir constituidos solamente por solo unos y ceros, (encendido-apagado; frecuencia1-frecuencia2, etc.), puede trasmitirse (y de hecho se hace habitualmente), información digital con tres o más estados o niveles, por ejemplo apagado, media potencia, alta potencia y así sucesivamente.

Modos más comunes
Aunque un modo de operación es un concepto que está más asociado al tipo de información intercambiada, voz, imagen, datos, etc. es una práctica común reconocerlos por los sistemas de modulación empleados, por ejemplo se dice que una estación opera en amplitud modulada cuando emplea este sistema para trasmitir voz, pero no se dice que opera en AM si lo hace en en BLU aunque también es una forma de modulación de amplitud; el nombre se establece por los usos y costumbres más que por una clasificación prolija. En los siguientes párrafos se emplearemos los nombres comunes.

Radiotelegrafía por ondas continuas OC (CW)

"La telegrafía inalámbrica no es difícil de entender: La telegrafía ordinaria es como un gato muy largo. Usted le tira de la cola en Nueva York y él maúlla en Los Ángeles. Con la inalámbrica es lo mismo, solo que sin el gato..."

Albert Einstein

La trasmisión de seĄales telegráficas se logra mediante una seĄal de radiofrecuencia que se enciende y apaga mediante un interruptor de acuerdo a un código previamente acordado. El más conocido es el código Morse, por Samuel F. Morse quien promoviera su creación para el telégrafo alámbrico (el código Morse internacional empleado en la actualidad difiere de aquel). Seguramente haya sido el primer código binario producido por el hombre en atravesar el éter radial.
Es interesante recordar que la telegrafía fue concebida por Joseph Henry, hombre altruista, convencido que la ciencia era para toda la humanidad, se negó a patentar su invento y explicó a Morse su sistema quien construyó un telégrafo funcional con su ayuda en 1844. La patente le fue otorgada a Samuel Morse quien concibió la idea de codificar texto mediante puntos las rayas.
La radiotelegrafía es un modo eficaz técnicamente sencillo para realizar comunicados a largas distancias aún con seĄales débiles. Facilita al aficionado los comunicados internacionales por la universalidad de sus sistema de abreviaturas (código Q y otras) y inexistencia de dificultades fonéticas. Permite operar con anchos de banda muy reducidos logrando con ello mejorar la relación seĄal-ruido respecto de sus hermanos de fonía. Es actualmente uno de los más populares en todo el mundo con miles de entusiastas y avezados operadores, junto con AM permite revivir la emoción y aventuras de los pioneros de los primeros días de radio.
Muchos lo consideran un modo obsoleto de comunicación lo cual no es técnicamente correcto, ya que, desde el punto de vista de su capacidad para intercambiar información en condiciones marginales no ha sido alcanzado sino en épocas recientes por sistemas que emplean intensivamente recursos computacionales. La gran popularidad del modo en todo el mundo no se deriva solamente de su gran eficacia, también porque aquellos que logran superar su dificultad inicial disfrutan luego desarrollando destreza en la recepción y trasmisión del código, sensación similar a la que despierta la ejecución de un instrumento musical, una práctica deportiva o los juegos de habilidad. Los naturalistas denominan a estas actividades cuyo fin se satisface en si mismo placer de la función, son comunes a la mayoría de los animales superiores.
Tal vez llame la atención del lector el hecho de que se denominen "ondas continuas", siendo que son interrumpidas. La razón es sencilla: los primitivo sistemas inalámbricos utilizaban trasmisores basados en dispositivos que no podían producir una seĄal de radio verdaderamente continua, sino una sucesión de impulsos de radiofrecuentes obtenidos mediante circuitos capaces de producir una ráfaga de chispas emitidas al ritmo del código morse por los circuitos eléctricos de manipulación.

Amplitud Modulada AM (MA) A3E (ex A3)

Las primeras emisiones de voz por radio se realizaron con trasmisores de amplitud modulada. La idea era sencilla: si fuera posible, mediante algún método, variar la intensidad de la seĄal de radiofrecuencia en consonancia con la amplitud de una seĄal vocal podría lograrse que la información vocal pudiera enviarse a grandes distancias sin utilizar cables. Rápidamente se halló la manera de hacerlo y los trasmisores de AM progresaron muy rápidamente.
Hay muchas maneras de construirlos pero en sus versiones más típicas se parecen bastante al diagrama ilustrado en la figura. Las etapas generadoras y amplificadoras de la onda de radiofrecuencia son similares a las de un trasmisor de OC como el que se vio, por eso un trasmisor de AM de aficionados casi siempre tendrá la provista la posibilidad de manipularlo en telegrafía.
Es el modo más antiguo empleado por los radioaficionados para trasmitir la voz por medio de ondas de radio y en este sentido es más propio denominarlo "Telefonía por modulación de amplitud". Consiste en la emisión de la "portadora" y dos bandas laterales moduladas. La técnica necesaria para producir y demodular claramente este tipo de seĄales es muy sencilla y está al alcance de todos.
Casi toda la actividad en AM en la actualidad se realiza con equipos construidos por el aficionado o con viejos equipos de rezago de la segunda guerra mundial (feliz reconversión de un arma en un artefacto para promover la amistad y comprensión entre los pueblos). La amplitud modulada tiene también muchos entusiastas por las posibilidades que ofrece al constructor de emitir seĄales vocales de gran naturalidad que se puede recibir en cualquier receptor de onda corta hogareĄo. Actualmente el empleo de transistores de conmutación baratos y técnicas de modulación por pulsos han agregado un nuevo atractivo para el experimentador, además de la posibilidad de operar con potencias medianas a bajo costo con poca complejidad.

Desde el punto de vista de las radiocomunicaciones su desventajas podrían ser:

Ocupa un ancho de banda que, en las regiones más pobladas de aficionados, tiende a consumir el espectro disponible más rápidamente (el doble que una seĄal de BLU).
Es poco eficiente en el aprovechamiento de la energía pues la mitad de ella se gasta en la portadora (que no es necesaria para trasmitir la inteligencia) y en una de las dos bandas laterales que simplemente "está repetida".
Es especialmente sensible en HF al desvanecimiento selectivo (coloquialmente "QSB deformante") que puede llegar a distorsionar severamente las seĄales.
Banda Lateral Única con portadora suprimida BLU  (SSB), J3E (ex A3J)

También es un método de modulación de la amplitud pero a diferencia del anterior no se trasmite la seĄal portadora y se suprime una de las bandas laterales. Fue patentado por John R. Carson en 1914. Es con seguridad el modo más popular en todo el mundo debido a sus inherentes cualidades.
Los comunicados son estadísticamente más confiables porque la seĄal es menos afectada por el fading selectivo y porque casi toda la energía disponible está dedicada a transportar información útil. El cuidadoso diseĄo de las etapas de audio con una respuesta en frecuencias optimizada para la trasmisión de seĄales vocales, ayudan mucho a obtener estos resultados. El modo se emplea en todas las bandas, tanto las de HF como las superiores y es uno de los más empleados en la operación con satélites artificiales.
Con los materiales modernos y la gran difusión de circuitos e información constructiva, su realización se encuentra bien dentro de las posibilidades del aficionado entusiasta y puede ser un proyecto inicial ideal para desarrollar en el club.

Tiene muy pocas desventajas respecto de otros sistemas de fonía, quizás la más destacable (que en realidad no es propia del sistema en si sino de su implementación práctica) sea que el proceso de reinserción de la portadora suprimida en el receptor, no se hace con gran precisión haciendo que la voz pierda naturalidad.

Frecuencia Modulada FM (MF) F3E (ex F3)

Es otro de los modos más populares, especialmente en las bandas de VHF y UHF, aunque puede emplearse también en las bandas de HF. Como sucede con el sistema de BLU, buena parte de su popularidad surge de la existencia de equipos armados listos para usar. La comodidad en la sintonía, facilitada por una relativa normalización de las frecuencias empleadas y la existencia de pequeĄos equipos de manos (handies) ha sido un gran atractivo desde su aparición para atraer aficionados a esta modalidad.
La facilidad para implementar estaciones repetidoras que hacen posible ampliar la cobertura de las estaciones fijas, móviles o portátiles es un factor de peso en hacer de este unos de los modos favoritos. En la actualidad numerosísimos aficionados lo utilizan en las frecuencias de VHF para establecer una frecuencia de escucha permanente y/o mantener grupos de estaciones (ruedas) estables en las mismas. También se han lanzado satélites que tienen provisión para operar en este modo para que más aficionados tengan oportunidad de acceder a las comunicaciones espaciales.

El modo también tiene ventajas en otros órdenes: buena relación seĄal-ruido con seĄales de niveles moderadamente bajos que produce un silenciamiento del ruido de fondo mayor que  AM o BLU. Con un diseĄo cuidadoso de las etapas amplificadoras y haciendo al detector de FM poco sensible a las variaciones de amplitud el sistema provee un eficaz mecanismo para reducir y aún eliminar ruidos de corta duración y gran amplitud como el producido por el sistema de encendido de los automóviles.

Televisión de barrido lento TVBL (SSTV) F3F (ex F5)

Es un método que modula la frecuencia de un tono de audio para trasmitir imágenes fijas por medio de los equipos normales de la estación. Los primeros aparatos requerían dispositivos artesanales más o menos elaborados para operar en este modo, rápidamente los circuitos digitales primero y la computadora personal luego, lo convirtieron en un favorito. Hoy en día, debido al acceso relativamente fácil a una computadora personal provista de una tarjeta de sonido económica, este modo está al alcance de los radioaficionados que deseen practicarlo.

Televisión de aficionados TVA (ATV) - Televisión de barrido rápido  TVBR (FSTV) A3F (ex A5)

Es la trasmisión de imágenes de televisión idénticas a las de broadcasting normal (doble banda lateral con banda lateral vestigial). Es un modo muy interesante y valioso por las posibilidades que ofrece, tanto en la intercomunicación como en sus posibles aplicaciones educativas en la actividad. Con el abaratamiento de los equipos de grabación y toma de imagen domésticos, es un modo muy accesible.
Los equipos de radio necesarios pueden ser tan simples como una etapa de salida básica modulada en serie con un circuito elemental (aunque en este caso no se logra suprimir adecuadamente una de las bandas laterales). En recepción puede emplearse cualquier receptor común de TV con un conversor apropiado para recibir las bandas de frecuencia asignadas a para este modo.
Uno de sus inconvenientes es que consume un ancho de banda importante (cerca de 6 MHz) por lo cual el modo es aprovechable en las bandas de UHF superiores. En estas condiciones el alcance queda limitado por la dificultad para obtener potencias adecuadas para la realización de comunicaciones omnidireccionales por la menor capacidad de extraer energía del medio que poseen las antenas en tales frecuencias.

Facsímil A3E (ex A4)

El modo facsímil (del latín facere = hacer, simile = similar) o simplemente "Fax", surgió originalmente en la radioafición por la disponibilidad de equipos comerciales usados pues podía aprovecharse su óptica y mecánica relativamente complejas, para la construcción de los equipos propios. Ellos provenían de la industria y el comercio, donde se utilizaban para trasmitir (por lo general telefónicamente) documentos comerciales, fotografías, dibujos, etc.
Estos sistemas fueron muy empleado por las agencias noticiosas para la trasmisión de radiofotos y continúa aún hoy con la trasmisión de mapas meteorológicos.

En el ámbito de la radioafición casi no se emplea para trasmisiones pero si es apreciado por quienes gustan de recibir imágenes de los servicios meteorológico terrestres o satelitales. Las imágenes tienen muy buena resolución, (superior a la utilizada en TVBL) pero se precisa más tiempo para completarla. Actualmente las antiguas máquinas de tambor mecánico óptico, han sido sustituidas por las facilidades de la computadora personal. Una velocidad de trasmisión típica es 120 líneas por minuto con una densidad de exploración de 96 líneas por pulgada.

Hellschreiber

Este es un interesantísimo sistema de comunicaciones utilizado por los alemanes en la segunda guerra mundial, tanto desde le punto de vista de su valor histórico como de su capacidad técnica. Es un sistema de facsímil. Una de sus variantes es capaz de trasmitir a unas 35 palabras por minuto con un ancho de banda de solamente 75 Hz. Era un  modo muy superior a RTTY para trasmitir texto e inclusive competía con la telegrafía en su capacidad para defenderse en malas condiciones de relación seĄal-ruido. No decodifica la seĄal sino que la dibuja sobre la pantalla de la PC. Originalmente lo hacía sobre una tira de papel.




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