Distorsión en Medios de Transmisión de Señales

Las comunicaciones se basan en el envío de información a través de medios de transmisión. Dicho concepto, el «medio de transmisión», debe entenderse en sentido amplio. Por «medio de transmisión» se hace referencia al espacio (o al componente electrónico) que separa dos puntos cualesquiera. Tanto un cable entre dos dispositivos. Como una pequeña pista que une dos elementos en un circuito impreso electrónico. O incluso el espacio que separa dos antenas alejadas miles de kilómetros.

En práctica, a nivel físico, la información que se envía en el medio de transmisión se reduce a parámetros eléctricos (tensión, corriente, potencia, campo eléctrico o magnético…). De forma genérica, a todos estos parámetros que transportan información se les denomina «señales». Así se establece el vínculo que conforma la teoría de los medios de transmisión de señales.

En esta sección se analiza la distorsión producida por los medios de transmisión con la siguiente perspectiva. En primer lugar se explican de forma básica los componentes que conforman las señales. A continuación se clasifican los efectos de los medios de transmisión sobre dichos componentes. Finalmente, y de forma individual, se profundiza en cada uno de estos posibles efectos.

1. Componentes de una Señal

En general, las señales se pueden descomponer en una suma de tonos, cada uno son su amplitud A, frecuencia f, y fase \varphi . Como ejemplo, la expresión matemática de una señal s(t) compuesta por dos componentes, a(t) y b(t), quedaría así:

\begin{equation} s(t) = \underbrace{A_1\cos(2{\pi}f_1t +\varphi_1 ) }_{\text{a(t)}} \, + \,\underbrace{A_2\cos(2{\pi}f_2t +\varphi_2 ) }_{\text{b(t)}} \end{equation}

Ejemplo de señal compuesta por dos tonos que pueden ser afectados de distinta forma por el medio de transmisión
Ejemplo de señal s(t) compuesta por dos tonos (A_1 = 1 , f_1 = 2 , \varphi_1 = 3{\pi}/4 ; A_2 = 1 , f_2 = 1 , \varphi_2 = {\pi}/4)

2. Perturbaciones producidas por Medios de Transmisión

2.1 Distorsión

Los medios de transmisión pueden producir diferentes efectos y perturbaciones sobre la señal s(t). Dichos efectos se pueden clasificar en función del parámetro al que afectan directamente: amplitud, fase, o frecuencias de los tonos individuales que componen la señal.

Por otra parte, se dice que una señal ha sufrido distorsión en el medio de transmisión cuando cambia su «aspecto» con respecto a la señal original. Dicho fenómeno se produce cuando los efectos sobre amplitud y/o fase y/o frecuencia de los tonos individuales no son uniformes. Por el contario, una señal transmitida y no distorsionada mantiene el mismo «aspecto» que la señal original. En este último caso, los efectos sobre amplitud y/o fase y/o frecuencia de los tonos individuales sí que son uniformes

2.2 Clasificación de la Distorsión

A continuación se clasifica la distorsión eléctrica en función de los parámetros afectados por el medio de transmisión o componente:

  • Frecuencias que componen la señal : Cuando el medio es lineal, las frecuencias que se obtienen en la salida ya estaban presentes en la entrada. Por el contrario, un medio no lineal genera frecuencias adicionales en la señal de salida, garantizando la distorsión.
  • Amplitud: Si una transmisión lineal produce la misma ganancia/atenuación de la amplitud en todas las frecuencias, la señal resultante puede mantener su aspecto original. Por el contrario, la señal es distorsionada si hay al menos dos componentes frecuenciales que son sometidas a distinta ganancia/atenuación.
  • Fase: Cuando en una transmisión lineal la fase de todos los tonos varía linealmente con la frecuencia, todas las componentes sufren el mismo retardo temporal. En consecuencia, asumiendo que no cambia la amplitud de los tonos, la señal global no sufre distorsión porque es una réplica retrasada de la señal original. Sin embargo, si algunas frecuencias se retrasan respecto a otras, la distorsión está garantizada.

Tener en cuenta que esta clasificación no es rígida. Un medio de transmisión, o un componente, pueden producir diferentes combinaciones de los efectos presentados.

Además, hay que tener en cuenta que rara vez un medio es totalmente inocuo con respecto a cualquier parámetro. En general, al hablar de casos sin distorsión, se hace referencia a situaciones donde la distorsión es tan pequeña que se puede despreciar.

Finalmente hay que indicar que el ruido, en la práctica, siempre está presente de una u otra forma en cualquier componente o transmisión. El ruido siempre genera distorsión, aunque, si es lo suficientemente pequeño, también se puede despreciar.

3. Tabla Resumen y Ejemplos

Como resumen, la siguiente tabla sintetiza los efectos de los medios de transmisión sobre las frecuencias que componen una señal, y sobre las amplitudes y las fases de dichas frecuencias:

Parámetro Efectos sin DistorsiónEfectos con Distorsión
FRECUENCIASTransmisión LinealTransmisión No Lineal
AMPLITUD Atenuación / GananciaDistorsión en Amplitud
FASERetardoDistorsión de Fase
Clasificación de posibles efectos de un medio de transmisión sobre las componentes de una señal.

Notar que en este artículo se ha explicado la distorsión desde el punto de vista de la frecuencia. Cambiando el punto de vista la nomenclatura puede variar entre distintos textos. Como ejemplo, en este resumen se denomina distorsión en amplitud al caso en el que las frecuencias que forman una señal cambian su amplitud de forma no uniforme. A veces, en otros textos, este caso se denomina distorsión en frecuencia.

A continuación se explican individualmente cada una de las perturbaciones mostradas en la tabla con ejemplos simples. En cambio, para un análisis más formal de la distorsión lineal, dirigirse a este enlace.


Distorsión en Amplitud =>


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