Una introducción a los sistemas de comunicación electrónica, ancho de banda y capacidad de información, y el ruido eléctrico.

1. UNIDAD I
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
 Definición de sistemas de comunicaciones electrónica
 Diagrama de bloques de un sistema de comunicación genérico
 El ruido y sus efectos
 Ancho de banda y relación señal a ruido
 Servicios de telecomunicaciones

2. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES
ELECTRÓNICAS
El objetivo fundamental de un sistema electrónico de comunicaciones, es transferir
información de un lugar a otro. Por consiguiente, se puede decir que las comunicaciones
electrónicas son la transmisión, recepción y procesamiento de información entre dos o más
lugares, mediante circuitos electrónicos. La fuente de información puede estar en forma
analógica (continua), como por ejemplo la voz humana, o en forma digital (discreta), como por
ejemplo los números codificados en binario o los códigos alfanuméricos. Sin embargo, todas
las formas de información se deben convertir a energía electromagnética antes de ser
propagadas a través de un sistema electrónico de comunicaciones.

3. SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE COMUNICACIONES
La figura 1 muestra un diagrama de bloques simplificado de un sistema electrónico de
comunicaciones, que comprende un transmisor, un medio de transmisión y un receptor.
Figura 1. Diagrama simplificado de bloques de un sistema de comunicaciones electrónicas.
Un transmisor es un conjunto de uno o más dispositivos o circuitos electrónicos que
convierte la información de la fuente original en una señal que se presta más a su transmisión
a través de determinado medio de transmisión. El medio de transmisión transporta las
señales desde el transmisor hasta el receptor. Un receptor es un conjunto de dispositivos y
circuitos electrónicos que acepta del medio de transmisión las señales transmitidas y las
convierte a su forma original.

4. Los dos tipos básicos de comunicaciones electrónicas son analógico y digital. Un sistema
analógico de comunicaciones es aquel en el cual la energía se transmite y se recibe en forma
analógica: una variación continua, como por ejemplo una señal senoidal.
Las comunicaciones digitales abarcan una amplia variedad de técnicas de comunicación, que
incluyen transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es un sistema digital
verdadero, donde los pulsos digitales (con valores discretos) se transfieren entre dos o más
puntos en un sistema de comunicaciones. Los sistemas de transmisión digital requieren una
instalación física entre el transmisor y el receptor, como por ejemplo un conductor metálico o
un cable de fibra óptica.

5. ANCHO DE BANDA Y
CAPACIDAD DE INFORMACIÓN
Las dos limitaciones más importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones
son el ruido y el ancho de banda.
El ancho de banda de una señal de información se define como la diferencia entre las
frecuencias máxima y mínima contenidas en la información, y el ancho de banda de un canal
de comunicaciones es la diferencia entre las frecuencias máxima y mínima que pueden pasar
por el canal (banda de paso).
El ancho de banda de un canal de comunicaciones debe ser suficientemente ancho para pasar
todas las frecuencias importantes del a información, es decir, el ancho de banda del canal de
comunicaciones debe ser igual o mayor que el ancho de banda de la información.

6. TEORÍA DE LA INFORMACIÓN
La teoría de la información es el estudio muy profundo del uso eficiente del ancho de banda
para propagar información a través de sistemas electrónicos de comunicaciones. Esta teoría se
puede utilizar para determinar la capacidad de información de un sistema de comunicaciones.
La capacidad de información es una medida de cuánta información se puede transferir a
través de un sistema de comunicaciones en determinado tiempo.
La cantidad de información que se puede propagar en un sistema de transmisión es una
función del ancho de banda y del tiempo de transmisión. R. Hartley, desarrolló en 1920 la
relación entre el ancho de banda, el tiempo de transmisión y la capacidad de información. En
forma matemática, la ley de Hartley es:
IαBxt
Siendo I = capacidad de información
B = ancho de banda (Hertz)
t = tiempo de transmisión (segundos)

7. La ecuación anterior indica que la capacidad de información es una función lineal, y es
directamente proporcional tanto al ancho de banda del sistema como al tiempo de
transmisión.
C.E. Shannon publicó en 1948 un trabajo donde relacionó la capacidad de información de un
canal de comunicaciones, en bits por segundo (bps), con el ancho de banda y la relación de
señal a ruido. La expresión matemática del límite de Shannon de capacidad de información es:
I =Blog2(1 + S/N)
Es decir,
I = 3.32Blog10(1 + S/N)
Donde,
I = capacidad de información (bits por segundo)
B = ancho de banda (Hertz)
S/N = relación de potencia de señal a ruido (sin unidades)

8. EJEMPLO
Para un canal normal de comunicaciones en banda de voz, con una relación de potencias de
señal a ruido de 1000 (30dB) y un ancho de banda de 2.7kHz, calcule el límite de Shannon de
capacidad de información.

9. ANÁLISIS DE RUIDO
Se define al ruido eléctrico como
cualquier energía eléctrica indeseable
que queda entre la banda de paso de la
señal. La figura 2 muestra el efecto que
tiene el ruido sobre una señal eléctrica.
En términos generales cualquier
perturbación no intencional de la señal se
puede clasificar como “ruido”, y algunas Figura 2. Efectos del ruido sobre una señal . [a] señal
veces es difícil distinguir las diferentes sin ruido [b] señal con ruido
causas que originan una señal
contaminada. El ruido se puede clasificar
en dos categorías: correlacionado y no
correlacionado.
Distorsión: es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella
misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja
de aplicarse.
Interferencia: es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma
similar a las de la señal.

10. Ruido Correlacionado
El ruido correlacionado es aquel que se relaciona mutuamente (se correlaciona) con la señal, y
no puede estar en un circuito a menos que haya una señal de entrada, es decir, no hay señal,
no hay ruido.
Ruido no correlacionado
El ruido no correlacionado está presente independientemente de si haya una señal o no. Se
puede seguir subdividiendo en dos categorías generales: externo e interno.
Ruido externo: el ruido externo es el que se genera fuera del dispositivo o circuito. Hay tres
causas principales del ruido externo: atmosféricas, extraterrestres y generadas por el hombre.
Ruido interno: el ruido interno es la interferencia eléctrica generada dentro de un dispositivo
o circuito. Hay tres clases principales de ruido generado internamente: de disparo, de tiempo
de tránsito y térmico.

11. Ruido Térmico
Este ruido se asocia con el movimiento rápido y aleatorio de los electrones dentro de un
conductor, producido por la agitación térmica.
Los electrones en el interior de un conductor portan una carga negativa unitaria, y la velocidad
cuadrática media (medida de la velocidad de una partícula) de uno de ellos es proporcional a
su temperatura absoluta. En consecuencia, cada paso de un electrón entre choques con
moléculas produce un corto pulso de corriente, que produce un voltaje pequeño a través del
componente resistivo del conductor.
Como este tipo de movimiento del electrón es totalmente aleatorio y es en todas direcciones,
el voltaje promedio en la sustancia debido a esos movimientos es 0V cd. Sin embargo, ese
movimiento aleatorio sí produce una componente de ca.
En resumidas palabras, el ruido térmico es el movimiento aleatorio de los electrones libres
dentro de un conductor, causado por la agitación térmica.

12. En forma matemática la potencia del ruido es:
N = KTB
Donde,
N = potencia del ruido (watts)
B = ancho de banda (Hertz)
K = constante de proporcionalidad de Boltzman (1.38x10-23 joules por grado kelvin)
T = temperatura absoluta, en grados kelvin (la temperatura ambiente = 17 ºC o
290º K)
[Para convertir de ºC a grados kelvin sólo se suman 273º. Por consiguiente, T = ºC + 273]

13. Voltaje de ruido
La figura 3 muestra el circuito equivalente de una fuente de ruido, donde su resistencia interna
(RI) está en serie con el voltaje rms de ruido (VN). Para el peor de los casos, y para la
transferencia máxima de la potencia del ruido, se iguala la resistencia de la carga (R) con la RI.
Así, la caída de voltaje de ruido a través de R es igual a la mitad del voltaje de la fuente (VR =
VN /2), y según la ecuación anterior, la potencia de ruido (N) desarrollada a través del resistor
de carga es igual a KTB.
Figura 3. Circuito equivalente a una fuente de ruido.

14. La ecuación matemática de VN se deduce como sigue:
N = KTB = (VN/2)2 / R = VN2 / 4R
VN2= 4RKTB
VN = √4RKTB
EJEMPLO
Para un dispositivo electrónico que funciona a la temperatura de 17º C, con ancho de banda
de 10kHz, calcular:
(a) La potencia de ruido térmico, en watts y dBm
(b) El voltaje rms del ruido, para una resistencia interna de 100 Ω y una resistencia e carga de
100Ω.