Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalámbricas Fundamentos de telecommunicaciones.

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1 Materiales de apoyo para entrenadores en redes inalámbricas Fundamentos de telecommunicaciones

2 2 Metas Presentar los conceptos básicos de los sistemas de telecomunicaciones enfocándonos en los sistemas digitales inalámbricos

3 3 Conceptos Básicos Señales Analógicas, Digitales, Aleatorias Muestreo Ancho de Banda Espectro Ruido Interferencia Capacidad del Canal BER Modulación Multiplexing Duplexing

4 4 Señales de Telecomunicaciones Las señales de telecomunicaciones son variaciones en el tiempo de voltajes, corrientes, o niveles de luz que transportan información. En las señales analógicas, estas variaciones son directamente proporcionales a alguna magnitud física, como sonido, luz, temperatura, velocidad del viento, etc. La información también se puede transmitir por señales digitales binarias, que tendrán solamente dos valores, el cero digital o el uno digital.

5 5 Señales de Telecomunicaciones Signals Toda señal analógica se puede convertir en digital si la muestreamos adecuadamente. La frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima presente en la señal para poder transmitir toda la información contenida en ella. La señales aleatorias son aquellas impredecibles, que solo pueden describirse por métodos estadísticos. El ruido es una señal aleatoria típica, caracterizada por su potencia promedio y su distribución de frecuencia. 5

6 6 Ejemplos de Señales Señal modulada en amplitudSeñal modulada en frecuencia

7 7 Señal Sinusoidal v(t)= A cos(w o t - ⊖ ) A = Amplitud, voltios w o = 2πf o, frecuencia angular en radianes f o = frecuencia en Hz T = período en segundos, T = 1/f o ⊖ = fase (radianes o grados) time 0 A -A ⊖ T

8 8 Señales y Espectros

9 9 Análisis Espectral y Filtros f1f1 f2f2 f3f3 Analizador de Espectros Osciloscopio

10 10 frecuencia Pasabanda Pasabajas Pasaaltas De banda eliminada

11 11 Muestreo Señal Analógica Circuito de Muestreo Señal Muestreada t La señal muestreada puede ser cuantizada y codificada para convertirla en una señal digital. Esto se hace normalmente con un ADC (Analog to Digital Converter). La recuperación de la señal original se hace mediante un DAC (Digital to Analog Converter). La frecuencia de muestreo f s debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima presente en la señal a muestrear fsfs

12 12 Muestreo de una Imagen

13 13

14 14 Para qué digital? El ruido no se acumula cuando hay un cadena de dispositivos en cascada, como ocurre con las señales analógicas: CD Vs vinilo. Los errores de transmisión se pueden recuperar, en principio, con técnicas de codificación especiales. Lo mismo se aplica al almacenamiento de la información. Es más fácil la detección en presencia de ruido, por lo que se puede lograr mayor alcance. Las señales digitales usan menos ancho de banda, esto se aprovecha en el “Dividendo Digital” que se está cosechando en varios países. Los circuitos digitales son más fáciles de diseñar y permiten mayores niveles de integración.

15 15 Sistema de Comunicaciones

16 16 Retardo

17 17 Atenuación Señal Transmitida Señal Recibida

18 18 Ruido en una señal analógica

19 19 Limitación del ancho de banda Con las frecuencais altas atenuadas

20 20 Interferencia Toda señal diferente de aquella que nuestro sistema está diseñado para recibir y que es capturada por el receptor perjudica la comunicación y constituye interferencia. La interferencia intra-canal se produce en el mismo canal que ocupa nuestra señal. La interferencia co-canal es debida a limitaciones de los filtros que dejan pasar señales provenientes de los canales adyacentes.

21 21 Medida de la Información I = log 2 (1/Pe) La información transmitida por una seña se expresa en bits y es proporcional al logaritmo del inverso de la probabilidad de ocurrencia del correspondiente evento. Mientras más improbable sea la ocurrencia de un evento, mayor información transmitirá su ocurrencia. La transmisión de un mensaje que el receptor ya conoce no conlleva ninguna información. La cantidad de información transmitida en un segundo se conoce como capacidad del canal y se expresa en bit/s. 21

22 22 Redundancia Enviar dos veces la misma información es un desperdicio de la capacidad del sistema que reduce el caudal (throughput). Sin embargo, si ocurre un error, la redundancia puede usarse para recuperar la información y contrarrestar el error. Todo código corrector de errores debe emplear algún tipo de redundancia.

23 23 Capacidad del Canal

24 24 Detección de una señal ruidosa

25 25 MoDem Señal AnalógicaSeñal Digital Mod -Dem 1 0 Medio de Transmisión

26 26 Comparación de técnicas de modulación 1 0 Secuencia Digital Modulación ASK Modulación FSK Modulación PSK Modulación QAM, cambia tanto la amplitud como la fase

27 27 BER Versus E b /N o de Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_error_ratehttp://en.wikipedia.org/wiki/Bit_error_rate

28 28 Comparación de tipos de modulación BER de 10 -6 Tipo de Mod.Bit/SímboloE b /N o Requerido 16 PSK418 dB 16 QAM415 dB 8 PSK314.5 dB 4 PSK210.1 dB 4 QAM210.1 dB BFSK113.5 dB BPSK110.5 dB

29 29 Multiplexing Canal de comunicacion A B C D A B C D A B C D Multiplexer Demultiplexer

30 30 Técnicas de compartición del medio

31 31 Ejemplo: Adjudicación de canales en EEUU 54 60 66 72 76 82 frecuencia, MHz Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5 Canal 6 Potencia de la señal

32 32 Analogía de CDMA Dos mensajes superpuestos, uno en amarillo y otro en azul Un filtro azul revela lo que está escrito en amarillo Un filtro amarillo revela lo que está escrito en azul

33 33 Tipos de transmisiones Simplex: en un solo sentido, por ejemplo, la TV Half-duplex: Las dos estaciones que se comunican se turnan en el uso del canal, ejemplo los walkie-talkie. Requiere un mecanismo para coordinar el accesso. Esta técnica es llamada también TDD (Time Division Duplexing) Full-duplex: Las dos estaciones pueden transmitir simultáneamente, empleando diferentes frecuencias. Esta técnica es llamada también FDD (Frequency Division Duplexing). Se debe dejar una banda de guarda vacía entre tlas dos frecuencias en uso. 33

34 34 Conclusiones El sistema de communicaciones debe vencer el ruido y la interferencia para entregar una réplica usable de la señal al receptor. La capacidad del canal de comunicaciones es proporcional al ancho de banda y al logaritmo de la relación S/N (señal/ruido). La modulación se usa para adaptar la señal al canal y para permitir que varias señales compartan el mismo canal. Los esquemas de modulación de orden superior permiten alcanzar mayores velocidades de transmisión, pero requieren una relación S/N más elevada. El canal puede ser compartido entre varios usuarios que emplean diferentes frecuencias, diferentes ranuras de tiempo o diferentes códigos. 34

35 35 Para más detalles sobre los tópicos presentados en esta charla, vaya al libro Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo, de descarga gratuita en varios idiomas en:http://wndw.net/ Gracias por su atención