Ondas de televisión

Hace unos días me llegó un corréo electrónico alertándome sobre dos noticias (gracias José Luís). Comentaré la primera de ellas, ya que es la que comete errores mayores de concepto. Comienza con un titular (título y subtítulo), tal que así:

Internet se trasmitirá por ondas de televisión para ofrecer acceso inalámbrico de alta velocidad

[15-03-2007]

Una iniciativa impulsada, entre otras, por Google y Microsoft que intenta que las ondas de televisión se transformen en el nuevo modo de trasmitir Internet

Leyendo esto, uno podría pensar que se trata de acceder a Internet directamente a través de un aparato de televisión, o algo similar. Pero el siguiente párrafo nos aclara lo que se pretende:

Microsoft, Google, Dell, Hewlett-Packard, Intel y Philips se han unido con el propósito de presionar al gobierno de Estados Unidos para que utilice el espacio que no está ocupado por ninguna emisora de televisión para trasmitir en esta frecuencia Internet inalámbrico de alta velocidad.

¡Ah! Ahora está claro. Se refieren al uso de parte del espectro electromagnético asignado a las emisiones de televisión, para redes inalámbricas.

«¿Claro? Pues yo no entiendo nada». Bueno, como supongo sabréis, las transmisiones de radio, televisión, telefonía inalámbrica, y demás, se realizan mediante ondas electromagnéticas. En numerosas ocasiones he comentado que las ondas de radio, microondas, luz visible, rayos X y rayos gamma, son la misma cosa: radiación electromagnética. La única diferencia entre todas ellas es su frecuencia. Así, las microondas, por ejemplo, están entre los 3 y 300 GHz, y la luz visible entre los 384 y 789 THz (aunque para frecuencias superiores al infrarrojo, se prefiere utilizar la longitud de onda). Al conjunto de todas las frecuencias de la radiación electromagnética, se le denomina espectro electromagnético.

A la parte del espectro comprendida entre los 3 Hz y los 300 GHz se la denomina radiofrecuencia, y está regulada por un diversos organismos dependiendo de cada país, que a su vez siguen (o al menos, esa es la idea) las recomendaciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Todas las comunicaciones inalámbricas (radio, televisión, telefonía móvil, etc.) se realizan mediante ondas electromagnéticas en esta porción del espectro, y la UIT se encarga de definir una serie de recomendaciones relativas al uso de frecuencias, y así evitar un caos en el que cada uno emita como quiera, y cree interferencias en los demás. Para facilitar esta tarea, el espectro de radiofrecuencia se ha dividido en bandas o rangos de frecuencias, cada una con un nombre y rango definido.

Las emisiones de televisión terrestre, se asignan típicamente en las bandas de VHF (entre 30 y 300 MHz) y UHF (entre 300 MHz y 3 GHz), nombres que supongo a todos os sonarán (al menos, a los que vivieron la llegada de «la segunda cadena» en España). Estas bandas no se utilizan sólo para la televisión, sino que hay multitud de emisiones conviviendo en ellas, como la radio FM, la telefonía móvil, o el WiFi. Normalmente, para emitir en estas bandas, hay que realizar una serie de papeleo, y que el organismo correspondiente te asigne una frecuencia (en España, creo que es la CMT es la Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información, que depende del Ministerio de Industria). Sin embargo, hay determinados rangos que están definidos como «libres». Es lo que ocurre por ejemplo con las frecuencias utilizadas por los estándares WiFi, por lo que uno puede montarse una red inalámbrica sin pedir permiso a nadie (aunque puede haber variaciones dependiendo del país).

Antes de seguir, conviene saber lo que es la modulación y el ancho de banda. ¿Los qué? Bueno, lo explicaré poniendo un ejemplo muy sencillo. Como sabéis, el sonido es una vibración mecánica que se transmite en un medio. Estas vibraciones u ondas mecánicas pueden transformarse en variaciones de corriente eléctrica mediante un micrófono, y posteriormente, estas variaciones de corriente pueden convertirse en ondas electromagnéticas mediante una antena. La mayor parte de la voz humana está comprendida en un rango de frecuencias aproximado de 300 Hz a 4 KHz. Si quisieramos convertir un sonido de este tipo en una onda electromagnética, así sin más, sin ningún tipo de modificación, necesitaríamos una antenas kilométricas. ¿Por qué? Bueno, hace tiempo expliqué que para transmitir emitir una onda electromagnética de forma eficiente, necesitamos una antena con una longitud igual a la mitad de la longitud de onda de la señal a emitir. A 3 KHz, por ejemplo, la longitud de onda es de 100 km, y a 300 Hz de 1.000 km. Como antenas de este tipo serían muy costosas, debemos «trasladar» nuestra señal de voz a frecuencias más altas.

¿Cómo? Bien, partamos de una onda que sea un tono puro o perfecto, es decir, una función senoidal de frecuencia y amplitud constante, cuya frecuencia sea muy alta, comparada con la máxima que puede alcanzar la voz, como por ejemplo, 1 MHz. A esta onda la llamaremos portadora. Ahora, usemos nuestra señal de voz como «patrón» para moldear la amplitud de la portadora. Obtendremos una onda con la misma frecuencia principal que la portadora, cuya amplitud varía con nuestra señal original. Estamos modulando la amplitud de la portadora, por lo que a esta técnica se le conoce como modulación de amplitud, o Amplitud Modulada (la famosa AM, aunque en la práctica se utilizan variaciones de este esquema). Dado que la frecuencia principal es la de la portadora, nuestra nueva señal está en torno a 1 MHz. Recordemos que nuestra señal original tenía un rango de frecuencias de entre 300 Hz y 4 KHz. Un tono puro, tiene una única frecuencia, pero una señal variable no senoidal ocupa varias frecuencias. Al modular la amplitud de la portadora, lo que hacemos es trasladar esas frecuencias en torno a la de la portadora, tanto por encima como por debajo. Así que tenemos una señal que ocupa el rango entre 1 MHz menos 4 KHz y 1 MHz más 4 KHz, es decir, entre 996 KHz y 1.004 KHz. Podemos pensar que nuestra señal tiene un «ancho» de 8 KHz, y precísamente, a eso se le llama ancho de banda.

La voz humana representa una pequeña parte del rango de frecuencias que es capaz de percibir nuestro oído. El límite superior de nuestro oído está en torno a los 20 KHz, y una orquesta interpretando una sinfonía, ciertamente llena todo ese rango. Si queremos transmitir música sin pérdida ni distorsión, nuestra señal original debe ser de 20 KHz, por lo que si utilizamos la técnica explicada, tendremos una señal con un ancho de banda de 40 KHz. Vemos que cuanta más información queremos modular, más ancho de banda ocupará nuestra señal.

Pero la AM no es la única técnica de modulación. Imaginemos que cogemos nuestra señal portadora, y en vez de modificar su amplitud, lo que hacemos es modificar su frecuencia, utilizando nuestra señal portadora como patrón. En este caso tenemos... ¿lo adivináis? ¡Exacto! la llamada modulación de frecuencia, o Frecuencia Modulada (FM). Es inmediato darse cuenta de que ambos tipos de modulación no son compatibles, de forma que si utilizamos uno de ellos, debemos utilizar el mismo tipo de técnica, pero al reves, para extraer la señal original. Así, para escuchar una transmisión en AM, necesitamos un aparato demodulador de AM. Si utilizáramos uno de FM, sólo obtendríamos un ruido ininteligible (óbviamente, la mayoría de los receptores de radio tienen ambos tipos de demoduladores, que seleccionamos con un botón, palanquita o similar; además, las emisoras comerciales de AM y FM, operan en frecuencias distintas).

Hemos estado hablando de sonido, pero ¿y la transmisión de imágenes? ¿y la de datos? Dado la distinta naturaleza de la información original, parece también evidente que se utilizan técnicas de modulación muy diferentes. En la televisión, por ejemplo, tenemos una señal de vídeo y otra de audio, y la señal de vídeo está compuesta por tres señales, cada una correspondiente a uno de los tres colores primarios aditivos, rojo, verde y azul (como siempre, la realidad es algo más complicada, ya que la modulación de estas tres señales es muy peculiar, debido a que al principio debía ser compatible con la TV en blanco y negro).

A la hora de repartir el espectro electromagnético, hay que tener en cuenta el ancho de banda de la señal. Una señal de TV, por ejemlpo, tiene un ancho de banda mucho mayor que el de una señal de radio FM, dado que hay mucha más información que transmitir. Al emitir en una determinada frecuencia, no sólo estas ocupando esa frecuencia concreta (la de la portadora), sino todo el ancho de banda necesario a su alrededor. Al asignar frecuencias para determinados usos, hay que dejar entre unas y otras la suficiente separación, para que no se nos mezclen parte de dos señales distintas.

Ya tenemos los conocimientos necesarios para entender de qué va realmente la noticia. Es de suponer que existirán muchas zonas geográficas en las que la zona del espectro reservada para las emisiones de TV, tenga frecuencias disponibles, puesto que no tenemos cientos de canales de televisión terrestre. El ancho de banda de la televisión analógica terrestre es bastante grande (aproximadamente 7 MHz), y podrían aprovecharse esos huecos para transmitir datos y formar redes inalámbricas de ordenadores. Pero claro, para eso se necesitan ciertos permisos, y de eso trata la noticia, de que algunas empresas están presionando al gobierno estadounidense para asignar determinadas frecuencias de TV no utilizadas, para redes inalámbricas.

Eso de las «ondas de televisión» parece dar a entender que se pretenden utilizar emisiones de TV para acceder a Internet, o algo así, lo cual no tiene ningún sentido, ya que tanto la naturaleza de la información transmitida, como la modulación utilizada, es totalmente diferente.