Date post: | 30-Sep-2015 |
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Ing. Sandra Castro
COMUNICACIN ANALGICA
Contenido: INTRODUCCION
1.1.- Sistemas de Comunicacin
1.2.- Espectro Electromagntico
1.3.- Conceptos bsicos en comunicaciones.
1.3.- Ancho de banda y capacidad de informacin.
1-4.- Modos de Transmisin (Sx, HDx, FDx)
2.- ANALISIS DE SEALES
2.1.- Seales Senoidales
2.2.- Ondas peridicas. Series de Fourier
2.3.- Transformada de Fourier
3.- MODULACION Y DEMODULACION ANALOGICA
3.1.- Modulacin de amplitud AM
3.2.- Modulacin de Frecuencia
3.3.- Modulacin de fase PM
4.- PERTURBACIONES
4.1.- Ruido Elctrico
4.2.- Atenuacin
4.3.- Interferencia
4.4.- Relacin S/N
4.5.- Aplicaciones
INTRODUCCIN
INTRODUCCIN
DEFINICIONES
COMUNICACIN
Proceso en el que cierta cantidad de informacin se transfiere
de un punto (fuente) a otro en el espacio (destino).
SISTEMA DE COMUNICACIN
Totalidad de mecanismo que proporcionan el enlace para la
transferencia de la informacin entre la fuente y el destino.
Sistema de Telecomunicacin: Fuente y el destino estn
separados a una gran distancia.
INTRODUCCIN
Evolucin En 1837 se desarroll el primer sistema electrnico de
comunicaciones (telgrafo).
En 1876 se transfiri por primera vez en forma exitosa la conversacin humana (telfono).
En 1894 se transfiri las seales de radio, dejando de usar los hilos metlicos.
En 1908 invent la vlvula al vaco que permita amplificar seales elctricas.
En 1920 comenz la radio comercial, con estaciones de radio que iniciaron emitiendo seales de amplitud modulada AM.
En 1933 Se invent la modulacin en frecuencia FM, con su emisin comercial en 1936.
Evolucin
Los conceptos y principios de las comunicaciones
electrnicas han cambiado poco desde su introduccin.
Los mtodos y circuitos con que se realizan han sufrido
grandes cambios.
Miniaturizacin, mejor eficiencia, confiabilidad y costos.
Incluyen cable metlico, microondas, satlites y F.O.
SISTEMAS DE COMUNICACIN
OBJETIVO:
Transmitir informacin de un lugar a otro.
Comunicacin electrnica es la transmisin, recepcin y
procesamiento de informacin entre dos o ms lugares
mediante circuitos electrnicos.
Fuente original : analgica o digital.
Todas las fuentes de informacin deben convertirse a energa
electromagntica antes de propagarse a travs de un sistema
de comunicaciones.
Diagrama de un sistemas de comunicaciones
Sistemas de comunicaciones
Punto de origen fuente
Hacia donde va dirigida destino
La informacin mensaje
Los mensajes se transforman en una seal elctrica
transmisible con la ayuda de un transductor.
Transductor: seal sensorial a seal elctrica.
Sistemas de comunicaciones El transmisor irradia la seal a transmitirse.
Para conseguir transmisin fiel, eficiente y efectiva, en el
transmisor se deben realizar varias operaciones a la informacin
(compresin, encripcin, codificacin).
Antes de transmitirse esta debe procesarse de alguna forma
(modulacin) para acoplarse a las caractersticas el canal y lo hace
por medio del uso de onda portadora.
Canal de transmisin
Es el enlace entre el transmisor y receptor.
Involucra el medio de transmisin y ciertos fenmenos que en l
ocurren y que alteran la seal (distorsin, interferencia y ruido)
Sistemas de comunicaciones
Medio de transmisin
Transporta la seal desde el transmisor hasta el receptor
(conductores de cobre, fibra ptica o el espacio libre).
Todo medio de transmisin sin importar su tipo introduce
atenuacin (disminucin progresiva de la potencia de la seal
que se tiene conforme aumenta la distancia que recorre dicha
seal).
Si la atenuacin que experimenta la seal es muy grande se
requerir repetidores (analgicos) o regeneradores (digital).
Sistemas de comunicaciones
Sistemas de comunicaciones
El receptor.
Extrae la seal del canal y entrega al transductor de salida .
La seal debe ser amplificada y debe ser demodulada para
restituir a su forma original.
Tarea (a mano):
Qu es modulacin y para qu sirve?
Qu es una seal portadora?
Cundo uso modulacin?
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
Un sistema de comunicaciones trasfiere informacin de un
lugar a otro, convirtiendo la seal original a energa
electromagntica.
Energa electromagntica se puede propagar en varias
formas:
* Conductor o hilo metlico (voltaje o corriente)
* Espacio libre (ondas de radio)
* Fibra ptica (ondas luminosas)
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
Espectro electromagntico de frecuencias total, donde se muestran los lugares aproximados
de diversos servicios.
BANDAS DE FRECUENCIAS DEL ESPECTRO
ELECTROMAGNTICO
FRECUENCIAS DE TRANSMISIN
El espectro total til de radiofrecuencias se divide en bandas
de frecuencias ms angostas, a las que se les dan nmeros y
nombres descriptivos.
Algunas de ellas se subdividen a su vez en diversos tipos de
servicios.
Designaciones de banda. ELF
30- 300Hz
Seales de distribucin elctrica y telemetra de frecuencias bajas.
VF
300- 3000Hz
Canales de frecuencia de voz.
VLF
3-30 Khz
Comunicaciones con submarinos.
LF
30 a 300KHz
Navegacin martima y aeronutica.
MF
300KHz a 3 MHz
Emisiones comerciales de radio AM.
HF
3 a 30 MHz.
Con frecuencias llamadas ondas cortas
Radiocomunicaciones en dos sentidos
Designaciones de banda. VHF
30 a 300MHz
Radios mviles, comunicaciones marinas y aeronuticas, emisin comercial en FM, y de televisin canales 2 a 13.
UHF
300 MHz a 3 GHz
Emisin comercial de televisin, canales 14 a 83, telfonos celulares, radar, radio por microondas y satlite.
SHF
3 a 30 GHz
Radiocomunicaciones por microondas y satelitales.
EHF
30 a 300GHz
Casi no se usan para radiocomunicaciones, aplicaciones costosas, complicadas y especializadas.
Designaciones de banda.
Infrarrojo
0,3 a 300THz
Sistemas de gua de proyectiles con blancos trmicos,
fotografa electrnica y astronoma.
Luz visible
Frecuencias electromagnticas captadas por el ojo humano
(0,3 a 3 PHz).
Sistemas de FO.
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
La energa electromagntica se distribuye en un intervalo casi
infinito de frecuencias.
Frecuencia
Cantidad de veces que sucede un movimiento peridico.
Unidad bsica: Hz
1 hertz = 1 cps
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
Cuando se manejan ondas de radio se usan adems unidades
de longitud de onda y no de frecuencia.
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
ESPECTRO ELECTROMAGNTICO
Ejercicio:
Calcular la longitud de onda en metros para las siguientes
frecuencias: 1 Khz, 100 KHz, 10 Mhz
CONCEPTOS BSICOS DE
COMUNICACIONES DE DATOS
Unidades de medida utilizadas en
Telecomunicaciones
Decibelio dB
Neper Np
Decibelio-miliwatt dBm
Decibelio-Watt dBW
dBmV
S/N
Ejemplos
El decibelio (dB)
Ejercicios:
Calcule el nivel de potencia asignado a:
-39 dBm, 16 dBW, -60dBm
Calcule el valor en dBm y dbW respectivamente de :
250 mW; 0,125 W; 320 W
VELOCIDAD DE TRANSMISIN, DE LA
SEAL, VELOCIDAD DE PROPAGACIN
Velocidad de Transmisin
Velocidad de Seal
2. Velocidad de Seal: (Vs)
Expresada en smbolos por segundo o baudios, constituye la
velocidad de transferencia de la informacin en baudios o la
tasa en smbolos por segundo a la cual los datos son
transmitidos.
Otras denominaciones para la velocidad de seal son: tasa de
smbolos (symbol rate), tasa de baudio (baud rate), velocidad
de codificacin (aplicable para seales digitales codificadas
mediante el uso de algn tipo de lnea) o velocidad de
modulacin (aplicable para seales moduladas).
Velocidad de seal Una vez que los bits se agrupan en smbolos para la
transmisin, a cada uno de estos smbolos se les asigna un nivel de seal para efectos de la transmisin.
A una seal de esta naturaleza digital se la denomina seal multinivel.
El objetivo de trabajar con seales multiniveles es disminuir los requerimientos en ancho de banda para la transmisin.
As el ancho de banda que demandan las seales digitales binarias puede resultar excesivo, para disminuirlo se procede a transformar dicha seal binaria (2 niveles), antes de salir de transmisor, en una seal multinivel (mas de dos niveles).
Velocidad de seal
Velocidad de seal
Velocidad de seal
Velocidad de seal
En conclusin, para una velocidad de transmisin dada, el
ancho de banda requerido se puede disminuir si aumenta el
nmero de niveles M de la seal a transmitirse,
Sin embargo, esto pone un requerimiento mas complicado en
el proceso de deteccin por parte del receptor, as pues ste
en lugar de diferenciar dos posibles niveles durante cada
tiempo de seal, debe distinguir uno de los M posibles
niveles.
El ruido y el nivel de potencia de la seal limitan el valor
prctico de M.
Ejercicio
Si para transmitir una seal digital de dos niveles a una
velocidad de 1kbps se requiere un determinado ancho de
banda; y, si el nmero de niveles aumenta a cuatro,
determinar:
a) La velocidad de seal en ambos casos
b) La relacin entre los anchos de banda requeridos en cada
caso.
Ejercicio:
Velocidad de Propagacin: (Vp)
3. Velocidad de Propagacin
Para que una seal sea esta elctrica, ptica o de radio se
propague de un extremo a otro del medio de transmisin se
requiere de un cierto tiempo (tiempo de propagacin o
retardo de propagacin de seal).
La velocidad de propagacin se refiere entonces a la rapidez
con la que viajan las seales en un determinado medio.
Velocidad de Propagacin: (Vp)
Ejemplo:
Si se transmite un bloque de 1000 bits de datos, determine la
razn entre el retardo de propagacin y el retardo de
transmisin para los siguientes tipos de enlaces:
a) 100m de par trenzado a una velocidad de transmisin de
10 Kbps.
b) 50000 Km de espacio libre (enlace satelital) a una
velocidad de transmisin de 10 Mbps.
Ejemplo
4. TASA DE BITS ERRADOS(BER)
5. ALTERACIONES DE LA SEAL
1. Distorsin
Es la alteracin que experimenta la seal al viajar por un
canal de transmisin, causada por la respuesta imperfecta de
dicho canal a la seal.
2. Interferencia
Una seal interferente es una seal de naturaleza similar a la
deseada .
Medios guiados: acoplamiento elctricos entre pares
trenzados cercanos (cosstalk).
Inalmbrica: seales indeseadas son captadas por antenas.
ALTERACIONES DE LA SEAL 3. RUIDO
Seales indeseables que se introducen a lo largo del trayecto de transmisin.
Ruido es una seal impredecible que altera la seal deseada, generado por causas internas y externas al sistema.
Constituye uno de los principales factores que limitan el desempeo de un sistema de comunicaciones .
Ruido generado por causas externas
Es aquel generado fuera del dispositivo, circuito o medio de transmisin.
1.Ruido generado por el hombre (menores a 500 MHz)
2. Ruido generado por la naturaleza
2.1. Ruido atmosfrico. Generado por disturbios elctricos en la atmsfera terrestre. (menores 20MHz)
2.2. Ruido extraterrestre o espacial. Originado fuera de la atmsfera terrestre. Ruido solar, ruido csmico. (8 MHz y 1.5 GHz).
2. Ruido generado por causas internas.
Generado dentro del dispositivo.
Ruido blanco, ruido trmico o de Johnson (por movimiento trmico de los electrones ).
La densidad de potencia No del ruido blanco es cte. para una temperatura dada.
La densidad de potencia es constante y tiene todas las componentes de frecuencia en igual proporcin , se llama ruido blanco por la analoga con la luz blanca.
N = kT AB (watt)
N= potencia del ruido
K= cte de Boltzman
T temperatura absoluta
AB= ancho de banda (Hz)
Cuando se hable de ruido nos referimos al ruido blanco, toda vez que este es el ruido de mayor consideracin.
ALTERACIONES DE LA SEAL
ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE
INFORMACIN
ANCHO DE BANDA
Una de las caractersticas fundamentales de un canal de
transmisin es su ancho de banda.
El AB determina la capacidad del canal para permitir el paso
de una gama de frecuencias.
El AB C
El AB de un sistema debe ser lo suficientemente grande como
para permitir pasar todas las frecuencias significativas de la
seal.
Todos los canales de transmisin tienen un AB limitado y su
costo depende del mismo.
ANCHO DE BANDA El Ancho de banda y el ruido son dos limitaciones de un
sistema de comunicaciones.
AB DE UNA SEAL
Es la diferencia entre las frecuencias mxima y mnima contenidas en la informacin.
AB DE UN CANAL
Es la diferencias entre las frecuencias mxima y mnima que pueden pasar por el canal.
Debe ser de tamao suficiente para pasar todas las frecuencias importantes de la informacin.
Debe ser igual o mayor que el AB de informacin.
Ejemplo: Frecuencias de voz (300 Hz- 3000Hz).
Entonces un canal para frecuencias de voz debe tener un AB mayor o igual a 2700 Hz.
Sistema de transmisin de televisin por cable tiene una banda de paso de 500 a 5000 Hz, su amplitud de banda es 4500 Hz.
Un canal de comunicacin no puede propagar una seal que contenga una frecuencia que cambie con mayor rapidez que la amplitud de banda del canal.
CANAL DE TRANSMISIN
La mxima velocidad de transmisin con la que se puede
transmitir la informacin a travs de un canal de manera
confiable y bajo ciertas restricciones se denomina Capacidad
de canal.
Intervienen dos conceptos relacionados:
Ancho de banda
Relacin seal a ruido.
Capacidad de Informacin
Capacidad de transmisin.
Relacin S/N
existen varias anomalas (ruido, interferencia y distorsin) que
contaminan a una seal que viaja por un determinado canal de
transmisin.
Afectan a la velocidad de transmisin de los datos, dentro de
ellas las ms crticas es el ruido.
Potencia de la seal S, potencia de ruido N.
La mxima velocidad de transmisin a la que se puede
transmitir una seal depende de S/N.
Capacidad de Informacin
Ejercicio:
Para un canal normal de comunicaciones en banda de voz,
con una relacin de potencias de seal a ruido de (1000) 30
dB y un ancho de banda de 2.7 Khz, el limite de Shannon de
capacidad de informacin es??
Capacidad de Informacin
Capacidad de Informacin
CANAL SIN RUIDO
En un canal sin ruido (S/N =) de determinado AB, la
capacidad del canal terica sera , es decir no habra lmite en
la mxima velocidad de transmisin.
Sin embargo en estas condiciones el lmite es impuesto por las
caractersticas de la seal, ms concretamente por el AB de la
seal.
Tasa de Nyquist.
Capacidad de Informacin
Canal sin ruido
Capacidad de Informacin
Eficiencia Espectral o Densidad de
Informacin ()
Energa de la Seal por Bit / Densidad de
Potencia de Ruido por Hertz (Eb/No)
Eficiencia Espectral o Densidad de
Informacin ()
MODOS DE TRANSMISIN
MODOS DE TRANSMISIN
Los sistemas electrnicos de comunicaciones se pueden
disear para manejar la transmisin :
Slo en una direccin.
En ambas direcciones:
Slo en una a la vez.
Ambas direcciones al mismo tiempo.
MODOS DE TRANSMISIN
Existen 4 modos de transmisin:
Simplex (SX)
Transmisiones slo en un direccin.
(slo en un sentido, slo recibir o slo transmitir)
Una estacin puede ser transmisor o receptor, pero no ambos
a la vez.
Ej.: la estacin de radio o televisin.
Modos de Transmisin SIMPLEX
Envo en un solo sentido.
MODOS DE TRANSMISIN
Semiduplex (HDx half duplex)
Las trasmisiones se puede hacer en ambas direcciones pero
no al mismo tiempo.
Una estacin puede ser transmisora y receptora pero no al
mismo tiempo.
Ejemplos:
Sistemas radio taxi.
Radios de polica.
Modos de Transmisin
HALF DUPLEX
Envo en ambos sentidos,
pero instantes diferentes. ORIGEN DESTINO
MODOS DE TRANSMISIN
Duplex total (FDX, full duplex)
Transmisiones en ambas direcciones al mismo tiempo.
Una estacin puede transmitir y recibir en forma simultnea,
la que transmite tambin debe ser la que recibe.
Ej: Sistema telefnico.
Modos de Transmisin
FULL DUPLEX
ORIGEN DESTINO
Envo en ambos sentidos,
simultneamente.
MODOS DE TRANSMISIN
Dplex total/ general (F/FDX, de full/full dulpex)
Transmite y recibe en forma simultnea pero no
necesariamente entre las mismas dos estaciones.