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INTERNET DE LAS COSAS
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Francisco Sandoval
fasandoval@utpl.edu.ec
2019
Maestría en Ciencias de la Computación
Agenda
✓Sistema de telecomunicación
▪ Fuente de información
▪ Transmisor
▪ Canal
▪ Receptor
✓ Clasificación de los sistemas de telecomunicación
✓ Parámetros de calidad y recursos de un sistema de transmisión.
23/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 3
Sistema de Telecomunicación
Fuente de
información
Transmisor Canal Receptor Destino
Perturbaciones
Sistema de Transmisión
Fuente de información
Elemento que genera la información
Analógica
Información a
transmitir la señal
continua en el
tiempo 𝑥(𝑡)
Ej: voz (salida de
micrófono),
temperatura (salida
de un sensor)
Digital
Información consiste en
símbolos perteneciente a un
alfabeto finito y se envía a
intervalos de tiempo fijos.
Ej: cada 𝑇 segundos
se envía un 0 (0
voltios) o un 1 (5
voltios)
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 4
Sistema de Telecomunicación
Fuente de
información
Transmisor Canal Receptor Destino
Perturbaciones
Sistema de Transmisión
Transmisor
- Prepara la información para ser enviada por el canal.
- Adapta la señal a la forma requerida por el canal y le da la potencia
necesaria.
Transmisión en
banda base
Transmisión con
modulación
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 5
Transmisión en banda base
Enviar la señal de información directamente al sistema de transmisión.
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 6
Transmisión con modulación
Trasladar las componentes espectrales de la señal a frecuencias más altas.
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 7
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Modificar alguna característica de una señal de tipo
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en torno a la frecuencia de la portadora.
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tiene mejores
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-> estrechamente relacionada con el tipo
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Canales de
comunicación
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Requieren instalación y
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La potencia se atenúa
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La potencia se atenúa según
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3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 10
Canales (medios) guiados
Medio Características Ancho de banda
Fibras ópticas ▪ No hay conductores
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▪ Dieléctricos de decenas de micras de
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Guías de onda ▪ Un solo conductor
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Coaxial ▪ Dos conductores Decenas de MHz
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Canales sin hilos (ondas
radioeléctricas)
Onda de superficie
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Onda espacial
Onda de dispersión
•Onda directa
•Onda reflejada
•Onda multitrayecto
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 12
Modelos matemáticos de canales
¿Por qué se habla de modelos de canales?
Porque en sistemas de telecomunicación es muy habitual considerar
que los transmisores y receptores son ideales y atribuir al canal los
efectos indeseados (distorsión, ruido, etc. …)
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3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 15
Compartición de canal.
Multiplexación de la información.Esquemastípicos
Multiplexación por
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señales comparten el canal, (utilizando
la misma banda de frec. Y transmisión
simultánea), las comunicaciones pueden
separarse.
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Sistema de Telecomunicación
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Transmisor Canal Receptor Destino
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Receptor
Recupera la información con la mayor fidelidad posible.
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recibida sea lo más
parecida a la enviada.
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3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 17
Sistemasdecomunicación
Direccionalidad
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3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 19
Sistemas digitales
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sencilla y uniforme e independiente de la
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•Factores sistémicos: soportan con el
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Limitaciones
• Requiere perfecta
sincronización de todo el
sistema.
• Normalmente ocupa un
ancho de banda mayor que
los sistemas Analógicos.
• Si la fuente de información es
analógica, se requiere
conversión A/D y D/A.
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 20
Parámetros de calidad de un
sistema de telecomunicación
Sistemas analógicos
“semejanza” entre la señal a la salida del
receptor y la señal de información original
Degradación por ruido: SNR
= Signal to Noise Ratio
(S/N)
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de señal y potencia de
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distorsión + Interferencias
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digitales
“semejanza” entre los
bits decodificados en
el receptor y los bits
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BER = bit error rate =
Probabilidad de error =
cociente entre el número
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bits transmitidos.
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 21
Parámetros de calidad de un
sistema de telecomunicación
▪ Un sistema de comunicaciones está diseñado en un contexto de
numerosas limitaciones: coste, consumo de energía, tecnologías
disponibles, etc.
▪ ¿Con qué recursos se cuenta para garantizar la calidad?
▪ Dos recursos especialmente importantes, porque limitan las
posibilidades de implantar otros sistemas de comunicaciones son:
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3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 22
Ancho de banda
Relacionado con la máxima cantidad de información que se puede transmitir
con una calidad determinada por un canal dado.
Caso analógico: Dado un
grado máximo de distorsión,
el ancho de banda limita la
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Caso digital: Ancho de banda
limita el número máximo de
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segundo.
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 23
Ancho de banda
Sistemas analógicos: las variaciones bruscas de la señal son suavizadas por la
anchura finita de la banda del canal
Sistemas digitales: la banda del sistema limita la velocidad binaria del sistema
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 24
Potencia
A mayor potencia
transmitida, mayor
SNR y menor BER.
El sistema
resultante es mucho
más caro (consume
más y sobre todo
interfiere más a
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comunicación)
Referencias
253/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC
3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 26
Referencias
➢ Jorge A. Ruiz Cruz, Teoría de la comunicación, 2° Ing. De
Telecomunicación, Escuela Politécnica Superior, Universidad
Autónoma de Madrid, 2007.
Francisco Sandoval
2019
fasandoval@utpl.edu.ec
https://sites.google.com/view/fasandovaln

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CI19 - Presentación 1: Introduccion a los sistemas de comunicación

  • 1. Sistemas de telecomunicación COMUNICACIONES INALÁMBRICAS E INTERNET DE LAS COSAS 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 1 Francisco Sandoval fasandoval@utpl.edu.ec 2019 Maestría en Ciencias de la Computación
  • 2. Agenda ✓Sistema de telecomunicación ▪ Fuente de información ▪ Transmisor ▪ Canal ▪ Receptor ✓ Clasificación de los sistemas de telecomunicación ✓ Parámetros de calidad y recursos de un sistema de transmisión. 23/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC
  • 3. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 3 Sistema de Telecomunicación Fuente de información Transmisor Canal Receptor Destino Perturbaciones Sistema de Transmisión Fuente de información Elemento que genera la información Analógica Información a transmitir la señal continua en el tiempo 𝑥(𝑡) Ej: voz (salida de micrófono), temperatura (salida de un sensor) Digital Información consiste en símbolos perteneciente a un alfabeto finito y se envía a intervalos de tiempo fijos. Ej: cada 𝑇 segundos se envía un 0 (0 voltios) o un 1 (5 voltios)
  • 4. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 4 Sistema de Telecomunicación Fuente de información Transmisor Canal Receptor Destino Perturbaciones Sistema de Transmisión Transmisor - Prepara la información para ser enviada por el canal. - Adapta la señal a la forma requerida por el canal y le da la potencia necesaria. Transmisión en banda base Transmisión con modulación
  • 5. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 5 Transmisión en banda base Enviar la señal de información directamente al sistema de transmisión.
  • 6. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 6 Transmisión con modulación Trasladar las componentes espectrales de la señal a frecuencias más altas.
  • 7. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 7 Modulación de canal Modificar alguna característica de una señal de tipo sinusoidal de acuerdo a la señal de información. El espectro de la señal resultante estará concentrado en torno a la frecuencia de la portadora. Adaptar la señal de información a la banda de frecuencias en las que el canal tiene mejores características. Multiplexar el canal entre varios usuarios. Combatir el ruido y la interferencia.
  • 8. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 8 Sistema de Telecomunicación Fuente de información Transmisor Canal Receptor Destino Perturbaciones Sistema de Transmisión Canal: Medio físico por el que se envía la información. Introducirá perturbaciones en la señal de información. El tipo de canal viene marcado (fundamentalmente) por la banda de frecuencia empleada en la comunicación -> estrechamente relacionada con el tipo de servicio/aplicación del sistema.
  • 9. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 9 Canales de comunicación Guiados (cableados) Par trenzado Cable coaxial Fibra óptica Requieren instalación y mantenimiento de línea. La potencia se atenúa según exp(−2𝛼𝑑), 𝛼 = constante depende del medio guiado, 𝑑 = distancia. No guiados (inalámbricos) Emisión por radio Microondas terrestres Microondas por satélite Luz (infrarrojos/láser) Con poner las antenas es suficiente, pero la señal puede no ser estable (condiciones atmosféricas, reflexiones, etc.) La potencia se atenúa según 𝑐𝑡𝑒 𝑑2
  • 10. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 10 Canales (medios) guiados Medio Características Ancho de banda Fibras ópticas ▪ No hay conductores ▪ Atenuación muy baja ▪ Dieléctricos de decenas de micras de grosor GHz’s Guías de onda ▪ Un solo conductor ▪ Muy alta potencia Cientos de MHz Líneas planares ▪ Dos conductores Coaxial ▪ Dos conductores Decenas de MHz Par trenzado ▪ Dos conductores Cientos de KHz
  • 11. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 11 Canales sin hilos (ondas radioeléctricas) Onda de superficie Onda ionosférica Onda espacial Onda de dispersión •Onda directa •Onda reflejada •Onda multitrayecto
  • 12. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 12 Modelos matemáticos de canales ¿Por qué se habla de modelos de canales? Porque en sistemas de telecomunicación es muy habitual considerar que los transmisores y receptores son ideales y atribuir al canal los efectos indeseados (distorsión, ruido, etc. …)
  • 13. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 13 Modelos matemáticos de canales •Modelo más simple que incluye perturbaciones. Canal con ruido aditivo •Modelo real de los canales guiados y no guiados vistos (cables, fibras, ondas radioeléctricas, …) en condiciones estacionarias, en el que las perturbaciones se modelan como una señal de ruido. Canal lineal e invariante (LTI) con ruido aditivo •La relación entre 𝑦(𝑡) y 𝑥(𝑡) ya no se puede expresar en la frecuencia con una simple multiplicación de sus espectros asociados. •Ej.: comunicaciones móviles Canal lineal (sin la condición de invarianza temporal) con ruido aditivo Otros: con perturbaciones de otro tipo, interferencias.
  • 14. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 14 Compartición de canal Multiplexación de la información En casi todos los sistemas de telecomunicación suele cumplirse que un canal tiene más capacidad que la que requiere la transmisión de un único usuario. Ej: la señal de voz tiene ancho de banda de KHz’s y un coaxial permite anchos de banda de MHz’s. Establecer mecanismos para que las comunicaciones de varios usuarios puedan compartir un mismo canal, sin que interfieran unas con otras.
  • 15. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 15 Compartición de canal. Multiplexación de la información.Esquemastípicos Multiplexación por división en frecuencia (FDM) Distintos usuarios usan frecuencias de emisión diferentes Multiplexación por división en tiempo (TDM) Los usuarios utilizan el canal por turnos, durante un tiempo que se le asigna solo a el. Multiplexación por división de código (CDM) La señal de cada usuario se marca con un código, de modo que aunque estas señales comparten el canal, (utilizando la misma banda de frec. Y transmisión simultánea), las comunicaciones pueden separarse.
  • 16. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 16 Sistema de Telecomunicación Fuente de información Transmisor Canal Receptor Destino Perturbaciones Sistema de Transmisión Receptor Recupera la información con la mayor fidelidad posible. Recuperar Banda Base: se limita a amplificar. Con modulación: realizar demodulación; Fidelidad Rechazar (filtrar) todas las señales que no se correspondan con la deseada. Análogo: la señal recibida sea lo más parecida a la enviada. Digital: Cuando se transmite un 1 (0), se reciba un 1 (0).
  • 17. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 17 Sistemasdecomunicación Direccionalidad Dúplex Existe intercambio de información en ambos sentidos (Ej.: telefonía convencional) Semidúplex Ambos sentidos alternativamente (Ej. Radiocomunicaciones móviles) Simplex Sólo es posible en un sentido (Ej. Radiodifusión) Diplex Transmisión simultánea de dos informaciones de distinta naturaleza sobre una misma portadora (Ej.: TV análoga, con imagen y sonido) Técnica de transmisión Tx análoga Tx digital
  • 18. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 18 Tx Análoga: • Todas las componentes de la red (líneas, terminaciones, conmutaciones) contribuyen a la degradación de la señal. • Información y señalización deben transmitirse sin exceder los límites específicos para distorsión (amplitud y retardo), ruido, diafonía, … • Control poco flexible (limita la incorporación de servicios avanzados) Tx. Digital • Regeneración de la señal
  • 19. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 19 Sistemas digitales Ventajas •Factores tecnológicos: Tecnología sencilla y uniforme e independiente de la naturaleza u origen de la información. •Factores sistémicos: soportan con el mismo formato una variedad muy grande de señales lo que facilita el ajuste, control e integración de servicios. •Factores económicos: Se consigue economía de escala y aprovecha la sinergia de la convergencia de la informática y las comunicaciones. •Permite multiplexación: TDMA, FDMA, CDMA. Limitaciones • Requiere perfecta sincronización de todo el sistema. • Normalmente ocupa un ancho de banda mayor que los sistemas Analógicos. • Si la fuente de información es analógica, se requiere conversión A/D y D/A.
  • 20. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 20 Parámetros de calidad de un sistema de telecomunicación Sistemas analógicos “semejanza” entre la señal a la salida del receptor y la señal de información original Degradación por ruido: SNR = Signal to Noise Ratio (S/N) Cociente entre la potencia de señal y potencia de ruido Otras perturbaciones: S/(N+D+I), S=señal sin perturbaciones, N+D+I = potencia de ruido + distorsión + Interferencias Sistemas digitales “semejanza” entre los bits decodificados en el receptor y los bits enviados BER = bit error rate = Probabilidad de error = cociente entre el número de bits erróneos recibidos sobre el número total de bits transmitidos.
  • 21. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 21 Parámetros de calidad de un sistema de telecomunicación ▪ Un sistema de comunicaciones está diseñado en un contexto de numerosas limitaciones: coste, consumo de energía, tecnologías disponibles, etc. ▪ ¿Con qué recursos se cuenta para garantizar la calidad? ▪ Dos recursos especialmente importantes, porque limitan las posibilidades de implantar otros sistemas de comunicaciones son: o Ancho de banda o Potencia transmitida
  • 22. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 22 Ancho de banda Relacionado con la máxima cantidad de información que se puede transmitir con una calidad determinada por un canal dado. Caso analógico: Dado un grado máximo de distorsión, el ancho de banda limita la máxima velocidad de cambio de la señal. Caso digital: Ancho de banda limita el número máximo de bits transmitidos por segundo.
  • 23. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 23 Ancho de banda Sistemas analógicos: las variaciones bruscas de la señal son suavizadas por la anchura finita de la banda del canal Sistemas digitales: la banda del sistema limita la velocidad binaria del sistema
  • 24. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 24 Potencia A mayor potencia transmitida, mayor SNR y menor BER. El sistema resultante es mucho más caro (consume más y sobre todo interfiere más a otros sistemas de comunicación)
  • 25. Referencias 253/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC
  • 26. 3/27/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 26 Referencias ➢ Jorge A. Ruiz Cruz, Teoría de la comunicación, 2° Ing. De Telecomunicación, Escuela Politécnica Superior, Universidad Autónoma de Madrid, 2007.