TEMA I Introducción a las Comunicaciones Electronicas REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica TEMA I Introducción a las Comunicaciones Electronicas

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

RUIDO/INTERFERENCIAS Elementos de un Sistema de Comunicaciones Un sistema de comunicación, en forma general, está constituido por los siguientes elementos básicos: TRANSMISOR FUENTE CANAL RUIDO/INTERFERENCIAS Tx Rx RECEPTOR DESTINATARIO

Elementos de un Sistema de Comunicaciones Ejemplo de un Sistema de Comunicaciones

Señales, Espectros y Filtros En forma muy general, se puede decir, que una señal es un estímulo externo que condiciona el comportamiento de un sistema. Desde un punto de vista más matemático, se puede decir que una señal se define como una función univaluada del tiempo; es decir, a cada instante de tiempo asignado (definida como variable independiente) corresponde un único valor de la función (variable dependiente). ESTIMULO SISTEMA RESPUESTA

Señales, Espectros y Filtros Espectro de Frecuencia: La descripción de una señal v(t) usualmente existe en el dominio del tiempo, donde la variable independiente es “t”. Pero, para el trabajo de comunicaciones electronicas, a menudo es más conveniente describir las señales en el dominio de la frecuencia, donde la variable independiente es “f”. El análisis espectral está basado en el uso de las herramientas series y transformadas de Fourier.

Señales, Espectros y Filtros Filtros Electronicos Un filtro electrónico, es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. Existen diferentes tipos de filtros, según los requerimientos necesarios.

Espectro Electromagnético Si se considera la ubicación de todos los rangos de frecuencias de las diferentes señales, en un mismo sistema de referencia, se puede obtener lo que se denomina el ESPECTRO ELECTROMAGNETICO. El Espectro electromagnético comprende señales electromagnéticas desde frecuencias extremadamente bajas hasta frecuencias muy altas.

BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO RADIOELÉCTICO Espectro Electromagnético 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

Teoría de Información En el contexto de la comunicación, la información es, en forma simple 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: donde: I=Capacidad de Información B=Ancho de Banda (Hertz) t=Tiempo de Transmisión (seg.) Esta ley no permite cuantificar la capacidad de información. Por ello se emplea el teorema de Shannon

Teoría de Información Limite de Shannon de Capacidad de Información 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 cuenta información puede ser transferida por un sistema en función de su ancho de banda y la relación señal/ruido.

Simplex Half-duplex Full-duplex Full/full-duplex Modos de Transmisión La forma como se intercambia información entre emisor y receptor da como resultado cuatro formas generales de transmisión. Simplex Half-duplex Full-duplex Full/full-duplex

Clasificación de los Diferentes Tipos de Ruido Se considera como ruido a todas las señales eléctricas no deseadas que provienen de una diversidad de fuentes, clasificadas de manera general como interferencia hecha por el hombre o ruido que ocurre en forma natural.

Clasificación de los Diferentes Tipos de Ruido Así tenemos la siguiente clasificación: a) Interferencia Hecha por el Hombre: proviene de otros sistemas de comunicación, chispas de ignición en los automóviles o en conmutadores, zumbido de 60 Hertz de la red de alimentación, interferencias de radio frecuencia, etc. b) Interferencias Naturales: comprenden disturbios atmosféricos, radiación extraterrestre, actividad solar, etc.

Clasificación de los Diferentes Tipos de Ruido 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 calcula bajo 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

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

Clasificación de los Diferentes Tipos de Ruido El 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) 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.

Factor de Ruido e Indice de Ruido El factor de ruido denotado como F y el índice de ruido, denotado como NF, 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.

Factor de Ruido e Indice de Ruido Matemáticamente se tiene: El índice de ruido es el factor de ruido expresado en dB, es decir:

donde P es una potencia conocida. Cálculo de Decibeles El decibel es 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.

Cálculo 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:

denotado por dBW y se determina como: Cálculo de Decibeles. 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:

Cálculo de Decibeles 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 nuetar ecuacion de Decibeles, tenemos que:

Cálculo de Decibeles Ejemplos Si se considera R = Rr , entonces: Si se toma como voltaje de referencia un voltio ( Vr = 1 volt ), la ecuación anterio se transforma en: Algunas veces esta ecuación se toma como definición del decibel, lo cual es válido siempre que se empleen los adecuados factores de normalización. Ejemplos

Tipos de Modulación La modulación puede ser clasificada en modulación digital y modulación analógica en dependencia 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.

Tipos de Modulación Dentro de la modulación analógica se tiene dos casos: la modulación por onda continua dividida a sus vez en modulación lineal donde esta incluida la modulación en amplitud y la modulación angular donde encontramos la modulación de fase y la modulación de frecuencia.

Tipos de Modulación La modulación analógica por pulsos comprende la modulación por amplitud de pulso (PAM), la modulación por ancho de pulso (PWM), la modulación por posición de pulso. Otras variantes dentro de esta misma clasificación es la multiplexión por división de tiempo (TDM) y la modulación por codificación de pulsos (PCM).

Tipos de Modulación QAM Lineal AM De onda continua Angular PM Analógica FM PAM PWM De pulsos PPM Modulación TDM PCM ASK FSK Digital PSK DPSK QAM

Actividades Realice una revisión del capitulo I del Tomasi y resuelva los ejercicios propuestos de la pagina 47

Final del Tema 1

Elementos de un Sistema de Comunicaciones FUENTE: Es el que origina el mensaje, como una voz humana, una imagen de televisión, un mensaje de teletipo, o simplemente datos. Se conoce como señal de banda base. TRANSMISOR: Convierte la señal de banda base en una onda de mayor frecuencia, facilitando una eficiente transmisión. Esencialmente, es un proceso de traslacion de frecuencia. T F Tx Rx

Elementos de un Sistema de Comunicaciones. CANAL: Es el medio de transmisión, tal como un alambre, cable coaxial, una guía de ondas, una fibra óptica, o un enlace de radio. RUIDO/INTERFERENCIAS: Son todas aquellas modificaciones que se causan al mensaje producto de los equipos utilizados, alambres, conductores, atmósfera, etc. C Tx Rx R/I

Elementos de un Sistema de Comunicaciones RECEPTOR: Re-procesa la señal proveniente del canal al deshacer las modificaciones introducidas por el transmisor y el canal, luego convierte la señal eléctrica en su forma original, el mensaje. DESTINATARIO: Es la unidad a la que se comunica el mensaje R D Tx Rx

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.

Modos de Transmisión Half-duplex (HDX)‏ Las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones solo que no simultáneamente. Ejemplo: Sistema de radios de comunicaciones portátiles.

Modos de Transmisión Full-Duplex (FDX)‏ A diferencia del caso anterior, este tipo de transmisión permite el proceso de intercambio de información en ambos sentidos y simultáneamente. Ejemplo: Sistema de comunicación telefónica.

Modos de Transmisión Full/full-Duplex (F/FDX). Es aquel que puede transmitir y recibir simultáneamente, pero no necesariamente entre las mismas dos ubicaciones. Ejemplo de este tipo de transmisión es el sistema de comunicación con estaciones en stand-by, en las cuales la información llega hasta mas de una estación destino simultáneamente.

Cálculo de Decibeles Convertir la siguiente relación de potencia 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:

Cálculo de Decibeles 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:

Cálculo de Decibeles 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:

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