Baudio para niños

El baudio es una unidad de medida que se usa en las telecomunicaciones. Nos ayuda a saber cuántos cambios de señal o "símbolos" se envían por segundo a través de un medio, como un cable o el aire.

El nombre "baudio" viene de Émile Baudot, un ingeniero francés que inventó un aparato de telegrafía y un código especial en 1874. Este código fue muy importante para las máquinas de escribir telegráficas, llamadas teletipos.

Cada símbolo que se envía puede llevar una cantidad diferente de información, medida en bits. Un bit es la unidad más pequeña de información digital, que puede ser un 0 o un 1. La relación entre la velocidad en baudios (cuántos símbolos por segundo) y la velocidad en bits por segundo (cuántos bits por segundo) depende de cuántos bits lleva cada símbolo. Si cada símbolo representa solo un bit, entonces ambas velocidades son iguales.

La relación se puede entender así: Donde:

• : Es la cantidad de bits que se transmiten por segundo (tasa de bits).
• : Es la cantidad de símbolos que se transmiten por segundo (tasa de símbolos o baudios).
• : Es el número de bits que lleva cada símbolo.

El baudio se puede medir en unidades más grandes:

• 1 kBd (kilobaudio) = 1000 Bd
• 1 MBd (megabaudio) = 1000 kBd
• 1 GBd (gigabaudio) = 1000 MBd

En los módems antiguos, la tasa de baudios era muy importante para saber qué tan rápido funcionaban. Por ejemplo, un módem de 9600 baudios podía enviar hasta 9600 cambios de señal por segundo. En los sistemas de comunicación modernos, la tasa de baudios se usa para describir la velocidad de transferencia de datos. Sin embargo, como las técnicas de envío de datos son más complejas, un solo baudio puede representar varios bits. Por eso, es importante entender cómo se codifica la información para saber la velocidad real en bits por segundo.

Cuando se usan técnicas de modulación sencillas, cada baudio representa un bit. Por ejemplo, en un sistema de 2400 baudios con modulación binaria, la velocidad de datos también es de 2400 bits por segundo. Pero en técnicas más avanzadas, como la Modulación por Amplitud en Cuadratura (QAM), cada baudio puede representar muchos bits. Por ejemplo, en 16-QAM, cada símbolo lleva 4 bits, lo que significa que la velocidad en bits puede ser mucho mayor que la velocidad en baudios.

Hoy en día, la tasa de baudios se menciona junto con la tasa de bits y la tasa de símbolos para describir con precisión la velocidad de transmisión de datos. Los sistemas actuales usan técnicas de modulación muy avanzadas, lo que hace que comparar directamente la tasa de baudios con la tasa de bits sea menos sencillo.

Historia del Baudio

En 1926, debido a que existían diferentes tipos de sistemas de telegrafía, la velocidad de transmisión se empezó a definir por el número de intervalos elementales que se enviaban por segundo.

Esta definición se publicó en 1929 en un periódico de telegrafía, donde se propuso el término "baudios" en honor a Émile Baudot.

El objetivo era poder comparar diferentes dispositivos que tenían distintas formas de medir la velocidad, como el número de revoluciones por minuto o el número de palabras por minuto. Con el baudio, se tenía una unidad común.

Por ejemplo, en 1929, una máquina de teletipo que giraba a 210 revoluciones por minuto tenía estas velocidades en baudios:

En 1931, se lograron transmisiones a 50 baudios a través de redes a cientos de kilómetros. En 1933, se alcanzaron transmisiones a 25 baudios a distancias de 58.000 km.

En 1934, se reorganizó el sistema para que la velocidad de transmisión fuera válida para todos los sistemas de telégrafo.

En 1958, en Estados Unidos, el primer módem para computadoras fue el Bell 101, que funcionaba a 110 baudios. En 1960, en Francia, 50 baudios seguía siendo la velocidad normal para el servicio de telégrafo.

En 1962, la Electronic Industries Alliance estandarizó el puerto RS-232, que se usa para conexiones en serie. Ese mismo año, el Bell 103, el segundo módem comercial de AT&T, operaba a través de líneas telefónicas a 300 baudios.

En 1976, aparecieron estándares que operaban a 100 kilobaudios y 10 megabaudios. También se validó el protocolo V.29, que permitía módems de 9600 baudios en circuitos telefónicos.

En 1979, algunos sistemas industriales en Francia funcionaban a 600 baudios. En 1980, el Bell 212A (protocolo V.22) transmitía a 1200 o 600 baudios.

En 1988, la UIT aprobó el estándar V.23, usado en los Minitels, que permitía transferencias a 1200 y 600 baudios, con un canal de retorno a 75 baudios.

En 1998, surgieron módems de 56 kilobits por segundo (protocolo V.90). Después de esto, las conexiones seriales más simples fueron reemplazadas por tecnologías más complejas como las redes inalámbricas y DSL, que no transfieren cada bit en un tiempo fijo.

Relación entre Baudio y Tasa de Bits

La velocidad de símbolos (baudios) está relacionada con la velocidad de bits bruta, que se mide en bits por segundo.

A veces, el término baudio se ha usado incorrectamente para referirse a la velocidad de bits. Esto ocurría porque en los módems antiguos y en las comunicaciones digitales más sencillas, donde cada símbolo representaba solo un bit, ambas velocidades eran iguales. Es decir, un "0" se representaba con un símbolo y un "1" con otro. Sin embargo, en módems y técnicas de transmisión de datos más avanzadas, un símbolo puede tener más de dos estados, por lo que puede representar más de un bit. Un bit siempre representa uno de dos estados (0 o 1).

Si se transportan N bits por símbolo, y la tasa de bits bruta es R (incluyendo la información extra para corregir errores), la tasa de símbolos f_s se puede calcular así:

Ralph Hartley creó una forma de medir la tasa de bits bruta R considerando la información por pulso N como el logaritmo en base 2 del número de mensajes distintos M que se pueden enviar: donde

Aquí, significa redondear x al número entero más cercano hacia arriba. Por ejemplo, .

Cuando M = 2^N, se usan diferentes símbolos. En un módem, estos pueden ser tonos con combinaciones únicas de amplitud, fase o frecuencia. Por ejemplo, en un módem 64QAM, M = 64, por lo que la velocidad de bits es N = log₂(64) = 6 veces la velocidad en baudios. En un código de línea, pueden ser M niveles de voltaje diferentes.

La relación entre bits y baudios no siempre es un número entero. Por ejemplo, en la codificación 4B3T, la tasa de bits es 4/3 de la velocidad en baudios.

Los códigos que tienen muchos símbolos y, por lo tanto, una tasa de bits mayor que la tasa de símbolos, son muy útiles en canales como las líneas telefónicas. Estas líneas tienen un ancho de banda limitado, pero una buena relación entre la señal y el ruido. En otras aplicaciones, la tasa de bits es menor que la tasa de símbolos. Por ejemplo, la modulación de ocho a catorce, usada en los CD de audio, tiene una tasa de bits de 8/14 de la velocidad en baudios.

Módems por Cable

Un cable módem se conecta al sistema de televisión por cable en casa del usuario. Permite enviar y recibir datos a través del cable, generalmente para conectarse a Internet. El cablemódem suele conectarse a una computadora personal o a un router usando una conexión Ethernet.

En la "cabecera" (el punto central de distribución del sistema de cable), un sistema llamado CMTS (Cable Modem Termination System) conecta la red de televisión por cable a Internet. Como los sistemas de cablemódem funcionan al mismo tiempo que los de televisión, las frecuencias para enviar datos (del usuario al CMTS) y recibir datos (del CMTS al usuario) deben elegirse para no interferir con las señales de televisión.

La capacidad de enviar y recibir datos era poco común en los servicios de cable hasta mediados de los años 90, cuando Internet se hizo muy popular. Los módems de cable aparecieron en 1995. Al principio, no eran compatibles entre sí, pero la necesidad de un estándar llevó al desarrollo de la Especificación de Interfaz de Servicios de Datos por Cable (DOCSIS) en 1997 en América del Norte y del Sur.

El estándar DOCSIS 1.0 ofrecía un servicio básico de datos bidireccional de 27 a 56 Mbps de bajada y hasta 3 Mbps de subida para un solo usuario. Los primeros módems DOCSIS 1.0 estuvieron disponibles en 1999. El estándar DOCSIS 1.1, lanzado ese mismo año, añadió la capacidad de voz sobre Internet (VoIP), permitiendo hacer llamadas telefónicas a través del cable. DOCSIS 2.0, publicado en 2002, mejoró las velocidades de subida a unos 30 Mbps.

Todos los cablemódems DOCSIS 1.0 usan QAM en un canal de televisión de seis megahercios para la bajada de datos. Los datos se envían de forma continua y son recibidos por todos los cablemódems. Los datos de subida se transmiten en ráfagas, usando modulación QAM o QPSK (modulación por desplazamiento de fase en cuadratura) en un canal de dos megahercios. En la modulación por desplazamiento de fase (PSK), las señales digitales se transmiten cambiando la fase de la señal portadora según la información.

Como un cable es un canal compartido, todos los usuarios deben compartir el ancho de banda disponible. Esto significa que la velocidad real de un cablemódem depende del tráfico total en la red: si más usuarios están usando el sistema, la velocidad por usuario disminuye. Los operadores de cable pueden manejar más tráfico de datos reduciendo la extensión de cada ramal de fibra coaxial.

Cada cambio en la onda portadora modulada (por ejemplo, un cambio de frecuencia o de fase) se conoce como baudio. En los módems antiguos de los años 60, un baudio representaba un bit. Así, un módem que funcionaba a 300 baudios por segundo (o 300 baudios) transmitía datos a 300 bits por segundo. En los módems modernos, un baudio puede representar muchos bits, por lo que la medida más precisa de la velocidad de transmisión son los bits o kilobits (mil bits) por segundo.

A lo largo de su desarrollo, los módems han aumentado su rendimiento de 300 bits por segundo (bps) a 56 kilobits por segundo (Kbps) y más. Los módems de cable alcanzan velocidades de varios megabits por segundo (Mbps; millones de bits por segundo). A velocidades de bits muy altas, se usan técnicas especiales para reducir errores de transmisión. Además, se pueden usar métodos de "compresión" de datos para enviar más información con menos bits, aumentando la velocidad sin aumentar la tasa de bits.

Tecnologías para Aumentar la Velocidad de Transmisión

A principios del siglo XXI, se están investigando muchas áreas y tecnologías nuevas para aumentar las velocidades de transmisión y mejorar la eficiencia de los sistemas de comunicación. Estas investigaciones buscan superar los límites actuales de los sistemas de comunicación, con el objetivo de aumentar significativamente las tasas de baudios y la capacidad general de transmisión de datos. Esto incluye avances en técnicas de modulación, fibra óptica, nuevas bandas de frecuencia, arquitectura de red y tecnologías cuánticas. Estar al tanto de estos desarrollos nos da una idea de cómo serán las comunicaciones en el futuro.

Técnicas de Modulación Avanzadas

La investigación se enfoca en desarrollar formas más eficientes de modulación, como la Modulación por Amplitud en Cuadratura (QAM) de orden superior y la Multiplexión por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM). Estas técnicas aumentan la cantidad de datos que se transmiten por cada baudio al representar varios bits por símbolo. Con esquemas de modulación avanzados como 256-QAM o 1024-QAM, las tasas de baudios pueden ser muy altas. Por ejemplo, en sistemas de fibra óptica de alta velocidad, se han logrado tasas de baudios de hasta 100 GHz, donde cada baudio puede llevar múltiples bits gracias a la modulación de alto orden.

Tecnologías de Fibra Óptica

• Multiplexión por División de Longitud de Onda (DWDM): Esta tecnología permite enviar múltiples flujos de datos al mismo tiempo a través de una sola fibra óptica, usando diferentes colores de luz (canales). Esto multiplica la capacidad de los sistemas de fibra óptica. Con las tecnologías actuales, cada color de luz puede manejar tasas de baudios de entre 100 y 400 Gbaudios. Combinado con modulación avanzada, las tasas de datos pueden superar 1 Terabit por segundo (Tbps) por fibra.
• Tecnologías de Peine de Frecuencia Óptica: Se están investigando para aumentar aún más el número de canales y el ancho de banda en las comunicaciones ópticas. Se exploran tasas de baudios de hasta varios terahercios (THz) usando estas tecnologías. Por ejemplo, sistemas experimentales han alcanzado tasas de baudios en el rango de 1 THz.

Comunicación en Terahercios

• Banda de Terahercios (THz): La investigación en comunicación THz busca usar el espectro de frecuencias entre las microondas y el infrarrojo. Esto tiene el potencial de ofrecer tasas de datos extremadamente altas. La comunicación THz podría proporcionar anchos de banda y tasas de transmisión mucho mayores que las tecnologías actuales. La investigación en comunicación THz apunta a tasas de baudios en el rango de cientos de gigahercios a terahercios. Los sistemas experimentales han demostrado tasas de baudios de hasta 1 THz.

Tecnologías 5G y Más Allá (6G)

• Redes 5G: El 5G introduce nuevas tecnologías como MIMO Masivo (Múltiples Entradas Múltiples Salidas) y formación de haces avanzada, que mejoran las tasas de datos y la eficiencia. Para los sistemas 5G que usan MIMO avanzado y formación de haces, las tasas de baudios pueden alcanzar hasta 100 GHz en algunas aplicaciones de alta velocidad. Sin embargo, la tasa de datos real depende de la modulación y las condiciones del canal.
• Investigación en 6G: La investigación en 6G está explorando bandas de frecuencia aún más altas (como sub-terahercios) y tecnologías avanzadas como la formación de haces holográfica y superficies inteligentes para impulsar aún más las tasas de transmisión de datos. Las tecnologías 6G están explorando tasas de baudios de hasta varios terahercios. La investigación experimental ha demostrado tasas de baudios en el rango de 1-10 THz, pero su implementación generalizada aún tardará algunos años.

Comunicación Cuántica

• Distribución de Claves Cuánticas (QKD): Esta tecnología proporciona canales de comunicación muy seguros con tasas de transmisión potencialmente altas. La investigación en comunicación cuántica busca aumentar las tasas de datos y la distancia. Los sistemas experimentales que usan entrelazamiento cuántico y fotónica han logrado altas tasas de datos, con tasas de baudios potenciales en el rango de gigahercios para sistemas prácticos.

Tecnologías MIMO (Multiple Input Multiple Output)

• MIMO Masivo: Los avances en MIMO masivo implican usar un gran número de antenas para mejorar la eficiencia y aumentar las tasas de transmisión. Esta tecnología es clave para el 5G y se sigue desarrollando para futuras redes. Con los sistemas MIMO del 5G, las tasas de baudios pueden alcanzar hasta 100 GHz, con posibles aumentos futuros a medida que se desarrollen más antenas y técnicas avanzadas.

Codificación de Red

• Técnicas de Codificación de Red: Estas técnicas codifican datos a través de múltiples rutas de red para aumentar el rendimiento y la eficiencia. La investigación continúa para mejorar la implementación y efectividad de la codificación de red en diferentes situaciones de comunicación.

Códigos de Corrección de Errores Avanzados

• Corrección y Detección de Errores: El desarrollo de códigos de corrección de errores más eficientes, como los códigos LDPC (Paridad de Baja Densidad) y los códigos Turbo, puede mejorar la fiabilidad y la tasa de datos efectiva de los sistemas de comunicación.

Técnicas de Procesamiento de Señales

• Procesamiento de Señales Avanzado: Se están investigando técnicas como la filtración adaptativa, la ecualización y el procesamiento no lineal para mejorar el rendimiento de los sistemas de comunicación y aumentar las tasas efectivas de baudios. Las técnicas avanzadas de procesamiento de señales mejoran la tasa de baudios efectiva al mejorar la calidad de la señal y reducir el ruido. Las tasas de baudios en sistemas prácticos pueden alcanzar hasta 100 GHz o más, dependiendo de la tecnología y la aplicación específicas.

Comunicación Satelital y Espacial

• Satélites en Órbita Baja (LEO): Se están desarrollando redes de satélites LEO para ofrecer internet de alta velocidad en todo el mundo. La investigación busca mejorar las tasas de datos y reducir el tiempo de respuesta.

Ejemplos de Uso del Baudio

En el caso de las máquinas teletipo, que aún se usan en algunos lugares, se decía que la velocidad de transmisión era normalmente de 50 baudios. En este caso, como los eventos eran simples cambios de voltaje (1 para positivo, 0 para negativo), cada evento representaba un solo bit o impulso elemental. Por eso, su velocidad de transmisión en bits por segundo coincidía con la velocidad en baudios.

Sin embargo, en los módems que usan diferentes niveles de codificación digital, por ejemplo, mediante modulación de fase, cada evento puede representar más de un bit. En estos casos, la velocidad en bits por segundo y la velocidad en baudios ya no coinciden.

Véase también

En inglés: Baud Facts for Kids