Unidad 1 Repaso e Introducción a la Transmisión de Datos 1.1 Elementos de un sistema 1.2 Señales Analógicas y Digitales 1

Transmisión de Datos 2 Transmisor Receptor Medio de Transmisión Guiado o confinado No Guiado o No confinado Inalámbrico Par Trenzado Cable Coaxial Fibra Óptica Aire Mar Vacío

3 TxRx Cable o Fibra Confinada Punto a Punto Confinada Multipunto TxRx Cable o Fibra Simplex Duplex Full Duplex

Ondas Electromagnéticas Una onda electromagnética es la perturbación simultánea de los campos eléctricos y magnéticos existentes en una misma región James C. Maxwell fue quien descubrió las ondas electromagnéticas. Las ondas originadas por los campos eléctricos y magnéticos son vibraciones accionadas en planos perpendiculares entre sí. 4

5 Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, y sus aspectos teóricos están relacionados con las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse. ( ). Univ. de Edinburgo y Cambridge. Profesor de filosofía natural en el King’s College de Londres. Treatise on Electricity and Magnetism (1873)

Magnitud Analógica Una magnitud analógica es aquella que toma valores continuos, es decir que las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores. La mayoría de las cosas que se pueden medir cuantitativamente aparecen en la naturaleza en forma analógica. Un ejemplo de ello es la temperatura: Durante una quincena la temperatura no varía entre valores enteros, de forma instantánea, sino que alcanza todos los infinitos valores en el intervalo. 6

Una onda senoidal es una señal analógica periódica de una sola frecuencia. 220 V -220 V 220 V - 50 Hz Señales periódicas, contienen un patrón que se repite a lo largo del tiempo s(t + T) = s(t)para -∞ <t < +∞ Donde T es el período de la señal Para la onda senoidal s(t) = A sen (2∏ft + φ) Donde: A es la amplitud) f es la frecuencia φ es la fase 7

Parámetros de una onda 8 Amplitud, Cresta, Valle Valor pico, Valor pico a pico Velocidad de Propagación Es el espacio recorrido por la onda en la unidad de tiempo. En las ondas mecánicas y de sonidos, la velocidad de propagación varia en función al medio que las sustente. Para las ondas electromagnéticas la velocidad de propagación en el vació se considera constante y se representa por “c”(c= Km/s)

Longitud de onda (λ) La longitud de onda es la distancia que ocupa un ciclo de una onda electromagnética, es decir la distancia entre dos puntos correspondientes en una onda repetitiva. 9 Frecuencia Es la cantidad de veces que se repite un movimiento periódico durante un determinado período. La unidad de frecuencia es el Hertz (1 Hz = 1cps) La frecuencia es igual a la inversa del período. f = 1/T

10 La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia y directamente proporcional a su velocidad de propagación. La velocidad de propagación de la energía electromagnética en el espacio libre es 3 x 10 8 m /s λ = c/f Donde:λ = longitud de onda (metros por ciclo) c = velocidad de la luz Km/s f = frecuencia en Hertz

11 Espectro Electromagnético

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A=1; f=1; φ=0 s(t) = A sen (2Πft + φ) A=0,5; f=1; φ=0 13

A=0,5; f=2; φ=0 14 A=0,5; f=1; φ=Π/2 s(t) = A sen (2Πft + φ)

sen (2Πft) + 1/3 sen (2Π(3f)t) 15 Las señales electromagnéticas pueden estar compuestas de la suma de señales de distinta frecuencia y amplitud

16 Señal compuesta de dos términos seno de frecuencias f y 3f Cuando todas las componentes de una señal tienen frecuencias múltiplo de una dada, esta se llama fundamental. s(t) = sin(2Πt)+(1/3)sin(2Π(3f)t)

17 Se puede demostrar usando análisis de Fourier que cualquier señal electromagnética, está constituida por un conjunto de señales periódicas con diferentes amplitudes, frecuencias y fases. s(t) t Para cada señal hay una función s(t) en el dominio del tiempo que representa la amplitud de la señal en cada instante de tiempo s(t) = sin(2Πt)+(1/3)sin(2Π(3f)t)

18 Dominio de la frecuencia Para cada señal hay una función S(t) en el dominio de la frecuencia que especifica las amplitudes pico de las frecuencias que constituyen la señal. S(f) f 1f2f3f4f 0,25 0,5 0,75 1 s(t) = sin(2Πt)+(1/3)sin(2Π(3f)t) Espectro de Frecuencia de una señal, es el conjunto de frecuencias que la constituyen Ancho de banda es el ancho del espectro de frecuencias. (3f – f = 2f)

Señales periódicas complejas (no senoidales) Toda forma de onda periódica esta formada por una componente promedio y una serie de ondas senoidales y cosenoidales relacionadas armónicamente. Según Fourier (Año 1820) 19 Jean Baptiste Joseph Fourier ( ) Matemático, Físico e Historiador École Polytecnique Director de Tésis: Joseph Lagrange Compañero de Simeon Poisson

f(t) = A 0 + A 1 cos α + A 2 cos 2α + A 3 cos 3α +…+ A n cos nα +B 1 sen α + B 2 sen 2α + B 3 sen 3α … +B n sen nα f(t) = dc + fundamental + 2ª armónica + 3ª armónica +… + n-ésima armonica. 20

Simetría Describe la simetría de una forma de onda en el dominio del tiempo, es decir, su posición relativa respecto de los ejes tiempo y amplitud. Simetría par Cuando la forma de onda es simétrica respecto del eje vertical (amplitud), la función se denomina par y todos los coeficientes B de la ec. son cero. f(t) = f(-t) 21

Simetría impar la forma de onda es simétrica respecto de una línea intermedia entre los ejes vertical y horizontal (2º y 4º cuadrantes). La función se denomina impar y los coeficientes A de la ec. Son nulos. f(t) = -f(-t) Simetría de media onda Se presenta cuando la forma de onda del primer medio ciclo (t = 0 a t = T/2) se repite con signo cambiado durante el segundo medio ciclo (t = T/2 a t = T). Las armónicas pares en seno y coseno son nulas. f(t) = -f (T/2 +t) 22

Decibeles y Energía de la Señal Una señal que se propaga en un medio de transmisión sufre atenuación. Se utilizan amplificadores para restituir la energía de la señal. Las ganancias y pérdidas se expresan en dB. El dB es una medida del cociente entre dos niveles de señal. 23

24 Cociente de Potencias dBCociente de Potencias dB Valores en dB Ejemplo: En una línea de transmisión se trasmite una señal con una potencia de 10 mw. A cierta distancia se miden 5 mW. ¿Cual es la ganancia? Si las potencias fueran 1000 W y 500 W la ganancia también sería -3 dB

Perturbaciones en la Transmisión En cualquier sistema de transmisión, la señal recibida podrá diferir de la señal enviada debido a: La atenuación y distorsión por atenuación La distorsión de retardo El ruido 25

Atenuación En medios confinados la atenuación es generalmente exponencial con la distancia se expresa en dB/Unidad de longitud. En el vacío la atenuación se produce por dispersión con lo que se reduce la densidad de potencia. En la atmosfera, además de la dispersión existen partículas que absorben energía (pérdidas por absorsión) 26

Distorsión armónica, también llamada distorsión de amplitud, es cuando se producen armónicos no deseados, debido a la no linealidad de los dispositivos. TDH : (Total Harmonic Distortion) V superior: suma cuadrática de los voltajes RMS de las armónicas superiores 27 Distorsión

Distorsión por intermodulación Se puede producir cuando señales de distinta frecuencia comparten un medio de transmisión. Distorsión de retardo En medios confinados, la velocidad de propagación varía con la frecuencia, siendo mayor en la frecuencia central y disminuyendo hacia sus extremos. Por lo tanto, las distintas componentes en frecuencia, llegarán al receptor en instantes diferentes, dando lugar a diferencia de fase entre las distintas frecuencias. 28

Ruido Se define como cualquier energía electromagnética indeseada en un sistema de transmisión. Ruido no correlacionado: se genera fuera del sistema, dispositivo o circuito. Atmosférico Extraterrestre Causado por el hombre Ruido Correlacionado: se produce como resultado de la aplicación de una señal al sistema, dispositivo o circuito. Es generado por amplificaciones y dispositivos no lineales. 29

Ruido térmico 30

Instrumentos Analógicos Manómetro Manómetro Normalizado 31

Señal digital: Solo toma un numero finito de amplitudes En lógica binaria, dos Usualmente cambia la amplitud en instantes espaciados uniformemente Tiempo Amplitud 32

Amplitud Señal Analógica Convertidor Análogico - Digital Tiempo Modulada en amplitud 33

Modulación por amplitud de pulso Amplitud Señal Digitalizada Tiempo Cuantizador 34

Amplitud Cuantización Señal Cuantizada en 7 bits con signo 35

Numeración binaria x2 0 1x2 1 1x2 2 1x2 3 1x2 4 1x2 5 1x

x2 3 1x x2 4 01x H18 H50 37

Bibliografía 38 William Stallings. Comunicaciones y Redes de Computadoras. 7ª Edición, Pearson. Wayne Tomasi. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. 4ª Edición, Pearson Espectro Electromagnético.