01 introduccion a las telecomunicaciones

TEMA I

Introducción a las Telecomunicaciones

David Sustach GarciaDavid Sustach Garcia

SumarioSumario

• Elementos de un Sistema de Comunicaciones. • Señales, Espectros y Filtros.• Espectro Electromagnético y Bandas de Frecuencias.• Longitud de Onda• Teoría de Información.• Modos de Transmisión.• Clasificación de los diferentes tipos de ruido.• Relación Señal a Ruido: S/N• Factor de Ruido e Índice de Ruido.• Cálculo de Decibeles.• Clasificación de las Técnicas de Modulación.


Elementos de un Sistema de Elementos de un Sistema de ComunicacionesComunicaciones

Un sistema de comunicación, en forma general, está constituido por los siguientes elementos básicos:


FUENTE: Es el que origina el mensaje, -Voz humana. -Una imagen de televisión.-Un mensaje de texto.

Simplemente datos. Esta se conoce como señal de Banda Base.

TRANSMISOR: Convierte la señal de banda base en otra señal, con características más óptimas para ser enviadas por el canal.

Tx RxFT



CANAL DE COMUNICACIONES: Es el medio de transmisión:-Un alambre.-Un Cable Coaxial. -Guía de ondas. -Fibra óptica-Enlace de radio.

Tx Rx

R/I

C


RUIDO/INTERFERENCIAS:Son agentes extremos a nuestro sistema que añaden o modifican la información que se está transmitiendo.

Esto puede ser causado por los equipos utilizados, alambres, conductores, atmósfera, etc.


RECEPTOR: Procesa la señal proveniente del canal y la transforma en banda base, intentando eliminar la interferencia o ruido introducido.

DESTINATARIO: Es la unidad a la que se entrega el mensaje

Tx Rx DR



Ejemplos de Sistemas de Comunicaciones



SeñalesSeñalesSeñales:Es la respuesta que tiene un sistema ante un estímulo externo.

SISTEMAESTIMULO RESPUESTA (Señal)

Ejemplos


Ejemplo de SeñalesEjemplo de Señales

SISTEMA

ESTIMULO

RESPUESTA (Señal)


EspectroEspectroEspectro de Frecuencia:Las señales en el mundo de las comunicaciones, tienen un comportamiento que puede ser descrito por ecuaciones matemáticas, usualmente existen en el dominio del tiempo, donde la variable independiente es “t”.

Estas señales también tienen un comportamiento y ecuaciones en el dominio de la frecuencia, donde la variable independiente es “f”. El análisis espectral está basado en el uso de las Series y Transformadas de Fourier.


EspectroEspectro

Dominio Dominio del del

TiempoTiempo

Dominio Dominio de la de la

FrecuenciaFrecuencia


FiltrosFiltrosFiltros Electrónicos

Un filtro electrónico, es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una o más señales eléctricas que pasan a través de él.

Existen diferentes tipos de filtros, según

los requerimientos necesarios.


EspectroEspectro ElectromagnéticoElectromagnéticoEs la ubicación de todos los rangos de frecuencias de las diferentes señales, en un mismo sistema de referencia. Este puede subdividirse según su uso.


BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO RADIOELÉCTICO

NOMBRE DE LA BANDA FRECUENCIAS LONGITUDES DE ONDA

Banda VLF (Very Low Frequencies – Frecuencias Muy Bajas)3 – 30 kHz 100 000 – 10 000

m

Banda LF (Low Frequencies – Frecuencias Bajas) 30 – 300 kHz 10 000 – 1 000 m

Banda MF (Medium Frequencies – Frecuencias Medias) 300 – 3 000 kHz 1 000 – 100 m

Banda HF (High Frequencies – Frecuencias Altas) 3 – 30 MHz 100 – 10 m

Banda VHF (Very High Frequencies – Frecuencias Muy Altas) 30 – 300 MHz 10 – 1 m

Banda UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias Ultra Altas) 300 – 3 000 MHz 1 m – 10 cm

Banda SHF (Super High Frequencies – Frecuencias Super Altas) 3 – 30 GHz 10 – 1 cm

Banda EHF (Extremely High Frequencies – Frecuencias Extremadamente Altas)

30 – 300 GHz 1 cm – 1 mm

EspectroEspectro ElectromagnéticoElectromagnético


Longitud de OndaLongitud de OndaLa longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Se encuentra medida en metros y se mide respecto a la velocidad de la luz.

f

c=λ


Teoría de InformaciónTeoría de InformaciónLa información es, aquella que se produce en la fuente para ser transferida al usuario.

La teoría de información es el estudio muy profundo del uso eficiente del ancho de banda para propagar información a través de sistemas electrónicos de comunicaciones.

Ley de Hartley:tXBI α

donde: donde: I=Capacidad de InformaciónI=Capacidad de InformaciónB=Ancho de Banda (Hertz)B=Ancho de Banda (Hertz)t=Tiempo de Transmisión (seg.)t=Tiempo de Transmisión (seg.)

Esta ley no permite cuantificar la capacidad de información (obtener un valor numérico).


+=

N

SBI 1log2

Limite de Shannon de Capacidad de Información

+=

N

SBI 1log32,3 10

donde:I: capacidad de información [bits por segundo]B: ancho de banda [Hz]S/N: relación de potencia de señal a ruido [sin unidades]

Esta expresión, nos permite tener una idea de cuanta Esta expresión, nos permite tener una idea de cuanta información puede ser transferida por un sistema en información puede ser transferida por un sistema en función de su ancho de banda y la relación señal/ruido.función de su ancho de banda y la relación señal/ruido.

Teoría de InformaciónTeoría de Información


Modos de TransmisiónModos de TransmisiónLa forma como se intercambia información entre emisor y receptor da como resultado cuatro formas generales de transmisión.

Emisor Receptor


Modos de Transmisión Simplex (SX).

La transmisión solo puede ocurrir en un único sentido.

Este sistema comprende un transmisor y un receptor sin que se pueda intercambiar estos roles.

Ejemplo: La radio comercial.

ORIGEN DESTINO

Modos de TransmisiónModos de Transmisión


Modos de Transmisión Half-duplex (HDX)

Las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones solo que no simultáneamente.

Ejemplo: Sistema de radios de comunicaciones portátiles.

ORIGEN DESTINO



Modos de Transmisión Full-Duplex (FDX)

Este tipo de transmisión permite el proceso de intercambio de información en ambos sentidos y simultáneamente.

Ejemplo: Sistema de comunicación telefónica.

ORIGEN DESTINO



Modos de Transmisión Full / Full-Duplex (FFDX)

Este tipo de transmisión permite el proceso de intercambio de información en ambos sentidos y simultáneamente con más de un destino.

ORIGEN DESTINO


DESTINO

Ejemplo: Llamada en conferencia


El RuidoEl RuidoSe considera como ruido a todas las señales eléctricas no deseadas que provienen de una diversidad de fuentes y que afectan las señales de radiocomunicación.

Clasificadas de manera general como interferencia hecha por el hombre o ruido que ocurre en forma natural.


Así tenemos la siguiente clasificación:

Clasificación de los RuidosClasificación de los Ruidos

Interferencias Naturales:

Interferencia Hecha por el

Hombre:

- Otros sistemas de comunicación

- Chispas de ignición en los automóviles- Zumbido de 60 Hertz de la red de alimentación- Interferencias de radio frecuencia

- Disturbios atmosféricos- Radiación extraterrestre- Actividad solar.


Otro tipo de ruido existente es el denominado Ruido Térmico, que es el voltaje de ruido debido al movimiento de partículas cargadas (por lo general electrones) en medios conductores. Matemáticamente la potencia del ruido térmico se calcula con la ecuación:

Donde N es la potencia del ruido en wats B es el ancho de banda K es la constante de Boltzman Joules x °K T es la temperatura absoluta en grados Kelvin

N =KTB

231038.1 −×



Voltaje de ruido.La figura muestra el circuito equivalente de una fuente de ruido, donde su resistencia interna (R1) está en serie con el voltaje rms de ruido (Vn). Para el peor de los casos R = R1, donde R es la resistencia de carga. Por tanto, el Voltaje de Ruido se puede calcular, según la ecuación:

RKTB=VN 4Vn

R1

R

Fuente de Ruido



Ruido Blanco Son tipos de fuentes de ruido Gaussiano y tienen una densidad espectral plana sobre un intervalo amplio de frecuencias.

Tal espectro tiene todos los componentes de frecuencias en igual proporción y se le designa en forma correcta como ruido blanco por la analogía de la luz blanca.



Relación señal a Ruido (S/R)Relación señal a Ruido (S/R)

La relación señal ruido se denota como S/R e indica la cantidad de ruido que contiene una señal en cuestión.

Está expresado en decibelios (dB).

Mientras más alto sea este valor, menor será la cantidad de ruido presente en la señal.

SNR =SN


Factor de Ruido e Indice de Factor de Ruido e Indice de RuidoRuido

El factor de ruido denotado como FF y el índice de ruido, denotado como NFNF.

Son índices que indican la degradación en la relación señal a ruido conforme la señal se propaga por un amplificador sencillo, una serie de amplificadores o un sistema de comunicaciones.

El factor de ruido es la relación de S/N de entrada entre la relación S/N de salida.

Esto es, el factor de ruido es una relación de relaciones.


Matemáticamente se tiene:

El índice de ruido es el factor de ruido expresado en dB, es decir:

( )( ) o

i

NS

NS=F

/

/

(F)=(dB) 10logNF

( )( )

o

i

NS

NS=(dB)

/

/10logNF

Factor de Ruido e Indice de Factor de Ruido e Indice de RuidoRuido


¿Qué son los Decibeles? ¿Qué son los Decibeles?


El DecibelEl DecibelEs una unidad logarítmica de medición usada para comparar dos niveles de potencia.

Denotando con Pr el nivel de referencia, el decibel (dB) se define mediante la ecuación:

donde P es una potencia conocida.

rP

P=dB 10log


Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

Si se conoce la relación de potencias expresadas en decibeles, la razón de potencia puede hallarse del inverso de la ecuación anterior, esto es:

)(dB

r

=P

P 10/10

rP

P=dB 10log


Los decibeles también se usan para indicar niveles de potencia absoluta.

Para lo cual se agrega una tercera letra a la notación.

Si el nivel de referencia Pr es de 1 watt, la potencia P se expresa en decibeles por encima de un watt, denotado por dBW y se determina como:

PdBW=10log10P



En caso que la señal de referencia sea de 1 mW, la potencia P se expresa en decibeles por encima de 1 miliwatt y se denota por dBm.

Por otro lado, se sabe que:

Si sustituimos la potencia en nuestra ecuación de Decibeles, tenemos que la potencia en decibelios podemos calcularla como:

P=V2

R

dB=20log10V



Convertir la siguiente relación a dB : 4000 y 0,003.

En ambos casos se conoce la relación de potencia, es decir:

Si se aplica la ecuación original de decibel para ambos casos, se tiene:

0,0034000 =P

Py=

P

P

rr

dB=)(=dB 36400010log10

dB)(=dB -25=0,00310log10



Se desea conocer el valor de potencia a partir del valor dado en dB. Convertir a valores numéricos los siguientes valores en dB: 29,3 dB, -7dBW, 27 dBm

En el primer caso se aplica la ecuación:

para obtener:

)(dB

r

=P

P 10/10

8511029,3

10 ==P

P

r



Para el segundo caso el valor en decibeles se encuentra dado con referencia a 1 watt, en este caso se aplica la ecuación

para obtener:

PdBW=10log10P

10Pr

101

10log =Pwatt

P=PdBW ⇒

watt==P 0,2107

10

−



En el tercer caso el tratamiento es similar al segundo caso, solo que la referencia es respecto a 1 miliwatt.

miliwatt==Pmiliwatt

P=PdBm 50110

27

101

10log

⇒



Tipos de ModulaciónTipos de ModulaciónLa modulación puede ser clasificada en modulación digital y modulación analógica.

Esta depende de la forma que tenga la señal que contiene la información:

Analógica o Digital

Según esto se puede hacer la siguiente clasificación: Modulación analógica y Modulación Digital.

SISTEMAESTIMULO RESPUESTA (Señal)


Lineal AM De onda continua Angular PM Analógica FM PAM PWM De pulsos PPMModulación TDM PCM

ASK FSK Digital PSK DPSK

QAM

Tipos de ModulaciónTipos de Modulación


Actividades de Actividades de AutodesarrolloAutodesarrollo

Realice una revisión del capítulo I del Libro W. Tomasi.


FinalFinal


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