CI19.2 Presentaciones: Introduccion a los sistemas de comunicación

Sistemas de
telecomunicación
COMUNICACIONES INALÁMBRICAS E
INTERNET DE LAS COSAS
12/18/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC 1
Francisco Sandoval
fasandoval@utpl.edu.ec
2019
Maestría en Ciencias de la Computación

Agenda
✓Introducción a las comunicaciones inalámbricas
✓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.
212/18/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC

Comunicaciones
inalámbricas
INTRODUCCIÓN

Evolución de los sistemas
inalámbricos 1990 - 2015

• Más capacidad
• Buena calidad
• Múltiples aplicaciones: rápida
respuesta
• Largo volumen de información
Usuarios (quieren)
• Más suscriptores = más ingresos
• Uso más eficiente de recursos
con QoS
Operadoras (quieren)
• Recursos limitados (ancho de
banda y potencia)
• Canal adverso
• Con y sin línea de vista
• Interior y/o exterior
• Servicios multimedia con
diferente requerimiento de
QoS
• Gran # de nodos y red
dinámica
Ambiente & Servicios
DEMANDAS Ambiente & Servicios
Redes móviles

4G

5G

Fuente: https://medium.com/@mattrmclaren/why-the-internet-of-things-iot-will-rule-the-world-6a66d9cb060b
5G

¿Pueden las comunicaciones
inalámbricas cubrir todas
estas necesidades?
¿Qué técnicas (capa física) conoces
tú, que se utilizan o utilizarán en
las nuevas generaciones de redes
inalámbricas?

Fuente: http://5gmobile.fel.cvut.cz/activities/
5G

Tus conocimientos sobre comunicaciones inalámbricas son:
¿Trabajas dentro del campo de las comunicaciones inalámbricas?
¿En qué área?
Redes móviles
WLANs
Comunicaciones satelitales
Microondas
Básicos Medios Avanzados
Tú interés por comunicaciones inalámbricas es:
Bajo Medio Alto

Sistema de
telecomunicación

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)

Fuente de
información
Perturbaciones
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

Transmisión en banda base
Enviar la señal de información directamente al sistema de transmisión.

Transmisión con modulación
Trasladar las componentes espectrales de la señal a frecuencias más altas.

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.

Fuente de
información
Perturbaciones
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.

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

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

Canales sin hilos (ondas
radioeléctricas)
Onda de superficie
Onda ionosférica
Onda espacial
Onda de dispersión
•Onda directa
•Onda reflejada
•Onda multitrayecto

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. …)

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.

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.

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.

Fuente de
información
Perturbaciones
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).

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

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

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.

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.

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

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.

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

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)

Referencias
3612/18/2019 FRANCISCO SANDOVAL | FASANDOVAL@UTPL.EDU.EC

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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