Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.
A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española —y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.
Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar Océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, disciplina que se encuentra en plena revolución y que continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.
La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.
Comité de Selección
Dr. Antonio Alonso
Dr. Francisco Bolívar Zapata
Dr. Javier Bracho
Dra. Rosalinda Contreras
Dr. Jorge Flores Valdés
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Leopoldo García-Colín Scherer
Dr. Adolfo Guzmán Arenas
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Jaime Martuscelli
Dra. Isaura Meza
Dr. José Luis Morán
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. Ruy Pérez Tamayo
Dr. Julio Rubio Oca
Dr. José Sarukhán
Dr. Alfonso Serrano
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Elias Trabulse
Coordinadora
María del Carmen Farías
La Ciencia para Todos / 149
Primera edición (La Ciencia desde México), 1996
Segunda edición (La Ciencia para Todos), 2002
Tercera edición, 2003
Primera edición electrónica, 2010
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretaría de Educación Pública y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
D. R. © 1996, Fondo de Cultura Económica
Carretera Picacho-Ajusco, 227; 14738 México, D. F.
Empresa certificada ISO 9001:2008
Comentarios:
editorial@fondodeculturaeconomica.com
Tel. (55) 5227-4672
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra, sea cual fuere el medio. Todos los contenidos que se incluyen tales como características tipográficas y de diagramación, textos, gráficos, logotipos, iconos, imágenes, etc., son propiedad exclusiva del Fondo de Cultura Económica y están protegidos por las leyes mexicanas e internacionales del copyright o derecho de autor.
ISBN 978-607-16-0359-3
Hecho en México - Made in Mexico
LAS TELECOMUNICACIONES MODERNAS son un catalizador del desarrollo de las naciones: representan un elemento indispensable para el funcionamiento adecuado de las empresas e instituciones y forman parte de la vida cotidiana de una gran parte de los habitantes de este planeta. Sin embargo, a pesar de estar presentes en muchas de las actividades de la humanidad —al hablar por teléfono, al ver televisión, al escuchar la radio, al realizar una transacción en algún banco—, pocas personas entienden la manera en que se realizan las telecomunicaciones. Lo que la mayoría de las personas sabe es que, de alguna manera, se transmite algo, quizá por arte de magia, utilizando equipos de gran complejidad. Pero ignoran los principios básicos que hacen posible esas transmisiones.
El objetivo de este libro es que el lector entienda los principios en que se basan las telecomunicaciones, y que pueda responder a las siguientes preguntas:
¿Qué es la información?
¿Cómo se transmite y se procesa la información?
¿Cuáles son los componentes de un sistema de telecomunicaciones?
¿Cómo han evolucionado las telecomunicaciones y cómo funcionan los sistemas tradicionales?
¿Hacia dónde están evolucionando las telecomunicaciones?
¿Qué tipo de nuevos servicios o sistemas pueden ser esperados con los nuevos avances tecnológicos?
Para poder responder a estas preguntas se conduce al lector, de manera sistemática, a través de la evolución de las telecomunicaciones. En la introducción se presentan los conceptos fundamentales de las comunicaciones, su uso en épocas remotas, la importancia del concepto “información”, y se menciona a los científicos y tecnólogos destacados que han contribuido de manera significativa al desarrollo de este campo del conocimiento. Asimismo se explica la importancia que tienen las señales y los sistemas, así como la forma en que éstos interactúan —estas ideas se ilustran con numerosos y sencillos ejemplos—. A continuación se ofrece una descripción del funcionamiento de tres sistemas fundamentales en las telecomunicaciones tradicionales: la telegrafía, la telefonía y la radiodifusión.
A partir de la segunda mitad de este siglo se inició un desarrollo tecnológico y científico sin precedente en la historia de la humanidad. La segunda Guerra Mundial fue el escenario que propició muchos sucesos que a la larga nos permitirían llegar a los sistemas y los servicios de telecomunicaciones disponibles en la actualidad. En el capítulo “Hacia las comunicaciones modernas” se analizan los conceptos establecidos en esa época, tales como codificación, criptografía, sincronía, conversión analógico digital, entre otros, que son fundamentales para las telecomunicaciones modernas. Para ello se utiliza el “telégrafo hidráulico con sincronización óptica” —telégrafo muy sencillo, utilizado antes de nuestra era—. En este capítulo también se hace hincapié en las ventajas de las comunicaciones digitales sobre las analógicas.
Ya que uno de los elementos más importantes de los sistemas modernos son las redes de telecomunicaciones —de hecho, en ellas se basan las telecomunicaciones actuales—, en el capítulo V se exponen los conceptos necesarios para entender qué son, para qué sirven, cómo se enlazan y qué tipo de servicios prestan. Finalmente, en el capítulo VI se habla acerca de los servicios modernos de telecomunicaciones, tales como servicios de valor agregado, comunicaciones satelitales, radiolocalización de personas, control de flotillas de vehículos por medio de radio y satélites, etc. El epílogo atisba algunas imágenes de lo que podría ser el futuro del mundo cuando cuente con redes globales y supercarreteras de información. Para facilitar la lectura y aclarar posibles dudas sobre el significado de algunas palabras, un glosario anexo recoge los términos más utilizados en la bibliografía de las telecomunicaciones.
Agradecemos al Fondo de Cultura Económica la paciencia que tuvo durante la elaboración del libro. Asimismo, expresamos nuestro agradecimiento a Jorge Rimblas, Marisol López y Rodrigo Assael por su ayuda en la elaboración de las figuras, a Silvia Guardati por el diseño de la portada, y a Víctor Valadez.
FEDERICO KUHLMANN R.
ANTONIO ALONSO C.
LAS PALABRAS “COMUNICACIÓN” E “INFORMACIÓN” pertenecen al lenguaje cotidiano; de modo común se usan y su significado se conoce en forma intuitiva, nadie subestima su importancia, pero pocas personas podrían definirlas con precisión.
Desde el punto de vista etimológico, la palabra “comunicación” proviene de la raíz latina communicare, es decir, “hacer común” algo. Por otra parte, “información” tiene su origen en las palabras in y formare, es decir, “instruir hacia adentro”. A partir de estas dos palabras, y debido a la importancia que en épocas recientes han cobrado, se ha generado una enorme cantidad de variantes, cada una con un significado muy preciso, aplicable a ciertos tipos de situaciones. Por ejemplo, “telecomunicaciones” significa comunicar a distancia, “informática” (que proviene de “información”, auto y mática) supone el procesamiento automático de la información; telemática es la conjunción de “telecomunicaciones” e “informática”, e implica la transmisión y el procesamiento automático de la información.
En una de las obras de mayor repercusión sobre las telecomunicaciones modernas, A Mathematical Theory of Communication, de Claude Elwood Shannon y Warren Weaver, publicada por la University of Illinois Press en 1949, se define el concepto de comunicación de una manera muy sencilla: “comunicación son todos aquellos procedimientos por medio de los cuales una mente afecta a otra”. Esto incluye voz, texto impreso o escrito, música, artes, teatro y danza. En la misma obra se amplía la idea anterior para incluir la posibilidad de comunicación entre máquinas: “comunicación son todos aquellos procedimientos por medio de los cuales un mecanismo afecta la operación de otro”, y se menciona explícitamente, como ejemplo, el control de aviones.
Pero volviendo a las dos palabras originales (información y comunicación), es necesario mencionar que ambas tienen una gran cantidad de acepciones, y sus significados pueden ser sorprendentemente distintos, como veremos a continuación.
La información es coleccionable, almacenable o reproducible. Se utiliza para tomar decisiones, conduce también a conclusiones acertadas o equivocadas, puesto que puede ser interpretada de diversas formas por distintos individuos, dependiendo de muchos factores subjetivos y del contexto en que se encuentre la persona que la recibe e interpreta. Así como es posible comunicar una noticia, también se comunican los estados de ánimo, opiniones o conocimientos. Citamos un caso a manera de ejemplo: el 19 de junio de 1815, en la bolsa de valores de Londres, un mensajero proveniente de Ostend, Bélgica, entregó en secreto una noticia a Nathan Rothschild. De inmediato, Rothschild vendió todas sus acciones. Los observadores, enterados de que Rothschild tenía fuentes confiables de información, lo imitaron porque supusieron que ello se debía a una victoria napoleónica en Waterloo, lo cual pondría en serios problemas a la prosperidad británica y su hegemonía sobre Europa. Hacia el mediodía, en un mercado de valores totalmente deprimido, Rothschild compró nuevamente todos los valores que él y todos los que lo imitaron habían vendido, a sólo una fracción del precio de las ventas originales. Horas más tarde llegó la noticia de la victoria de Wellington, con lo cual los valores no sólo recuperaron su precio de la mañana, sino que, al estar en manos de una sola persona, éste aumentó… y con ello Rothschild ganó una fortuna, en pocas horas, por tener y manejar adecuadamente información que nadie más poseía.[1]
Todo lo relacionado con las comunicaciones —es decir, las técnicas, la ciencia, la tecnología— se ha visto fuertemente impulsado por las necesidades militares de cada época. Una infinidad de hechos históricos documentan el derrumbe de personajes, la derrota de ejércitos y la pérdida de enormes fortunas, porque alguna de las partes en pugna contaba con información estratégica que las otras partes no poseían.
La mayor influencia sobre las comunicaciones la tuvo la segunda Guerra Mundial: en esa época la humanidad ya se encontraba en la frontera de la revolución tecnológica, misma que las actuales generaciones hemos tenido la oportunidad de presenciar desde hace algunos años. Muchos de los sucesos que condujeron a la conclusión de la guerra, con el resultado que todos conocemos, estuvieron relacionados con la disponibilidad de información oportuna o con la intercepción ingeniosa de información del enemigo. Los requerimientos de comunicaciones instantáneas, seguras y privadas de esa época fueron determinantes para que las comunicaciones sean lo que son hoy en día. Recientemente, un almirante retirado de la Real Armada Británica describió cómo su conocimiento de los códigos con que se enviaban órdenes a los submarinos alemanes le permitió conducir convoyes de los Aliados alrededor de buques enemigos, y cómo esto condujo finalmente a una victoria en el Atlántico. Este tipo de espionaje militar también dio a los Aliados las primeras pistas sobre las armas alemanas basadas en bombas V, por lo cual se decidió el bombardeo del centro de desarrollo estratégico alemán en Peenemünde.[2] También se sabe que, en los últimos días de la guerra, Churchill y Roosevelt se comunicaban telefónicamente sólo si existía la seguridad de que nadie los escuchaba o de que si alguien lo hacía, no los entendería; esto se resolvió con el siguiente esquema: después de establecer una perfecta sincronización entre los equipos de ambos líderes, se usaban dos copias idénticas de grabaciones de ruido. Entonces, en las habitaciones donde iban a realizarse las conversaciones se activaba el inicio de las grabaciones idénticas, con la mayor precisión de tiempo posible (por ejemplo a las 00:00 horas GMT). Con esa ruidosa “música de fondo” transmitían su conversación: mientras uno de ellos sumaba el ruido a su voz antes de la transmisión, el otro lo restaba de lo que recibía (o sea, de la suma de voz y ruido); con esta última operación quedaba sólo la voz en el receptor. Cualquier intercepción de las transmisiones sólo hubiera sido capaz de reproducir el ruido, totalmente ininteligible, debido a que su volumen era mucho mayor que el de la voz.
Se sabe de muchos escándalos financieros en los cuales las personas que poseen información confidencial antes que otras la usan a su favor, y ganan grandes capitales (este uso personal de información confidencial es ilegal en muchos países).
En estos días es difícil pensar que alguien niegue conscientemente que la información tiene un valor; la información ha ido ganando importancia conforme la gente que toma decisiones está convencida de que ésta se puede asociar a un valor real, frecuentemente ligado a un valor material o económico. Esto es distinto de lo que ocurría en otras épocas, cuando predominaban otros bienes y servicios que tenían mayor valor económico. A las épocas de grandes cambios en la historia de la humanidad se les han asignado nombres especiales: el Renacimiento, la Ilustración, Revolución industrial… En nuestros días, segunda década del siglo XXI, es de tal importancia poseer, administrar y transmitir información, que toda la humanidad se ve y se seguirá viendo afectada, influida y posiblemente dominada por quienes tienen, administran y transmiten este recurso, razón por la cual a esta época se le han impuesto los calificativos de sociedad de la información o de revolución electrónica, este último debido a la facilidad con que se procesa y transmite la información por medio de los sistemas modernos basados en dispositivos electrónicos.
Uno de los aspectos más abstractos e importantes de la información es que su valor puede disminuir a lo largo del tiempo. Es decir, en un momento determinado a alguien le puede interesar contar con cierta información, pero ese interés puede decrecer o incluso desaparecer algún tiempo después. Por otra parte, es necesario que la información sea de interés para el individuo que la adquiere o recibe, quien, además, no debe conocer a priori su contenido; en caso contrario, dicha información le resultará irrelevante. Es evidente que este estado de incertidumbre no necesariamente tiene que ser consciente ni voluntario.
La información se origina en una fuente y se hace llegar a su destinatario por medio de un mensaje a través de un canal de comunicación; el destinatario generalmente se encuentra en un punto geográfico distante o, por lo menos, separado de la fuente. La distancia entre fuente y destinatario puede variar desde pocos centímetros (al hablar frente a frente a un volumen normal) hasta cientos y aun miles de kilómetros (como es el caso de transmisiones telefónicas intercontinentales o de transmisiones desde y hacia naves espaciales).
Esto constituye precisamente el problema central de las telecomunicaciones, ya que al haber una fuente que genera información en un punto y un destinatario en otro punto geográfico distante del primero, se trata de saber cuál es la mejor manera de hacer llegar al destinatario la información generada por la fuente, de manera rápida (por la dependencia temporal de la importancia de la información), segura (para garantizar que la información no caiga en manos de alguien que haga mal uso de ella, o a quien simplemente no estaba destinada), y veraz (para garantizar que durante el proceso de transmisión no se alteró el contenido de la información). En nuestros días, influidos fuertemente por aspectos de tipo económico, intervienen además otros factores, tales como el costo de hacer llegar la información de la fuente a su destino. Si el factor costo no fuera determinante, con seguridad conversaríamos telefónicamente con amistades o parientes en otros países sin importar la duración de las llamadas.
El problema central de las telecomunicaciones también fue definido con claridad por Shannon, nuevamente con una sencillez asombrosa, quien estableció que un sistema de comunicaciones consiste en cinco componentes:
1) una fuente de información, 2) un transmisor de información cuya función consiste en depositar la información proveniente de la fuente en un canal de comunicaciones, 3) un canal de comunicaciones, a través del cual se hace llegar la información de la fuente al destino, 4) un receptor que realiza las funciones inversas del transmisor, es decir, extrae la información del canal y la entrega al destinatario, y 5) un destinatario (véase la figura I.1).
FIGURA I.1. Componentes de un sistema de comunicaciones.
Un mensaje se usa para hacer llegar información de fuente a destino, y no es lo mismo un mensaje que la información que éste contiene. Considérese el siguiente ejemplo: Una persona (A) desea enviar cierta cantidad de dinero por medio de un giro telegráfico a otra persona (B). En este caso, A es la fuente, B el destinatario. La información es aquello necesario para conocer la cantidad de dinero y para originar la entrega del mismo a B, y el mensaje es el conjunto de palabras o símbolos telegráficos necesarios para que B conozca la intención de A y para que B pueda disponer del dinero que A le envía.
Desde los orígenes de la humanidad, la forma natural en que la información se transmite entre personas es a través del lenguaje oral. (En la actualidad, también existe la necesidad de transmitir información entre máquinas.) Debido a la naturaleza efímera de los mensajes orales (hay que recordar el dicho popular de que “las palabras se las lleva el viento”), siempre existió el deseo y la necesidad de hacer que el contenido de información sea invariante en el transcurso del tiempo. Ello dio origen a los mensajes escritos, los cuales han evolucionado desde las pinturas rupestres, la escritura cuneiforme, los pictogramas, los jeroglifos y el lenguaje fonético de los fenicios en el siglo XI a.C, hasta los distintos conjuntos de símbolos con que hoy se cuenta. Los precursores de las memorias electrónicas, magnéticas u ópticas de hoy son precisamente el papel y los muros de las cavernas. A lo largo del proceso, para pasar de los mensajes escritos a los símbolos codificados, el hombre inventó y perfeccionó sistemas que son frecuentemente utilizados en la actualidad, tales como la imprenta y la fotografía. Desde la Antigüedad se reconocía la necesidad de transmitir información a distancia. Desde entonces, las soluciones a este problema han estado íntimamente relacionadas con el desarrollo cultural, social y político de la humanidad. Para transmitir información entre dos puntos, primero debe ser “envasada” en un “contenedor”, que posteriormente se enviará a través de un canal; dicho proceso es tan abstracto como el de la misma información, pero se explica con la ayuda de algunos ejemplos: si la información consiste en ideas, decisiones o estados de ánimo, las maneras de enviarla a distancia por medio de palabras, texto impreso, imágenes, ondas acústicas, ondas electromagnéticas o señales intermitentes de humo —por mencionar sólo algunas—, y los canales de comunicación para cada uno de ellos son, respectivamente, el aire, el correo, un cable de televisión, el aire y la atmósfera en los dos últimos casos. De esto se ve que el medio o canal a través del cual se transmite la información es un elemento que impone restricciones sobre los “contenedores” de la información: una onda acústica sólo puede ser transmitida por un canal que conduzca ondas acústicas, y una eléctrica por un medio conductor de señales eléctricas. Afortunadamente, hoy en día, con ayuda de la tecnología es posible solucionar estas limitaciones y convertir señales de un tipo a otro: el precursor de esto es el micrófono, por medio del cual se convierte una señal acústica en una señal eléctrica.