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Telecomunicaciones parte 1

Este documento presenta una introducción a los conceptos básicos de las telecomunicaciones. Explica que las telecomunicaciones involucran la transmisión de información a través de medios como cables, ondas de radio u ópticos. También describe los componentes clave de un sistema de telecomunicaciones como la fuente, procesadores y medios de transmisión, y analiza las características y usos de diferentes medios de transmisión físicos y no físicos para transmitir información.

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1 Introducción a Telecomunicaciones
3 Introducción Telecomunicación: es toda emisión, transmisión y recepción de signos, señales, escritos e imágenes, sonidos e informaciones de cualquier naturaleza, realizadas por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos Modelo de un sistema de telecomunicación: Fuente origen Procesador de emisión Medio de transmisión Procesador de recepción Destino Perturbaciones Medios de transmisión: Naturales: Atmósfera, agua, tierra, etc. Artificiales: Cables, guías de onda, fibras ópticas, etc.
4 Estructura de la comunicación  Señal: Función del tiempo que transporta los datos.  Datos: Representación de hechos o conceptos que tienen una forma adecuada para comunicaciones.  Información: Significado asignado a los datos por medio de alguna convención.
5 Tareas de un sistema de comunicaciones  Interfaz.  Generación de señales.  Formateo de mensajes.  Direccionamiento.  Control de flujo.  Enrutado.  Detección de errores.  Corrección de errores.  Recuperación.  Protección.  Utilización del sistema de comunicaciones.  Administración del sistema.
6 Medios de transmisión
7 Características del Medio de Transmision Atenuación   dB P P log 10 A R T  PT: señal transmitida PR: señal recibida 2 P P dB 3 R T     dBm mW 1 ) mW ( P log 10 PdBm  Distorsión: el medio de transmisión no es lineal y actúa distorsionando la señal a) modificando las características de la atenuación con la frecuencia b) generando frecuencias no presentes en el emisor. Interferencias: señales de naturaleza similar o de frecuencia próxima a la señal a transmitir. Ruido: señales indeseables que se suman a la señal útil. Ruido térmico, ruido atmosférico, ruido ambiental
8 Espectro electromagnético
9 Espectro electromagnético
10 Estado concentraba: Políticas, normas, prestación y fiscalización de servicios Monopolio estatal suministraba el servicio de LDN y LDI Altas barreras de ingreso al mercado Baja productividad, tarifas subvencionadas Ley de Capitalización (1994) Ley de Telecomunicaciones (1995) Pasar la provisión estatal a la administración privada Funciones normativas y regulatorias definidas Política de introducción de competencia en los mercados Calidad de servicios Precios regulados (tiendan a costo) Mayor cobertura geográfica LAS REFORMAS ESTRUCTURALES EN BOLIVIA
11 Asignación socialmente deseable Mayor cobertura Menor costo Menores precios LOS OBJETIVOS DE LA REFORMA DESDE UNA PERSPECTIVA NORMATIVA
12 USUARIO OPERADOR REGULADOR ESTADO LOS OBJETIVOS DE LA REFORMA DESDE LA PERSPECTIVA DE LOS COLECTIVOS SOCIALES
13 Amplia y variada oferta de servicios Competencia plena y sostenible y regulación a operadores específicos Precios y tarifas con base en costos eficientes Optimización de la inversión en infraestructura Privilegios de exclusividad en los principales mercados Regulación de servicios no competitivos Acceso sujeto al cumplimiento de metas Defensa del consumidor concentrada en la atención de reclamos Plan de Apertura del Mercado de Telecom. TRANSFORMACIONES DE SEGUNDA GENERACIÓN Concesiones y licencias sin costo, multiportador en LD y fomento a la convergencia. Ofertas básicas de interconexión
14 Medios de Transmisión
15 Ancho de banda  El ancho de banda es el rango de frecuencias donde el contenido frecuencial es significativo.  Siempre es medido sólo para frecuencias positivas.  En una señal: Rango de frecuencias donde se encuentra la mayor parte o la totalidad de su energía o su potencia.  En un canal: Rango de frecuencias en las cuales el medio de transmisión puede operar de manera eficiente.
16 Medios de transmisión  Medios Guiados • Metal conductivo – Par trenzado. – Cable coaxial. • Guia de onda • Cristal o plástico. – Fibra óptica.  Medios no Guiados. • Satélite. • Microondas. • Inalámbricos
17 Medios Guiados ALAMBRE (open-wired) –Los conductores pueden ser de dos tipos Sólidos (solid) e Hilados (stranded), los conductores sólidos están compuestos por un conductor único de un mismo material, mientras que los conductores hilados están compuestos de varios conductores trenzados. El diámetro de un conductor hilado varia al de un conductor sólido si son del mismo AWG y dependera del número de hilos que tenga. –Los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son del 10-14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22,24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.
18 Medios Guiados Par Trenzado
19 Medios Guiados  No incluye blindaje extra alrededor de los pares de conducción.  Usos en telefonía y redes de área local.  Más barato.  Fácil de trabajar con él.  Más simple de instalar.  Sujeto a interferencia electromagnética externa.  Longitud limitada Par Trenzado sin blindaje (UTP)
20 Medios Guiados  Cubierto con blindaje para reducir la interferencia electromagnética externa y el efecto de “crosstalk”.  Mejor desempeño.  Más caro.  Más difícil de trabajar con él que con el UTP. Par trenzado blindado (STP)
21 Par de Cobre Mejorado: •Utiliza tecnología xDSL. •Requiere un MODEM de envío y recepción por cada suscriptor •Velocidad: De la central al usuario: 1.5 Mbps Del usuario a la central: 64Kbps Medios Guiados P.S.T.N. ADSL 1.5 MBps
22 Medios Guiados Categorías de Cables UTP Tipo Uso Categoría 1 Voz solamente (cable telefónico) Categoría 2 Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple]) Categoría 3 Datos hasta 10 Mbps (Ethernet) Categoría 4 Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring) Categoría 5 Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)
23 Medioa Guiados  Se trabajan en dos modalidades  Banda base: La señal viaja en el medio en su forma original o sin modulación. El cable se usa para un solo canal.  Banda ancha: La señal se modula para ocupar un ancho de banda distinto del original y de este modo varios canales pueden utilizar el mismo medio. Cable Coaxial
24 •Tiene una respuesta de frecuencia hasta 860 MHz •Permite implementar sistemas de transmisión asimétricos de velocidad: Hacia el usuario: 30 Megabits/s Desde el usuario: 10 Megabits/s •Es el medio de la televisión por cable Medios Guiados Cable Coaxial
25 •Simplificó por completo los medios de transmisión. •Permite la conversión de señal eléctrica a luz •Elimina los problemas de interferencia electromagnética propios de la electricidad •Actualmente permite llegar al usuario con velocidades simétricas hasta de 10 Gigabits/s por hilo •Se anuncian velocidades de hasta 8 Terabits/s por hilo y mas. COBRE FIBRA Medios Guiados Fibra Optica
26 Medios Guiados  Transmite la información con ondas luminosas.  Altas velocidades de transmisión.  Inmune a interferencia electromagnética.  Ligera. Fibra Optica
27 Medios Guiados Fibra Óptica (fiber optic) –Modo simple (monomodo), Involucra el uso de una fibra con un diámetro de 5 a 10 micras. Esta fibra tiene muy poca atenuación y por lo tanto se usan muy pocos repetidores para distancias largas. Por esta razón es muy usada para troncales con un ancho de banda aproximadamente de 100 GHz por kilometro (100 GHz-km).
28 Medios Guiados Fibra Óptica (fiber optic) –Multimodo –Multimodo/Índice fijo, es una fibra que tiene un ancho de banda de 10 a 20 MHz y consiste de un núcleo de fibra rodeado por un revestimiento que tiene un índice de refracción de la luz muy bajo, la cual causa una atenuación aproximada de 10 dB/Km. –Multimodo/Índice Gradual, es una cable donde el índice de refracción cambia gradualmente, esto permite que la atenuación sea menor a 5 dB/km y pueda ser usada para distancias largas
29 Medios no Guiados  Basadas generalmente en ondas electromagnéticas.  No requieren un medio físico para propagarse.  Resuelven las siguientes problemáticas: • Comunicación móvil. • Sitios de difícil acceso. • Sitios que por estética no se deben cablear. • Requerimientos de amplia cobertura.  Tienen la problemática de la regulación por la escasez de ancho de banda al ser un esquema compartido.
30 Medios no Guiados Reseña Histórica  Hasta el siglo XVIII fenómenos eléctricos y magnéticos no tenían explicación. Eran una simple atracción.  En 1864 James Clerk Maxwell crea teoría electromagnética.  Heinrich Hertz genera y recibe ondas en 1887.  Marconi las usa en el primer telégrafo inalámbrico en 1.899.  En la actualidad se utilizan en múltiples aplicaciones: TV, Radio, Celulares, Controles remotos, etc.
31 Medios no Guiados Conceptos Generales  DEFINICIÓN: propagación de campos eléctricos y magnéticos por el espacio.  En el vacío se propagan a c = 300.000 Kmts/s = 3 x 108 mts.  Dada la longitud de onda y la frecuencia se tiene: v = l * f. En el vacío v = c l = Longitud de onda. f = Frecuencia.  Para su estudio el espectro electromagnético se puede dividir en bandas o rangos de frecuencias cuyas características son similares.  Las ondas de radio, microondas, las infrarrojas y la luz se pueden usar para transmisión de información..  Los rayos Ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son de mayor frecuencia pero difíciles de producir y modular. Además son perjudiciales para los seres vivos.
32 Medios no Guiados Transmisión inalámbrica  VLF 3 a 30 KHz Superficie  LF 30 a 300 KHz Superficie  MF 300 a 3000 KHz Troposférica  HF 3 a 30 MHz Ionosférica  VHF 30 a 300 MHz Espacial y línea de vista  UHF 300 a 3000 MHz Espacial y línea de vista  SHF 3 a 30 GHz Espacial  EHF 30 a 300 GHz Espacial
33 Radio •Es otro método para establecer comunicaciones sin línea física. •Opera sobre distancias cortas utilizando el esquema de bases y terminales fijos o móviles. •Un sistema clásico es la telefonía celular •Permite velocidades de hasta 44 Megabits/s simétricos. Medios no Guiados
34 Medios no Guiados Radio  Se tienen enlaces inalámbricos de corto alcance.  Se divide el terreno en células, donde cada célula es atendida por una estación base.  En cada célula se asignan canales de frecuencias distintos.  Se hace reuso de frecuencias en células no adyacentes.
35 Medios no Guiados Microondas  La transmisión es entre dos estaciones terrenas  Punto a punto.  Con línea de vista.  La distancia entre estaciones varía dependiendo de la altura de las antenas.
36 Medios no Guiados Satélites  Siguen el mismo principio y las mismas ondas que los enlaces de microondas.  Se usan distintas frecuencias para el enlace de subida y el enlace de bajada.
37 Satélite •Es el único medio que no necesita una línea física. •Utiliza un haz de microondas para subir hasta el satélite y, también, para bajar a una zona determinada. •Cada “transponder” del satélite tiene un ancho de banda y se puede asignar velocidades muy altas según la aplicación •Las VSAT por ejemplo permiten una velocidad simétrica de 2 Megabits/s Medios no Guiados
38 Satélites
39 Factores de decisión para el medio de transmisión  Costo  Ancho de banda  Velocidad de datos  Distancias
40 Propagación y Antenas
41 Onda electromagnética Se componen de dos campos (E, H) perpendiculares entre si y que a su vez son perpendiculares a la dirección de propagación Velocidad de propagación C=l·Frec (C=3·108 m/s)
El campo magnético variable producido genera a su vez un campo eléctrico variabvle, el cual genera a su vez un campo magnético variable...se obtiene entonces un campo eléctrico y un campo magnético que se van generando mutuamente en el espacio, de manera que se alejan del punto original de generación, produciendo la onda electromagnética. desplazamiento de la onda Onda electromagnética
43 Qué es una Antena? Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia por el espacio libre, o que, conectado a una impedancia (Resistencia), sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana Una antena es un transductor de señal eléctrica a onda electromagnética, y viceversa, de manera que la señal pueda propagarse por el medio como onda y pueda ser convertida nuevamente a señal eléctrica. La antena en sí presenta ciertas características eléctricas y electromagnéticas, las cuáles deben considerarse para efectuar de manera eficiente el proceso de conversión y de propagación.
l = l/ 2 conductor rígido cable de alimentación Telecomunicaciones Ondas Electromagnéticas y Antenas Dipolo de Media Longitud de Onda (l/2)
45 Principales características de una antena Patrón de Radiación representación gráfica las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena.
46 Principales características de una antena Ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general, se toma entre los puntos de media potencia (-3dB)
47 Principales características de una antena Polarización. Se define como polarización de una antena a la que posee el campo eléctrico que ella genera. En consecuencia, la polarización de una antena podrá ser vertical, horizontal, etc., según lo sea su campo eléctrico. En términos generales, la dirección del campo eléctrico de las antenas, es la de una línea imaginaria que une los dos puntos de máxima tensión (para resonancia).
48 Principales características de una antena Impedancia. Es la impedancia característica de la línea. En efecto, comercialmente las hay de valores muy variados: coaxiales de 50 ohms, de 75, de 150, de 300, etc. Los capacitores, los resistores (o resistencias), y las bobinas, los cuales combinados entre si producen efectos en un circuito electrónico y cuáles son los efectos que se domina impedancia. En todo circuito electrónico se encuentra presente algún valor de impedancia. Para que haya una correcta transmisión de energía entre diferentes etapas de un circuito, las impedancias que presentan las mismas en sus puntos de interconexión deben ser iguales.
49 Principales características de una antena Relación de Onda Estacionaria ROE . La potencia (o energía, o corriente) que circula por la línea de transmisión desde el transmisor hacia la antena, se denomina potencia directa, y la que circula en sentido inverso, potencia reflejada. Cuando las ondas directas, que se desplazan hacia la antena, se combinan con las ondas reflejadas, que vuelven desde la antena, se produce una onda llamada estacionaria. Se denomina relación de onda estacionaria, o simplemente ROE (SWR en inglés), a la relación que se establece entre las tensiones (o voltajes) del pico y del valle de la onda estacionaria. El valor de ROE se expresa como un número(siempre mayor o igual que uno).
50 ELECTRICAL SPECIFICATIONS  Frequency Band 174  230 MHz  Gain 10 dBi  VSWR < 1.15 : 1  Polarization Hor / Ver  Hor´l Beamwidth 62º  Front to back > 18 dB  Power Rating 2 Kw / 5 Kw  Impedance 50   Protection Grounded  Connector DIN7/16 - 13/30
51 Tipos de Antena Antena de reflector o parabólica: Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite. Antena lineal: La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.
52 Tipos de Antena Antena multibanda: La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias. Dipolo de Media Onda El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz.
53 Antena Yagi: Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. Tipos de antenas
54 Antenas y Servicios Los Servicios de comunicaciones utilizan diferentes tipos de antenas según su frecuencia de operación y el cubrimiento geográfico deseado. Los patrones de radiación de una antena pueden verse modificados por otras fuentes de emisiones radioeléctricas e incluso llegar a ser anulados. Para la instalación de una antena el operador hace un estudio previo de interferencia que garantice la correcta operación de su sistema.
55 Antenas para comunicacionesTerrestres Fijas Microondas (con Recubrimiento) Helicoidal Yagi Parabólica
56 Antenas para comunicacionescelulares,PCS, WLL Sectorizada Omnidireccional Yagi
57 Antenas para comunicacionessatelitales
58 Torre Triangular Autosoportante 6-54 metros Estaciones Radio base Torre Ancladas Hasta 180 metros Enlaces punto a punto, estaciones radiobase Hasta 100 metros Estaciones Radio base, Microondas, etc Torre Triangular/Cuadrada Autosoportante Estructuras de soporte 6-42 metros Antenas VHF, UHF, Celulares Torre Cilíndrica
59 Uso Múltiple El grado máximo de aprovechamiento de una única estructura diferirá dependiendo de las características técnicas de las estaciones de Telecomunicaciones, tales como tecnologías de interfaz de aire, frecuencia de uso, niveles de potencia de recepción y transmisión, umbrales de ruido electromagnético permitido, direccionalidad de las antenas etc. Estéticamente son estructuras difíciles de mimetizar en el entorno urbano.
60 Teoría de la Señal y Ruido
61 Mensajes: evolución temporal 35 kHz 1 kHz Espectro de la voz humana Interesa tener una alta relación señal/ruido ] dB [ ruido señal ·log 20  
62 Algunas definiciones  Frecuencia (f), es el número de eventos por segundo de un fenómeno físico. En particular en señales eléctricas, es el número de cruces positivos por cero por segundo del potencial eléctrico. +V -V p/2 p 3p/2 2p 90º 180º 270º 360º T ) ( 1 s f T 
63       ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 0 0 0 0 t sen t V t t sen t V t V         p  Amplitud nominal Frecuencia nominal Ruido en amplitud Ruido en fase El MODELO MATEMÁTICO MÁS USADO PARA SEÑALES DE FRECUENCIA
64 LIMITACIONES FUNDAMENTALES EN LA COMUNICACIÓN ELÉCTRICA La limitación del ancho de banda •Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas información en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz La limitación ruido •En consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
65 Descripción de una señal en el dominio de la frecuencia fo A To Ancho de banda f Pot/Potmedia 0dB -3dB BW Descomposición en armónicos de Fourier
66 Frecuencia, espectro y ancho de banda  Conceptos en el dominio del tiempo • Señal continua – Varía de una forma continua en un margen de tiempo • Señal discreta – Mantiene constante un nivel y cambia a otro nivel distinto • Señal periódica – Repite un patrón en el tiempo • Señal no periódica – No repite un patrón en el tiempo
67 Señales Continuas y Discretas
68 Señales periódicas
69 Conceptos en el Dominio de la Frecuencia  La señal periódica se compone de la superposición de varias frecuencias, todas ellas múltiplos de la llamada frecuencia fundamental  La frecuencia fundamental coincide con la frecuencia de la señal periódica  Las componentes son ondas sinusoidales  Se puede demostrar (Fourier) que cualquier señal periódica está construida como suma se señales sinusoidales  Se pueden representar funciones en el dominio de la frecuencia
70 Suma de componentes de frecuencia
71 Atenuación  La intensidad de la señal disminuye con la distancia  Depende del medio  La intensidad de la señal recibida: • Debe ser suficiente para que se detecte • Debe ser suficientemente mayor que el ruido para que se reciba sin error • Crece con la frecuencia  Ecualización: amplificar más las frecuencias más altas  Problema menos grave para las señales digitales
72 Distorsión de retardo  Sólo en medios guiados  La velocidad de propagación en el medio varía con la frecuencia  Para una señal limitada en banda, la velocidad es mayor cerca de la frecuencia central  Las componentes de frecuencia llegan al receptor en distintos instantes de tiempo, originando desplazamientos de fase entre las distintas frecuencias
73 Ruido (1)  Señales adicionales insertadas entre el transmisor y el receptor  Térmico • Debido a la agitación térmica de los electrones • Aumenta linealmente con la temperatura (N0= kT) • Uniformemente distribuido en la frecuencia • Ruido blanco (NBW= kTB)  Intermodulación • Señales que son la suma y la diferencia de frecuencias originales • Se produce por falta de linealidad
74 Ruido (2)  Diafonía • Una señal de una línea se mete en otra  Impulsivo • Impulsos irregulares o picos • Ej: Interferencia electromagnética externa (tormenta) • Corta duración • Gran amplitud
75 Efecto del ruido en una señal digital
76 LA RELACIÓN SEÑAL A RUIDO Los factores fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de información son el ancho de banda B y la potencia S de la señal. 
77 EL DECIBEL Equivale a la décima parte de un bel. Una unidad de referencia para medir la potencia de una señal o la intensidad de un sonido. El nombre bel viene del físico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922) GANANCIA DE POTENCIA EN DECIBELES •G = P2 / P 1(ganancia neta) •G'(dB) = 10*log10(G) (ganancia en db)
78 EL DECIBEL 3 dB por cada factor de 2 G' = 10 log 2 = 3.01 dB Si G = 4 G' = 10 log 4 = 6.02 dB Si G= 8 G' = 10 log 8 = 9.01 dB Por lo general, se redondean estos valores tomando 3 dB, 6 dB y 9 dB. Se observa que cada vez que la potencia se aumenta al doble, la ganancia expresada en decibeles se incrementa 3 dB.
79 EL DECIBEL Decibeles negativos •Si la ganancia de potencia es menor que la unidad, existe una pérdida de potencia (atenuación) y la ganancia de potencia en decibeles es negativa 10 dB corresponden a un factor de 10 •En este caso el patrón que se observa es que la potencia en decibeles aumenta en 10 dB cada vez que la ganancia de potencia se incrementa por un factor de 10
80 EL DECIBEL Las ganancias normales se multiplican entre sí figura.- etapas en cascada
81 EL DECIBEL Las ganancias en decibeles se suman •La ecuación nos dice que la ganancia de potencia total en decibeles de dos etapas en cascada es igual a la suma de las ganancias en decibeles de cada etapa Referencia de 1 mW •Aunque los decibeles se usan generalmente con la ganancia de potencia, a veces se emplean para indicar el nivel de potencia respecto a 1 mW. En este caso, se usa el símbolo dBm, donde la m significa que la referencia es a un miliwatt. •La mayoría de los amplificadores usados en electrónica son especificados en decibeles. Por ejemplo: si adquirimos un amplificador con Ganancia de 20 dB, significa que éste amplificará la señal de entrada 100 veces. En cambio un amplificador de 30 dB (10 dB más que el anterior) amplificara 1,000 veces la señal de entrada.
82 Teoría de Comunicaciones
83 LIMITACIONES FUNDAMENTALES EN LA COMUNICACIÓN ELÉCTRICA La limitación del ancho de banda •Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas información en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz La limitación ruido •En consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
84 Conceptos relacionados con la capacidad del canal  Velocidad de datos • En bits por segundo • Velocidad a la cual se pueden transmitir los datos  Ancho de Banda • En ciclos por segundo • Limitado por el transmisor y el medio  Ruido, nivel medio a través del camino de transmisión  Tasa de errores, cambiar 0 por 1 y viceversa
85 Capacidad de Shannon (2)  En principio, si se aumenta el ancho de banda B y la potencia de señal S, aumenta la velocidad binaria C.  Pero: • Un aumento del ancho de banda B aumenta el ruido • Un aumento de potencia de señal S aumenta las no linealidades y el ruido de intermodulación  Por tanto, la velocidad binaria teórica máxima será:  Es decir, 2 2 2 2 ·log ·log · 2 ·log ) ( M B M B M V bps C    ) 1 ( )·log ( ) ( 2 SNR Hz B bps Cmáx  
86 Ejemplo  Canal entre 3 MHz y 4 MHz  Relación señal ruido = 24 dB, SNR=102,4=251 Calcular ancho de banda • Respuesta: B = 1 MHz  Calcular la velocidad binaria teórica máxima y el número de niveles • Respuesta: SNR = 251 • Respuesta: C = 8 Mbps • Respuesta: M = 16 niveles
87 ¿Qué es modulación? La modulación es un proceso que consiste en combinar una señal que representa los datos (moduladora) con otra que permite adaptar la información al medio de transmisión (portadora). La señal resultante (modulada) puede ser transportada a mayor distancia y con menor coste.
88 ¿Qué es modulación?
89 Tipos de modulación  Modulación en amplitud Se modula en amplitud una onda (portadora) cuando la distancia existente entre el punto de la misma en el que la onda vale cero y los puntos en que toma el valor máximo o mínimo se altera.  Modulación en frecuencia Consiste en variar la frecuencia de la onda portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información (moduladora).  Modulación en fase Modifica la polaridad de la onda para transmitir una señal de datos.
90 Tipos de modulación MODULACIÓN PARÁMETRO VARIADO NOMBRE USO Analógica Amplitud AM Radio AM, TV vídeo Frecuencia FM Radio FM, TV audio Fase PM Digital Amplitud ASK Transmisiones digitales por RTC (modem) Frecuencia FSK Fase PSK
91 Diferentes Esquemas de Convesión Métodos de conversión Digital/digital Digital/analógico Analógico/digital Analógico/Analógico
92 Modulación AM s(t) = (1+m(t)) cos2pfct Señal AM resultante: Señal moduladora, m(t) Onda portadora, a frecuencia fc Amax Amin 1 Notas: fm < fc na < 1 para no perder informaciön na = índice de modulación: cociente de amplitud de m(t) a amplitud de portadora DSBTC: Double Sideband Transmitted Carrier (transmisión de portadora con doble banda lateral)
93 Indice de modulación > 1 Las ondas cruzan el eje horizontal y se pierde información na > 1 Igual ocurre si el componente de continua, es cero. Esto explica el uno en la expresión (1+m(t))
94 FM PM Modulacion en Fase y Frecuencia PORTADORA FUENTE
95 Digitalización de señales  Veamos un ejemplo: Los CD son una muestra de como funciona el "mundo digital". La señal mecánica, se recoge por un micrófono que la convierte en una señal eléctrica con la misma forma que la señal mecánica. Luego se debe codificar la señal analógica eléctrica para convertirla a digital.”
96 Digitalización de señales  Señal mecánica: Es analógica. Es el sonido original que vamos a grabar.  Señal eléctrica: Es el sonido recogido por un micrófono (transductor) convertido a voltaje que tiene la misma forma que la señal mecánica.
97 Modulación por Codificación de Pulso (PCM)  PCM es el corazón de los sistemas telefónicos modernos  PCM está definido en la especificación ITU-T G.711 > Descripción
98 Codificación Analógico-Digital
99 Teorema de Muestreo  Una señal puede ser reconstruida a partir de dos muestras por periodo, si la señal es de banda limitada  La frecuencia del muestreo tiene que ser, por lo menos, el doble de la frecuencia máxima de la señal: fmuestreo ≥ 2 · fmáx  Ejemplo: • Voz telefónica: fmáx = 3,4 kHz => fmuestreo = 8 kHz
100 PCM: Modulación por codificación de impulsos  Si se muestrea una señal en intervalos regulares, con una velocidad mayor que dos veces la frecuencia más alta de la señal, las muestras contienen toda la información de la señal original  Los datos de voz se limitan por debajo de 4000Hz  Requiere 8000 muestras por segundo  Muestras analógicas (Modulación por Amplitud de Pulsos: PAM)  A cada muestra se le asigna un valor digital  Sistema MIC: Modulación de Impulsos Codificados (Telefónica de España)
101 PAM: Modulación por Amplitud de Pulso Muestreo
102 Señal PAM cuantificada
103 Muestreo y cuantifcación
104 Muestreo-cuantificación y codificación binaria
105 Codificación digital binaria-digital PCM
106 Codificación de impulsos PCM / MIC
107 Características de PCM  Un sistema de 4 bits da 16 niveles  Cuantificado • Cuantificación de error o ruido • Las aproximaciones implican que es imposible recuperar exactamente la señal.  Muestras de 8 bits dan 256 niveles  Calidad comparable con la transmisión analógica  8000 muestras por segundo, de 8 bits cada una, dan 64 kbps
108 Codificación no lineal  Los niveles de cuantificación no están igualmente espaciados  Reduce la distorsión de señales pequeñas  Esto se puede hacer también por compresión Salida: F(x) Entrada: x
109 Codificación Digital - Digital
110 Tipos de codificación digital-digital
111 Codificación unipolar
112 Tipos de codificación polar
113 NRZ-L y NRZ-I
114 RZ
115 Manchester y Manchester diferencial
116 Tipos de codificación bipolar
117 Bipolar AMI
118 Ejemplo B8ZS
119 HDB3
120 Ejemplo HDB3
121 Técnicas de transmisión  Adaptación de la señal digital al medio físico • Banda base – La señal digital se transmite tal y como se ha codificado – El soporte suele ser cable de pares – El ancho de banda utilizado es el de la señal digital – Se utiliza mucho: p. ej. LAN Ethernet • Banda ancha – La señal digital se aplica a una portadora de alta frecuencia, que la transporta por el medio – El soporte suele ser coaxial o fibra – El ancho de banda se puede aumentar según aumente la frecuencia de la portadora – Se utiliza mucho: p. ej. Cable para TV o datos
122 Modulación Digital Tipos de Modulación.  Amplitud (AM, ASK: Amplitude Shift Keyne). La moduladora modifica la amplitud de la modulada.  Frecuencia (FM, FSK: FrecuencyShift Keyne). La moduladora modifica la frecuencia de la modulada.  Fase (PM, PSK: Phase Shift Keyne). La moduladora modifica la fase de la modulada.  Objetivos • Adecuar ancho de banda al medio. • Eliminar componente continua. • Tolerancia a errores.
123 Modulación Digital
124 Modulación multinivel

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Telecomunicaciones parte 1

  • 1.
  • 2.
    3 Introducción Telecomunicación: es todaemisión, transmisión y recepción de signos, señales, escritos e imágenes, sonidos e informaciones de cualquier naturaleza, realizadas por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos Modelo de un sistema de telecomunicación: Fuente origen Procesador de emisión Medio de transmisión Procesador de recepción Destino Perturbaciones Medios de transmisión: Naturales: Atmósfera, agua, tierra, etc. Artificiales: Cables, guías de onda, fibras ópticas, etc.
  • 3.
    4 Estructura de lacomunicación  Señal: Función del tiempo que transporta los datos.  Datos: Representación de hechos o conceptos que tienen una forma adecuada para comunicaciones.  Información: Significado asignado a los datos por medio de alguna convención.
  • 4.
    5 Tareas de unsistema de comunicaciones  Interfaz.  Generación de señales.  Formateo de mensajes.  Direccionamiento.  Control de flujo.  Enrutado.  Detección de errores.  Corrección de errores.  Recuperación.  Protección.  Utilización del sistema de comunicaciones.  Administración del sistema.
  • 5.
  • 6.
    7 Características del Mediode Transmision Atenuación   dB P P log 10 A R T  PT: señal transmitida PR: señal recibida 2 P P dB 3 R T     dBm mW 1 ) mW ( P log 10 PdBm  Distorsión: el medio de transmisión no es lineal y actúa distorsionando la señal a) modificando las características de la atenuación con la frecuencia b) generando frecuencias no presentes en el emisor. Interferencias: señales de naturaleza similar o de frecuencia próxima a la señal a transmitir. Ruido: señales indeseables que se suman a la señal útil. Ruido térmico, ruido atmosférico, ruido ambiental
  • 7.
  • 8.
  • 9.
    10 Estado concentraba: Políticas, normas, prestacióny fiscalización de servicios Monopolio estatal suministraba el servicio de LDN y LDI Altas barreras de ingreso al mercado Baja productividad, tarifas subvencionadas Ley de Capitalización (1994) Ley de Telecomunicaciones (1995) Pasar la provisión estatal a la administración privada Funciones normativas y regulatorias definidas Política de introducción de competencia en los mercados Calidad de servicios Precios regulados (tiendan a costo) Mayor cobertura geográfica LAS REFORMAS ESTRUCTURALES EN BOLIVIA
  • 10.
    11 Asignación socialmente deseable Mayor cobertura Menor costo Menoresprecios LOS OBJETIVOS DE LA REFORMA DESDE UNA PERSPECTIVA NORMATIVA
  • 11.
    12 USUARIO OPERADOR REGULADOR ESTADO LOS OBJETIVOS DELA REFORMA DESDE LA PERSPECTIVA DE LOS COLECTIVOS SOCIALES
  • 12.
    13 Amplia y variadaoferta de servicios Competencia plena y sostenible y regulación a operadores específicos Precios y tarifas con base en costos eficientes Optimización de la inversión en infraestructura Privilegios de exclusividad en los principales mercados Regulación de servicios no competitivos Acceso sujeto al cumplimiento de metas Defensa del consumidor concentrada en la atención de reclamos Plan de Apertura del Mercado de Telecom. TRANSFORMACIONES DE SEGUNDA GENERACIÓN Concesiones y licencias sin costo, multiportador en LD y fomento a la convergencia. Ofertas básicas de interconexión
  • 13.
  • 14.
    15 Ancho de banda El ancho de banda es el rango de frecuencias donde el contenido frecuencial es significativo.  Siempre es medido sólo para frecuencias positivas.  En una señal: Rango de frecuencias donde se encuentra la mayor parte o la totalidad de su energía o su potencia.  En un canal: Rango de frecuencias en las cuales el medio de transmisión puede operar de manera eficiente.
  • 15.
    16 Medios de transmisión Medios Guiados • Metal conductivo – Par trenzado. – Cable coaxial. • Guia de onda • Cristal o plástico. – Fibra óptica.  Medios no Guiados. • Satélite. • Microondas. • Inalámbricos
  • 16.
    17 Medios Guiados ALAMBRE (open-wired) –Losconductores pueden ser de dos tipos Sólidos (solid) e Hilados (stranded), los conductores sólidos están compuestos por un conductor único de un mismo material, mientras que los conductores hilados están compuestos de varios conductores trenzados. El diámetro de un conductor hilado varia al de un conductor sólido si son del mismo AWG y dependera del número de hilos que tenga. –Los grosores típicos de los conductores utilizados en cables eléctricos para uso residencial son del 10-14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22,24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de REDES son el 24 y 26 AWG.
  • 17.
  • 18.
    19 Medios Guiados  Noincluye blindaje extra alrededor de los pares de conducción.  Usos en telefonía y redes de área local.  Más barato.  Fácil de trabajar con él.  Más simple de instalar.  Sujeto a interferencia electromagnética externa.  Longitud limitada Par Trenzado sin blindaje (UTP)
  • 19.
    20 Medios Guiados  Cubiertocon blindaje para reducir la interferencia electromagnética externa y el efecto de “crosstalk”.  Mejor desempeño.  Más caro.  Más difícil de trabajar con él que con el UTP. Par trenzado blindado (STP)
  • 20.
    21 Par de CobreMejorado: •Utiliza tecnología xDSL. •Requiere un MODEM de envío y recepción por cada suscriptor •Velocidad: De la central al usuario: 1.5 Mbps Del usuario a la central: 64Kbps Medios Guiados P.S.T.N. ADSL 1.5 MBps
  • 21.
    22 Medios Guiados Categorías deCables UTP Tipo Uso Categoría 1 Voz solamente (cable telefónico) Categoría 2 Datos hasta 4 Mbps (LocalTalk [Apple]) Categoría 3 Datos hasta 10 Mbps (Ethernet) Categoría 4 Datos hasta 20 Mbps (16 Mbps Token Ring) Categoría 5 Datos hasta 100 Mbps (Fast Ethernet)
  • 22.
    23 Medioa Guiados  Setrabajan en dos modalidades  Banda base: La señal viaja en el medio en su forma original o sin modulación. El cable se usa para un solo canal.  Banda ancha: La señal se modula para ocupar un ancho de banda distinto del original y de este modo varios canales pueden utilizar el mismo medio. Cable Coaxial
  • 23.
    24 •Tiene una respuestade frecuencia hasta 860 MHz •Permite implementar sistemas de transmisión asimétricos de velocidad: Hacia el usuario: 30 Megabits/s Desde el usuario: 10 Megabits/s •Es el medio de la televisión por cable Medios Guiados Cable Coaxial
  • 24.
    25 •Simplificó por completolos medios de transmisión. •Permite la conversión de señal eléctrica a luz •Elimina los problemas de interferencia electromagnética propios de la electricidad •Actualmente permite llegar al usuario con velocidades simétricas hasta de 10 Gigabits/s por hilo •Se anuncian velocidades de hasta 8 Terabits/s por hilo y mas. COBRE FIBRA Medios Guiados Fibra Optica
  • 25.
    26 Medios Guiados  Transmitela información con ondas luminosas.  Altas velocidades de transmisión.  Inmune a interferencia electromagnética.  Ligera. Fibra Optica
  • 26.
    27 Medios Guiados Fibra Óptica(fiber optic) –Modo simple (monomodo), Involucra el uso de una fibra con un diámetro de 5 a 10 micras. Esta fibra tiene muy poca atenuación y por lo tanto se usan muy pocos repetidores para distancias largas. Por esta razón es muy usada para troncales con un ancho de banda aproximadamente de 100 GHz por kilometro (100 GHz-km).
  • 27.
    28 Medios Guiados Fibra Óptica(fiber optic) –Multimodo –Multimodo/Índice fijo, es una fibra que tiene un ancho de banda de 10 a 20 MHz y consiste de un núcleo de fibra rodeado por un revestimiento que tiene un índice de refracción de la luz muy bajo, la cual causa una atenuación aproximada de 10 dB/Km. –Multimodo/Índice Gradual, es una cable donde el índice de refracción cambia gradualmente, esto permite que la atenuación sea menor a 5 dB/km y pueda ser usada para distancias largas
  • 28.
    29 Medios no Guiados Basadas generalmente en ondas electromagnéticas.  No requieren un medio físico para propagarse.  Resuelven las siguientes problemáticas: • Comunicación móvil. • Sitios de difícil acceso. • Sitios que por estética no se deben cablear. • Requerimientos de amplia cobertura.  Tienen la problemática de la regulación por la escasez de ancho de banda al ser un esquema compartido.
  • 29.
    30 Medios no Guiados ReseñaHistórica  Hasta el siglo XVIII fenómenos eléctricos y magnéticos no tenían explicación. Eran una simple atracción.  En 1864 James Clerk Maxwell crea teoría electromagnética.  Heinrich Hertz genera y recibe ondas en 1887.  Marconi las usa en el primer telégrafo inalámbrico en 1.899.  En la actualidad se utilizan en múltiples aplicaciones: TV, Radio, Celulares, Controles remotos, etc.
  • 30.
    31 Medios no Guiados ConceptosGenerales  DEFINICIÓN: propagación de campos eléctricos y magnéticos por el espacio.  En el vacío se propagan a c = 300.000 Kmts/s = 3 x 108 mts.  Dada la longitud de onda y la frecuencia se tiene: v = l * f. En el vacío v = c l = Longitud de onda. f = Frecuencia.  Para su estudio el espectro electromagnético se puede dividir en bandas o rangos de frecuencias cuyas características son similares.  Las ondas de radio, microondas, las infrarrojas y la luz se pueden usar para transmisión de información..  Los rayos Ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma son de mayor frecuencia pero difíciles de producir y modular. Además son perjudiciales para los seres vivos.
  • 31.
    32 Medios no Guiados Transmisióninalámbrica  VLF 3 a 30 KHz Superficie  LF 30 a 300 KHz Superficie  MF 300 a 3000 KHz Troposférica  HF 3 a 30 MHz Ionosférica  VHF 30 a 300 MHz Espacial y línea de vista  UHF 300 a 3000 MHz Espacial y línea de vista  SHF 3 a 30 GHz Espacial  EHF 30 a 300 GHz Espacial
  • 32.
    33 Radio •Es otro métodopara establecer comunicaciones sin línea física. •Opera sobre distancias cortas utilizando el esquema de bases y terminales fijos o móviles. •Un sistema clásico es la telefonía celular •Permite velocidades de hasta 44 Megabits/s simétricos. Medios no Guiados
  • 33.
    34 Medios no Guiados Radio Se tienen enlaces inalámbricos de corto alcance.  Se divide el terreno en células, donde cada célula es atendida por una estación base.  En cada célula se asignan canales de frecuencias distintos.  Se hace reuso de frecuencias en células no adyacentes.
  • 34.
    35 Medios no Guiados Microondas La transmisión es entre dos estaciones terrenas  Punto a punto.  Con línea de vista.  La distancia entre estaciones varía dependiendo de la altura de las antenas.
  • 35.
    36 Medios no Guiados Satélites Siguen el mismo principio y las mismas ondas que los enlaces de microondas.  Se usan distintas frecuencias para el enlace de subida y el enlace de bajada.
  • 36.
    37 Satélite •Es el únicomedio que no necesita una línea física. •Utiliza un haz de microondas para subir hasta el satélite y, también, para bajar a una zona determinada. •Cada “transponder” del satélite tiene un ancho de banda y se puede asignar velocidades muy altas según la aplicación •Las VSAT por ejemplo permiten una velocidad simétrica de 2 Megabits/s Medios no Guiados
  • 37.
  • 38.
    39 Factores de decisiónpara el medio de transmisión  Costo  Ancho de banda  Velocidad de datos  Distancias
  • 39.
  • 40.
    41 Onda electromagnética Se componende dos campos (E, H) perpendiculares entre si y que a su vez son perpendiculares a la dirección de propagación Velocidad de propagación C=l·Frec (C=3·108 m/s)
  • 41.
    El campo magnéticovariable producido genera a su vez un campo eléctrico variabvle, el cual genera a su vez un campo magnético variable...se obtiene entonces un campo eléctrico y un campo magnético que se van generando mutuamente en el espacio, de manera que se alejan del punto original de generación, produciendo la onda electromagnética. desplazamiento de la onda Onda electromagnética
  • 42.
    43 Qué es unaAntena? Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia por el espacio libre, o que, conectado a una impedancia (Resistencia), sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana Una antena es un transductor de señal eléctrica a onda electromagnética, y viceversa, de manera que la señal pueda propagarse por el medio como onda y pueda ser convertida nuevamente a señal eléctrica. La antena en sí presenta ciertas características eléctricas y electromagnéticas, las cuáles deben considerarse para efectuar de manera eficiente el proceso de conversión y de propagación.
  • 43.
    l = l/2 conductor rígido cable de alimentación Telecomunicaciones Ondas Electromagnéticas y Antenas Dipolo de Media Longitud de Onda (l/2)
  • 44.
    45 Principales características deuna antena Patrón de Radiación representación gráfica las intensidades de los campos o las densidades de potencia en varias posiciones angulares en relación con una antena.
  • 45.
    46 Principales características deuna antena Ancho de banda de la antena se define como el rango de frecuencias sobre las cuales la operación de la antena es "satisfactoria". Esto, por lo general, se toma entre los puntos de media potencia (-3dB)
  • 46.
    47 Principales características deuna antena Polarización. Se define como polarización de una antena a la que posee el campo eléctrico que ella genera. En consecuencia, la polarización de una antena podrá ser vertical, horizontal, etc., según lo sea su campo eléctrico. En términos generales, la dirección del campo eléctrico de las antenas, es la de una línea imaginaria que une los dos puntos de máxima tensión (para resonancia).
  • 47.
    48 Principales características deuna antena Impedancia. Es la impedancia característica de la línea. En efecto, comercialmente las hay de valores muy variados: coaxiales de 50 ohms, de 75, de 150, de 300, etc. Los capacitores, los resistores (o resistencias), y las bobinas, los cuales combinados entre si producen efectos en un circuito electrónico y cuáles son los efectos que se domina impedancia. En todo circuito electrónico se encuentra presente algún valor de impedancia. Para que haya una correcta transmisión de energía entre diferentes etapas de un circuito, las impedancias que presentan las mismas en sus puntos de interconexión deben ser iguales.
  • 48.
    49 Principales características deuna antena Relación de Onda Estacionaria ROE . La potencia (o energía, o corriente) que circula por la línea de transmisión desde el transmisor hacia la antena, se denomina potencia directa, y la que circula en sentido inverso, potencia reflejada. Cuando las ondas directas, que se desplazan hacia la antena, se combinan con las ondas reflejadas, que vuelven desde la antena, se produce una onda llamada estacionaria. Se denomina relación de onda estacionaria, o simplemente ROE (SWR en inglés), a la relación que se establece entre las tensiones (o voltajes) del pico y del valle de la onda estacionaria. El valor de ROE se expresa como un número(siempre mayor o igual que uno).
  • 49.
    50 ELECTRICAL SPECIFICATIONS  FrequencyBand 174  230 MHz  Gain 10 dBi  VSWR < 1.15 : 1  Polarization Hor / Ver  Hor´l Beamwidth 62º  Front to back > 18 dB  Power Rating 2 Kw / 5 Kw  Impedance 50   Protection Grounded  Connector DIN7/16 - 13/30
  • 50.
    51 Tipos de Antena Antenade reflector o parabólica: Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite. Antena lineal: La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.
  • 51.
    52 Tipos de Antena Antenamultibanda: La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias. Dipolo de Media Onda El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz.
  • 52.
    53 Antena Yagi: Antena constituidapor varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. Tipos de antenas
  • 53.
    54 Antenas y Servicios LosServicios de comunicaciones utilizan diferentes tipos de antenas según su frecuencia de operación y el cubrimiento geográfico deseado. Los patrones de radiación de una antena pueden verse modificados por otras fuentes de emisiones radioeléctricas e incluso llegar a ser anulados. Para la instalación de una antena el operador hace un estudio previo de interferencia que garantice la correcta operación de su sistema.
  • 54.
    55 Antenas para comunicacionesTerrestresFijas Microondas (con Recubrimiento) Helicoidal Yagi Parabólica
  • 55.
    56 Antenas para comunicacionescelulares,PCS,WLL Sectorizada Omnidireccional Yagi
  • 56.
  • 57.
    58 Torre Triangular Autosoportante 6-54 metros Estaciones Radiobase Torre Ancladas Hasta 180 metros Enlaces punto a punto, estaciones radiobase Hasta 100 metros Estaciones Radio base, Microondas, etc Torre Triangular/Cuadrada Autosoportante Estructuras de soporte 6-42 metros Antenas VHF, UHF, Celulares Torre Cilíndrica
  • 58.
    59 Uso Múltiple El gradomáximo de aprovechamiento de una única estructura diferirá dependiendo de las características técnicas de las estaciones de Telecomunicaciones, tales como tecnologías de interfaz de aire, frecuencia de uso, niveles de potencia de recepción y transmisión, umbrales de ruido electromagnético permitido, direccionalidad de las antenas etc. Estéticamente son estructuras difíciles de mimetizar en el entorno urbano.
  • 59.
    60 Teoría de laSeñal y Ruido
  • 60.
    61 Mensajes: evolución temporal 35 kHz 1kHz Espectro de la voz humana Interesa tener una alta relación señal/ruido ] dB [ ruido señal ·log 20  
  • 61.
    62 Algunas definiciones  Frecuencia(f), es el número de eventos por segundo de un fenómeno físico. En particular en señales eléctricas, es el número de cruces positivos por cero por segundo del potencial eléctrico. +V -V p/2 p 3p/2 2p 90º 180º 270º 360º T ) ( 1 s f T 
  • 62.
    63      ) ( ) ( ) ( 2 ) ( ) ( 0 0 0 0 t sen t V t t sen t V t V         p  Amplitud nominal Frecuencia nominal Ruido en amplitud Ruido en fase El MODELO MATEMÁTICO MÁS USADO PARA SEÑALES DE FRECUENCIA
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    64 LIMITACIONES FUNDAMENTALES ENLA COMUNICACIÓN ELÉCTRICA La limitación del ancho de banda •Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas información en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz La limitación ruido •En consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
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    65 Descripción de unaseñal en el dominio de la frecuencia fo A To Ancho de banda f Pot/Potmedia 0dB -3dB BW Descomposición en armónicos de Fourier
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    66 Frecuencia, espectro yancho de banda  Conceptos en el dominio del tiempo • Señal continua – Varía de una forma continua en un margen de tiempo • Señal discreta – Mantiene constante un nivel y cambia a otro nivel distinto • Señal periódica – Repite un patrón en el tiempo • Señal no periódica – No repite un patrón en el tiempo
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    69 Conceptos en elDominio de la Frecuencia  La señal periódica se compone de la superposición de varias frecuencias, todas ellas múltiplos de la llamada frecuencia fundamental  La frecuencia fundamental coincide con la frecuencia de la señal periódica  Las componentes son ondas sinusoidales  Se puede demostrar (Fourier) que cualquier señal periódica está construida como suma se señales sinusoidales  Se pueden representar funciones en el dominio de la frecuencia
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    71 Atenuación  La intensidadde la señal disminuye con la distancia  Depende del medio  La intensidad de la señal recibida: • Debe ser suficiente para que se detecte • Debe ser suficientemente mayor que el ruido para que se reciba sin error • Crece con la frecuencia  Ecualización: amplificar más las frecuencias más altas  Problema menos grave para las señales digitales
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    72 Distorsión de retardo Sólo en medios guiados  La velocidad de propagación en el medio varía con la frecuencia  Para una señal limitada en banda, la velocidad es mayor cerca de la frecuencia central  Las componentes de frecuencia llegan al receptor en distintos instantes de tiempo, originando desplazamientos de fase entre las distintas frecuencias
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    73 Ruido (1)  Señalesadicionales insertadas entre el transmisor y el receptor  Térmico • Debido a la agitación térmica de los electrones • Aumenta linealmente con la temperatura (N0= kT) • Uniformemente distribuido en la frecuencia • Ruido blanco (NBW= kTB)  Intermodulación • Señales que son la suma y la diferencia de frecuencias originales • Se produce por falta de linealidad
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    74 Ruido (2)  Diafonía •Una señal de una línea se mete en otra  Impulsivo • Impulsos irregulares o picos • Ej: Interferencia electromagnética externa (tormenta) • Corta duración • Gran amplitud
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    75 Efecto del ruidoen una señal digital
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    76 LA RELACIÓN SEÑALA RUIDO Los factores fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de información son el ancho de banda B y la potencia S de la señal. 
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    77 EL DECIBEL Equivale ala décima parte de un bel. Una unidad de referencia para medir la potencia de una señal o la intensidad de un sonido. El nombre bel viene del físico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922) GANANCIA DE POTENCIA EN DECIBELES •G = P2 / P 1(ganancia neta) •G'(dB) = 10*log10(G) (ganancia en db)
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    78 EL DECIBEL 3 dBpor cada factor de 2 G' = 10 log 2 = 3.01 dB Si G = 4 G' = 10 log 4 = 6.02 dB Si G= 8 G' = 10 log 8 = 9.01 dB Por lo general, se redondean estos valores tomando 3 dB, 6 dB y 9 dB. Se observa que cada vez que la potencia se aumenta al doble, la ganancia expresada en decibeles se incrementa 3 dB.
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    79 EL DECIBEL Decibeles negativos •Sila ganancia de potencia es menor que la unidad, existe una pérdida de potencia (atenuación) y la ganancia de potencia en decibeles es negativa 10 dB corresponden a un factor de 10 •En este caso el patrón que se observa es que la potencia en decibeles aumenta en 10 dB cada vez que la ganancia de potencia se incrementa por un factor de 10
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    80 EL DECIBEL Las gananciasnormales se multiplican entre sí figura.- etapas en cascada
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    81 EL DECIBEL Las gananciasen decibeles se suman •La ecuación nos dice que la ganancia de potencia total en decibeles de dos etapas en cascada es igual a la suma de las ganancias en decibeles de cada etapa Referencia de 1 mW •Aunque los decibeles se usan generalmente con la ganancia de potencia, a veces se emplean para indicar el nivel de potencia respecto a 1 mW. En este caso, se usa el símbolo dBm, donde la m significa que la referencia es a un miliwatt. •La mayoría de los amplificadores usados en electrónica son especificados en decibeles. Por ejemplo: si adquirimos un amplificador con Ganancia de 20 dB, significa que éste amplificará la señal de entrada 100 veces. En cambio un amplificador de 30 dB (10 dB más que el anterior) amplificara 1,000 veces la señal de entrada.
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    83 LIMITACIONES FUNDAMENTALES ENLA COMUNICACIÓN ELÉCTRICA La limitación del ancho de banda •Un sistema de microondas de 5 GHz puede acomodar 10,000 veces mas información en un periodo determinado que una portadora de radiofrecuencia de 500 KHz La limitación ruido •En consecuencia, como no podemos tener comunicación eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener comunicación eléctrica sin ruido.
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    84 Conceptos relacionados conla capacidad del canal  Velocidad de datos • En bits por segundo • Velocidad a la cual se pueden transmitir los datos  Ancho de Banda • En ciclos por segundo • Limitado por el transmisor y el medio  Ruido, nivel medio a través del camino de transmisión  Tasa de errores, cambiar 0 por 1 y viceversa
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    85 Capacidad de Shannon(2)  En principio, si se aumenta el ancho de banda B y la potencia de señal S, aumenta la velocidad binaria C.  Pero: • Un aumento del ancho de banda B aumenta el ruido • Un aumento de potencia de señal S aumenta las no linealidades y el ruido de intermodulación  Por tanto, la velocidad binaria teórica máxima será:  Es decir, 2 2 2 2 ·log ·log · 2 ·log ) ( M B M B M V bps C    ) 1 ( )·log ( ) ( 2 SNR Hz B bps Cmáx  
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    86 Ejemplo  Canal entre3 MHz y 4 MHz  Relación señal ruido = 24 dB, SNR=102,4=251 Calcular ancho de banda • Respuesta: B = 1 MHz  Calcular la velocidad binaria teórica máxima y el número de niveles • Respuesta: SNR = 251 • Respuesta: C = 8 Mbps • Respuesta: M = 16 niveles
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    87 ¿Qué es modulación? Lamodulación es un proceso que consiste en combinar una señal que representa los datos (moduladora) con otra que permite adaptar la información al medio de transmisión (portadora). La señal resultante (modulada) puede ser transportada a mayor distancia y con menor coste.
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    89 Tipos de modulación Modulación en amplitud Se modula en amplitud una onda (portadora) cuando la distancia existente entre el punto de la misma en el que la onda vale cero y los puntos en que toma el valor máximo o mínimo se altera.  Modulación en frecuencia Consiste en variar la frecuencia de la onda portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información (moduladora).  Modulación en fase Modifica la polaridad de la onda para transmitir una señal de datos.
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    90 Tipos de modulación MODULACIÓNPARÁMETRO VARIADO NOMBRE USO Analógica Amplitud AM Radio AM, TV vídeo Frecuencia FM Radio FM, TV audio Fase PM Digital Amplitud ASK Transmisiones digitales por RTC (modem) Frecuencia FSK Fase PSK
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    91 Diferentes Esquemas deConvesión Métodos de conversión Digital/digital Digital/analógico Analógico/digital Analógico/Analógico
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    92 Modulación AM s(t) =(1+m(t)) cos2pfct Señal AM resultante: Señal moduladora, m(t) Onda portadora, a frecuencia fc Amax Amin 1 Notas: fm < fc na < 1 para no perder informaciön na = índice de modulación: cociente de amplitud de m(t) a amplitud de portadora DSBTC: Double Sideband Transmitted Carrier (transmisión de portadora con doble banda lateral)
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    93 Indice de modulación> 1 Las ondas cruzan el eje horizontal y se pierde información na > 1 Igual ocurre si el componente de continua, es cero. Esto explica el uno en la expresión (1+m(t))
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    94 FM PM Modulacion en Fasey Frecuencia PORTADORA FUENTE
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    95 Digitalización de señales Veamos un ejemplo: Los CD son una muestra de como funciona el "mundo digital". La señal mecánica, se recoge por un micrófono que la convierte en una señal eléctrica con la misma forma que la señal mecánica. Luego se debe codificar la señal analógica eléctrica para convertirla a digital.”
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    96 Digitalización de señales Señal mecánica: Es analógica. Es el sonido original que vamos a grabar.  Señal eléctrica: Es el sonido recogido por un micrófono (transductor) convertido a voltaje que tiene la misma forma que la señal mecánica.
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    97 Modulación por Codificaciónde Pulso (PCM)  PCM es el corazón de los sistemas telefónicos modernos  PCM está definido en la especificación ITU-T G.711 > Descripción
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    99 Teorema de Muestreo Una señal puede ser reconstruida a partir de dos muestras por periodo, si la señal es de banda limitada  La frecuencia del muestreo tiene que ser, por lo menos, el doble de la frecuencia máxima de la señal: fmuestreo ≥ 2 · fmáx  Ejemplo: • Voz telefónica: fmáx = 3,4 kHz => fmuestreo = 8 kHz
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    100 PCM: Modulación porcodificación de impulsos  Si se muestrea una señal en intervalos regulares, con una velocidad mayor que dos veces la frecuencia más alta de la señal, las muestras contienen toda la información de la señal original  Los datos de voz se limitan por debajo de 4000Hz  Requiere 8000 muestras por segundo  Muestras analógicas (Modulación por Amplitud de Pulsos: PAM)  A cada muestra se le asigna un valor digital  Sistema MIC: Modulación de Impulsos Codificados (Telefónica de España)
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    101 PAM: Modulación porAmplitud de Pulso Muestreo
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    107 Características de PCM Un sistema de 4 bits da 16 niveles  Cuantificado • Cuantificación de error o ruido • Las aproximaciones implican que es imposible recuperar exactamente la señal.  Muestras de 8 bits dan 256 niveles  Calidad comparable con la transmisión analógica  8000 muestras por segundo, de 8 bits cada una, dan 64 kbps
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    108 Codificación no lineal Los niveles de cuantificación no están igualmente espaciados  Reduce la distorsión de señales pequeñas  Esto se puede hacer también por compresión Salida: F(x) Entrada: x
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    121 Técnicas de transmisión Adaptación de la señal digital al medio físico • Banda base – La señal digital se transmite tal y como se ha codificado – El soporte suele ser cable de pares – El ancho de banda utilizado es el de la señal digital – Se utiliza mucho: p. ej. LAN Ethernet • Banda ancha – La señal digital se aplica a una portadora de alta frecuencia, que la transporta por el medio – El soporte suele ser coaxial o fibra – El ancho de banda se puede aumentar según aumente la frecuencia de la portadora – Se utiliza mucho: p. ej. Cable para TV o datos
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    122 Modulación Digital Tipos deModulación.  Amplitud (AM, ASK: Amplitude Shift Keyne). La moduladora modifica la amplitud de la modulada.  Frecuencia (FM, FSK: FrecuencyShift Keyne). La moduladora modifica la frecuencia de la modulada.  Fase (PM, PSK: Phase Shift Keyne). La moduladora modifica la fase de la modulada.  Objetivos • Adecuar ancho de banda al medio. • Eliminar componente continua. • Tolerancia a errores.
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