Republica Bolivariana De Venezuela Universidad Católica Andrés Bello.

Ingeniería en Informática.

( Capa 1)Contenido: Definición De señales.Señales Continuas y Discretas.Propiedades de las señales ContinuasPeriocidad.

Ing. Miguel Esteva

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Clasificación de las señales eléctricas

Figura 1

Figura 2

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Clasificación de las señales eléctricas

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Clasificación de las señales Analógicas

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Periodo y frecuencia

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Relación entre el periodo y la frecuencia

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Fase de una señal

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Señales simples

Son aquellas señales que no están formadas por combinación de otras señales , es decir no se pueden descomponer en señales mas simples.

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Señales Compuestas

Se forma como resultado de la suma de muchas señales con frecuencias y amplitudes diferentes. La metodología para las señales compuestas es a través del “análisis de Fourier”(Dominio en el tiempo).

π/3

3 vol(DC)

2 vol

4 vol

1 vol

f(t)

cos(10πt + π/3)

sen(20πt)

cos(30πt )

Frecuencia fundamental

Primera armónica

Segunda armónica

Nivel de continua (DC)

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Aplicamos la serie de Fourier: f(t) = ao + ∑ [ancos(nwot) + bn.sen(nwot)] (Dominio en el tiempo) , nos queda:

n = 1

f(t) = 3 + 2. cos(10πt + π/3) + 4. sen(20πt) + cos(30πt)Donde:

an = 2 y 4bn = 4ao = 3

cos(nwot) = cos(10πt + π/3) y cos(30πt)sen(nwot) = sen(20πt)

Señales Compuestas

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Transformada de Fourier Es una herramienta matemática que nos permite pasar una función f(t) que este en el dominio del tiempo al dominio de la frecuencia, esto se ilustra en el siguiente grafico:

En el dominio del tiempo, la señal queda completamente definida mediante su.•Amplitud.Frecuencia.fase

En el dominio de la frecuencia, la señal queda completamente definida mediante su.•Amplitud.Frecuencia.fase

Matemáticamente la transformada de Fourier se expresa de la manera siguiente

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La antitransformada de Fourier La antitransformada de Fourier, que nos permite pasar del dominio de la

frecuencia al dominio del tiempo se expresa de la manera siguiente:

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Ejemplos de dominio de la frecuencia y dominio del tiempo

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Expresión de una señal compuesta desde el punto de vista del dominio del tiempo y del dominio de la frecuencia:

Nota: La componente DC es la responsable del desplazamiento hacia arriba de diez unidades en la onda seno

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Expresión de una señal compuesta desde el punto de vista del dominio del tiempo y del dominio de la frecuencia:

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Señales Digitales

Figura 19

Figura 20

Historia del modelo TCP/IP

El Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) creó el modelo TCP/IP porque necesitaba una red que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia, incluso una guerra nuclear.

Para brindar un ejemplo más amplio, supongamos que el mundo está en estado de guerra, atravesado en todas direcciones por distintos tipos de conexiones: cables, microondas, fibras ópticas y enlaces satelitales.

Imaginemos entonces que se necesita que fluya la información o los datos (organizados en forma de paquetes), independientemente de la condición de cualquier nodo o red en particular de la internetwork (que en este caso podrían haber sido destruidos por la guerra).

El DoD desea que sus paquetes lleguen a destino siempre, bajo cualquier condición, desde un punto determinado hasta cualquier otro.

Este problema de diseño de difícil solución fue lo que llevó a la creación del modelo TCP/IP, que desde entonces se transformó en el estándar a partir del cual se desarrolló Internet.

El modelo de referencia TCP/IP TCP/IP: Es el Protocolo de control de transmisión/Protocolo Internet

El modelo de referencia TCP/IP no es mas que una pila de protocolos que hacen que sea posible la comunicación entre dos computadores, desde cualquier parte del mundo, a casi la velocidad de la luz.

Es el estándar abierto de Internet desde el punto de vista histórico y técnico ,

El modelo TCP/IP tiene importancia histórica, al igual que las normas que permitieron el desarrollo de la industria telefónica, de energía eléctrica, el ferrocarril, la televisión y las industrias de vídeos.

Capas del modelo TCP/IP

El modelo TCP/IP tiene cuatro capas:

La capa de aplicación.La capa de transporte.la capa de Internet.la capa de acceso de red.

Nota: Es importante observar que algunas de las capas del modelo TCP/IP poseen el mismo nombre que las capas del modelo OSI. No confunda las capas de los dos modelos, porque la capa de aplicación tiene diferentes funciones en cada modelo.

Capa de aplicación

Incluye los detalles de las capas de sesión y presentación.

Es una capa de aplicación que maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. 

Combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en una sola capa y garantiza que estos datos estén correctamente empaquetados para la siguiente capa.

Capa de transporte La capa de transporte se refiere a los aspectos de calidad del servicio con respecto a la confiabilidad, el control de flujo y la corrección de errores.

El protocolo de la capa de transporte, es el protocolo para el control de la transmisión (TCP), ofrece maneras comunicaciones de red confiables, sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo.

TCP es un protocolo orientado a la conexión.

Mantiene un diálogo entre el origen y el destino mientras empaqueta la información de la capa de aplicación en unidades denominadas segmentos.Nota:

Orientado a la conexión no significa que el circuito exista entre los computadores que se están comunicando (esto sería una conmutación de circuito).

Significa que los segmentos de Capa 4 viajan de un lado a otro entre dos hosts para comprobar que la conexión exista lógicamente para un determinado período. Esto se conoce como conmutación de paquetes

Protocolos TCP/IP

A continuación se ilustra algunos de los protocolos comunes especificados por el modelo de referencia TCP/IP.

En la capa de aplicación, aparecen distintas tareas de red que probablemente usted

no reconozca, pero como usuario de la Internet, probablemente use todos los días.

Estas aplicaciones incluyen las siguientes:

• FTP: File Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de archivos)

• HTTP: Hypertext Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de hipertexto)

• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de correo simple)

• DNS: Domain Name System (Sistema de nombres de dominio)

• TFTP: Trivial File Transfer Protocol (Protocolo de transferencia de archivo trivial)

Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP

Similitudes

Ambos se dividen en capas

Ambos tienen capas de aplicación, aunque incluyen servicios muy distintos

Ambos tienen capas de transporte y de red similares

Se supone que la tecnología es de conmutación por paquetes (no de conmutación por circuito)

Los profesionales de networking deben conocer ambos

Diferencias

TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación y de sesión en la capa de aplicación

TCP/IP combina la capas de enlace de datos y la capa física del modelo OSI en una sola capa .

TCP/IP parece ser más simple porque tiene menos capas

Los protocolos TCP/IP son los estándares en torno a los cuales se desarrolló la Internet,

Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP

Capa de transporte

La capa de transporte involucra dos protocolos: el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de datagrama de usuario (UDP).

Capa de transporte

TCP :

Es un protocolo confiable, orientado a conexión.

Suministra control de flujo a través de ventanas deslizantes, y confiabilidad a través de los números de secuencia y acuses de recibo.

TCP vuelve a enviar cualquier mensaje que no se reciba y suministra un circuito virtual entre las aplicaciones del usuario final.

La ventaja de TCP es que proporciona una entrega garantizada de los segmentos.

UDP :

Es un protocolo no orientado a conexión y no confiable.

Aunque tiene la responsabilidad de transmitir mensajes, en esta capa no se suministra ninguna verificación de software para la entrega de segmentos.

La ventaja de UDP es la velocidad.

Como UDP no suministra acuses de recibo, se envía menos cantidad de tráfico a través de la red, lo que agiliza la transferencia.

Capa de transporte

Capa de Internet

El propósito de la capa de Internet es enviar paquetes origen desde cualquier red en la internetwork y que estos paquetes lleguen a su destino independientemente de la ruta y de las redes que recorrieron para llegar hasta allí.

El protocolo específico que rige esta capa se denomina Protocolo Internet (IP).

En esta capa se produce la determinación de la mejor ruta y la conmutación de paquetes.

Esto se puede comparar con el sistema postal. Cuando envía una carta por correo, usted no sabe cómo llega a destino (existen varias rutas posibles); lo que le interesa es que la carta llegue

Capa de acceso de red

El nombre de esta capa es muy amplio y se presta a confusión.

También se denomina capa de host a red.

Es la capa que se ocupa de todos los aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y luego realizar otro enlace físico.

Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas física y de enlace de datos del modelo OSI.

Introducción

En telecomunicación el término modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea, protegiéndola de posibles interferencias y ruidos.

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Modulación

• Se denomina modulación al proceso de colocar la información contenida en una señal, generalmente de baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.

• Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominada portadora, sufrirá la modificación de alguna de sus parámetros, siendo dicha modificación proporcional a la amplitud de la señal de baja frecuencia denominada moduladora.

• A la señal resultante de este proceso se la denomina señal modulada y la misma es la señal que se transmite.

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Es necesario modular las señales por diferentes razones:

1) Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o moduladora, no será posible reconocer la información inteligente contenida en dicha señal, debido a la interferencia entre las señales transmitidas por diferentes usuarios.

2) A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al medio que se emplee.

3) Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la multiplexación por frecuencias.

4) En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables.

En resumen: la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya que posibilita transmitir más información en forma simultánea por un mismo canal y/o proteger la información de posibles interferencias

Importancia de la modulación

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Diferentes tipos de modulación

Existen diferentes tipos de modulación, se mencionaran las mas importantes tanto en el mundo analógico como digital.

Diferentes tipos de modulación

(o conversión)

ModulaciónDigital/Digital

ModulaciónAnalógico/Digital

ModulaciónDigital/Analógico

ModulaciónAnalógico/Analógico

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Modulación Analógica ( Analógica/Analógica)

Entre ellas tenemos:

Modulación en amplitud (AM)

Modulación en frecuencia (FM)

Modulación en Fase (PM)

ModulaciónAnalógica/analógica

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Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud

Es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.

AM es el acrónimo de Amplitude Modulation (Amplitud modulada), la cual consiste en modificar la amplitud de una señal de alta frecuencia, denominada portadora, en función de una señal de baja frecuencia, denominada moduladora, la cual es al señal que contiene la información que se desea transmitir

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Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud

Alta Frecuencia

Baja Frecuencia

Información

AmplitudModulada (AQM)

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Características de la modulación AM

La amplitud varia, pero su frecuencia se mantiene constante.Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagase por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias (RF). La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605

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Características de la modulación AM

Señal Moduladora (Datos)

Señal Portadora

Señal ModuladaIng. Miguel Esteva

Frecuencia modulada (FM) En telecomunicaciones, la frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación que transmite la información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se Alta FrecuenciaBaja FrecuenciaInformaciónFrecuenciaModulada (FM)mantiene constante

Alta Frecuenci

a

Baja Frecuenci

a

Información

FrecuenciaModulada

(FM)

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•Sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula de forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida.

•La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre el sistema de modulación de amplitud (AM) utilizado alternativamente en radiodifusión.

•La más importante es que al sistema FM apenas le afectan las interferencias y descargas estáticas. Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas por tormentas o sistemas de encendido de los automóviles, producen señales de radio de amplitud modulada que se captan como ruido en los receptores AM.

•Un equipo de FM bien diseñado no es sensible a tales perturbaciones cuando se sintoniza una señal FM de suficiente potencia. Además, la relación señal-ruido en los sistemas FM es mucho mayor que en los AM.

•Por último, las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muy altas, en las que las interferencias en AM son importantes; las estaciones o emisoras comerciales de radio FM tienen frecuencias entre 88 y 108 Mhz.

•El alcance en estas bandas está limitado para que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos cientos de kilómetros sin que se interfieran entre ellas.

•Debido a la saturación en la banda de emisión AM y a la incapacidad de los receptores AM para eliminar los ruidos, la fidelidad tonal de las estaciones normales se limita intencionadamente. La FM no presenta estos inconvenientes y por tanto puede utilizarse para transmitir reproducciones musicales de actuaciones

Características de la modulación FM

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Características de la modulación FM

Señal Moduladora (Datos)

Señal Portadora

Señal Modulada

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Fase modulada (PM) Tipo de modulación que se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía directamente de acuerdo con la señal modulante, resultando una señal de modulación en fase.

Se obtiene variando la fase de una señal portadora de amplitud constante, en forma directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante. La modulación de fase no suele ser muy utilizada porque se requieren equipos de recepción más complejos que los de frecuencia modulada. Además puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal tiene una fase de 0º o 180º.

Alta Frecuencia

Baja Frecuencia

Información

FaseModulada (PM)

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Es el proceso de cambiar una de las características de una señal de base analógica en información basada en una señal digital (ceros y unos). Por ejemplo, cuando se transmiten datos de una computadora a otra a través de una red telefónica pública, los datos originales son digitales, pero d3ebido a que los cables telefónicos (bucle local) transportan señales analógicas, es necesario convertir dichos datos. Los datos digitales deben ser modulados sobre una señal analógica que ha sido manipulada para aparecer como dos valores distintos correspondientes al 0 y al 1 binario.

Modulación Digital( Digital /Analógica)

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Entre ellas tenemos:

Desplazamiento en amplitud (ASK)Desplazamiento en frecuencia (FSK)Desplazamiento en Fase (PSK)Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)

Modulación Digital( Digital /Analógica)

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Desplazamiento en amplitud (ASK)

ASK (Amplitudes-shift keying), es una modulación de amplitud donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora.

Alta Frecuencia

Baja Frecuencia

Información

ASK

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Características y Desventaja de Desplazamiento en amplitud (ASK)

• Características

• Tanto la frecuencia como la fase permanecen constante.

• La amplitud cambia para representar tanto el 1 como el o binario.

• Desventaja: Por desgracia, la transmisión ASK es altamente susceptible a la interferencia por ruidos. El término ruido se refiere a los voltajes no intencionales introducidos dentro de una línea por fenómenos variados tales como el calor o la inducción electromagnética creada por otras fuentes. Estos voltajes no intencionales se combinan con la señal y cambian su amplitud. Un 0 se puede cambiar a un 1 y un 1 a un 0. Ya se puede ver que el ruido es especialmente problemático para ASK, que confía únicamente en la amplitud para el reconocimiento. Habitualmente el ruido afecta la amplitud, por tanto ASK es el método de modulación más afectado por el ruido.

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Representación gráfica de una señal ASK

La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera

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Representación gráfica de una señal ASK

Otra forma de representar una señal ASK

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Desplazamiento en Frecuencia (FSK)

FSK (Frequency-shift keying), es una modulación de frecuencia donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2) próximas a la frecuencia de la señal portadora fp.

Alta Frecuencia

Baja Frecuencia

Información

FSK

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Representación gráfica de una señal FSK

La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera

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Características de una señal FSK

• La frecuencia de la señal portadora cambia para represéntale el 1 y el 0 binario.

• La frecuencia de la señal durante la duración del bit es constante y su valor depende de un bit (0 o 1).

• Tanto la amplitud de pico como la fase permanecen constantes.

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Ventajas de una señal FSK

FSK evita la mayor parte de los problemas de ruidos de ASK. Debido a que el dispositivo receptor está buscando cambios específicos de frecuencia en un cierto número de periodos, puede ignorar los picos de voltaje.

Los factores que limitan la FSK son las capacidades físicas de la portadora.

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PSK - Desplazamiento de fase

PSK (Phase-shift keying), es una modulación de fase donde la señal moduladora (datos) es digital.

Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se tienen en cuenta los desplazamientos de fase y PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones.

Las consideraciones que siguen a continuación son válidas para ambos casos.

Alta Frecuencia

Baja Frecuencia

Información

PSK

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Representación gráfica de una señal PSK

En PSK el valor de la señal moduladora está dado por

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Características de una señal PSK

La fase de la portadora cambia para representar el 1 o el 0 binario.

Tanto la amplitud de pico como la frecuencia permanecen constantes mientras la fase cambia.

Este método se denomina a menudo 2-PSK , o PSK binario

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Tipos de modulación PSK

• Existen diferentes tipos de modulación en PSK, entre ellas podemos mencionar las siguientes:

• PSK o 2PSK• 4PSK o QPSK• 8PSK

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PSK o 2PSK

Permiten representar un bit, debido a que se usan dos fases distintas (0 y 180 grados).

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4-PSK o Q-PSK

Permiten representar un par de bit. El par de bit representados por cada fase se denomina dibit. Usando 4-PSK se puede transmitir datos dos veces más rápido que con 2-PSK. Una fase de 0 grados representa ahora 00, 90 grados representa 01, 180 grados representa 10 y 270 grados representa 11.

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8-PSK Permiten representar tres bit (un tribit ). En lugar de 90 grados se puede variar la señal en desplazamientos de 45 grados. Con ocho fases distintas, cada desplazamiento puede representar 3 bit.

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Desventaja: PSK

Está limitado por la habilidad de los equipos de distinguir pequeñas diferencias en fase. Este factor limita su tasa de bits.

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Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)

• La modulación de amplitud en cuadratura (QAM) significa combinar ASK y PSK

Diagrama de constelación

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Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)Dominio del tiempo

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Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)

Diagrama de constelación

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Demodulación

Es el proceso mediante el cuál es posible recuperar la señal de datos de una señal modulada.

MODEM es un dispositivo de transmisión que contiene un modulador y un demodulador.

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