Señales y Sistemas de Telecomunicaciones Ing. Adolfo Figueroa Lucano 08 de febrero de 2009.

Presentación del tema: "Señales y Sistemas de Telecomunicaciones Ing. Adolfo Figueroa Lucano 08 de febrero de 2009."— Transcripción de la presentación:

1 Señales y Sistemas de Telecomunicaciones Ing. Adolfo Figueroa Lucano 08 de febrero de 2009

2 Un poco de Historia  Siglo XII AC: Agamenón avisa a Clitemnestra con telégrafo de “hogueras” (codificación) que cayó Troya  Siglo IV AC: Eneas inventa en Grecia sistema hidráulico (carta empujada por el agua). Polibio introduce asentimiento con “hogueras”  Los Chasquis  1405: Se le avisa a Enrique III que nació su hijo varón mediante “humaredas” en Castilla  En 1794 el inventor francés Claude Chappe (1763- 1805) crea el telégrafo óptico Inalámbrico, entre Paris y Lille (200Kms) Conversión mensaje: luz reflejada

3 Un poco de Historia (1) Se vence a la distancia...  En 1832 Morse crea el telégrafo eléctricoMorse Alámbrico Conversión mensaje: señal analogica eléctrica  En 1858 el primer telegrama atraviesa el oceano Primer cable submarino ¿Tarifas altas? $1 por letra! (¿Cuántas letras por seg?)  1876 Bell inventó el teléfono. ¡Persiste hasta hoy!Bell inventó el teléfono Larga distancia entre Boston y New York 1889 Stroger inventa la central telefónica (manual) Problema: Distancia, atenuación

4 Un poco de Historia (2) La revancha (analógicos e inalámbricos)  1896 Marconi primera transmisión por radio El telégrafo se “moderniza”  1915 la voz humana cruza por radio el Atlántico  1935 transmisión de imágenes de baja definición  En 1947 Bardeen inventa el transistor  En 1944 primera computadora (Mark-1) Eniac fue después (1946)  En 1956 entra en servicio cable submarino (coax) telefónico entre Terranova y Escocia  1963 primera conversación satélital (Syncom II)  1969 red teléfónica global en base a satélites

5 Un poco de Historia (3) Los cables y los bits contratacan  En 1969 primera conexión de datos. Arpanet En 1970 en Hawai protocolo ALOHA (radio) En 1973 primera conexión IP trasantlantica  En 1973 Ethernet con cable (coax) a 2.94Mbs  1977 se instala la primera fibra óptica en Chicago  1979, Ericsson primer móvil (AMP)Ericsson primer móvil Desde los autos por problema de las baterías  1981 IBM lanza la PC  En 1991 se crea el WWW Genera el mayor impacto económico del siglo Millones de usuarios en pocos años

6 Un poco de Historia (4) Se pisa el acelerador...  1995 se crea el Java en Sun Microsystems  1995 la telefonía móvil digital se masifica 100 millones de usuarios en cinco años y medio  1997 Economía digital, portales, Malls, E-xxx  1998, los “colores” (DWDM) multiplican por 64 la capacidad de la fibra.  Cables submarinos con capacidad de Tbs (1012 ) Dan varias vueltas al mundo (150 millones de Kms)

7 Un poco de Historia (5) El globo se infla y... explota  En 1998 problema del Y2K inicia ¡euforia! e incrementa las ventas  Se compran empresas hasta en 3000 veces su rendimiento anual! Cotizaciones crecen 120% al día Se paga $36,000 millones en GB y 46,000 millones en Alemania por licencia de 3G  2000 millones de páginas WEB  El 2000 exploto! Caida libre (Ley de Newton) oWorldcom, Level 3, Global Crossing...

8 Un poco de Historia (6)  2001 despliegue masivo de la banda ancha 100 millones de usuarios en 3 años y medio El viagra del negocio de la telefonía fija  Éxito del p2p, mp3, DVD, SMS, MSM  En 2003 los móviles llegan a 1500 millones de usuarios  Casi 1000 millones de usuarios internet  ¿Burbuja de inalámbricos? Hotspots WiFi, hotzones Wimax…

9 En estos días...  Weblogs en lugar de páginas WEB  DVB – RCS satélite de banda ancha Procesamiento a bordo  Convergencia de redes y servicios Red de nueva generación (NGN) Masificación del VoIP, QoS, Protocolo SIP.  Multimedia móvil, ubicuidad  WiMax pone en riesgo tecnología 3G  Redes Metro, VDSL  Video sobre DSL, Set Top Box  El último telegrama: Western Unión da fin a una era(3 de febrero de 2006)  Femtocell, LTE

10 Historia del teléfono (1)  Graham Bell “paquete macabro” Thomas Watson 14 de febrero de 1876 se presentó la patente, para “mejoras en telegrafía” y “para el envío de voz u otros sonidos telegráficamente” El 7 de marzo de 1876 Bell recibe la patente número 174,465 (la mas famosa en la historia de las telecomunicaciones) Meucci no pudo conseguir 250 dólares para una patente duradera y sólo consiguió 10 para una patente de 3 años en 1871 Elisha Gray llegó dos horas más tarde con un teléfono que “funcionaba”

11  Graham Bell: Don Pedro de Alcántara Emperador del Brasil, escuela de sordomudos. Premio de la exposición del centenario en Filadelfia Western Union y 100,000 Dólares La Wester Union Contrataca (25 millones de dólares) “pero ya es muy tarde” Enero de 1878 se instala la primera Centralita comercial con capacidad para 21 teléfonos y 8 líneas diferentes En agosto Watson patentó el timbre La explosión de la competencia 1893...6,000 competidores Vail “ Un sistema telefónico interconectado, intercomunicado e interdependiente...1909 Historia del teléfono (2)

12 Vail escribió en la memoria anual de 1909...” La regulación, suponiendo que es independiente, inteligente, considerada y justa, es un apropiado y aceptable sustituto para la competencia en el mercado” En 1984 la AT&T es dividida en 7 empresas (Baby Bell) por la justicia norteamericana (acción antimonopolio). AT&T compra BellSouth por 67.000 millones de dólares (Nace la mayor empresa del sector en Estados unidos) Historia del teléfono (3)

13 Señales y Sistemas Sistema SeñalRespuesta Señal: es un evento que sirve para comenzar una acción o es capaz de iniciarla. Sistema: grupo de objetos que pueden actuar en forma armónica y que se combinan para alcanzar un determinado objetivo. Un sistema también puede ser un subsistema incluido dentro de otro sistema. f(t) = Asen(ωt + ϐ )

14 Señales en el dominio del tiempo Señal continua oVaría suavemente con el tiempo Señal discreta oMantiene un nivel constante que cambia a otro nivel constante. Señal periódica oModelo que se repite en el tiempo Señal aperiódica oNo hay un modelo que se repita en el tiempo

15 Señales continuas y discretas

16 Señales periódicas

17 Onda senoidal  Amplitud de pico (A) Máximo valor de la señal Se mide en voltios (V)  Frecuencia (f) Velocidad de repetición de la señal Se mide en hercios (Hz) o ciclos por segundo c/s Periodo = tiempo de una repetición (T) T = 1/f  Fase () Posición relativa en el tiempo

18 Diferentes ondas senoidales

19 Señales en el dominio de la frecuencia  Las señales están usualmente compuestas de varias frecuencias.  Las componentes son ondas senoidales.  Se puede demostrar, mediante ánálisis de Fourier que cualquier señal está compuesta de señales senoidales componentes.  Se pueden dibujar como funciones en el dominio de la frecuencia

20 Suma de componentes en frecuencia

21 Dominio de la frecuencia

22 Señal con componente continua (DC)

23 Componentes de frecuencia de la onda cuadrada

24 Sistema básico de comunicaciones (1/2)

25 Sistema básico de comunicaciones (2/2) TransmisorReceptor Medio o Canal de Transmisión Información El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma se señal. Para lograr una transmisión eficiente y efectiva, se debe desarrollar el procesamiento de la señal. La más importante es la modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora. El Canal o medio de Transmisión es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres (cobre), un cable coaxial, el aire, etc. Los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, la disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia. La función del Receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las señales son frecuentemente muy débiles, como resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación. En todo caso, la operación clave que ejecuta el receptor es la demodulación, el caso inverso del proceso de modulación del transmisor, con lo cual vuelve la señal a su forma original.

26 Elementos de un Sistema de Comunicación

27 Comunicación de voz Medio o Canal Trasmisor Receptor Trasmisor Receptor Transductor (Micrófono / bocina) Transductor (Micrófono / bocina)

28 Algunos ejemplos MENSAJECODIFICADORDECODIFICADOR SERVICIO DE TELECOMUNICACIONES SONORO CAPSULA MICROFÓNICA CAPSULA RECEPTORA Telefonía, Radiodifusión sonora, etc. IMAGENES CAMARA DE VÍDEO RECEPTOR DE VÍDEO Radiodifusión por televisión, videotex, etc DATOSMODEM Telex, Conmutación de transmisión de datos, etc.

29 Medios de Transmisión El medio de transmisión puede adoptar diferentes tecnologías, asimismo se han desarrollado una serie de procesos que permiten transportar las señales de un extremo a otro. Los medios de transmisión pueden ser:  Medios físicos (medios guiados)  Medio Inalámbrico, es decir que usan el espectro radioeléctrico para su propagación de un extremo a otro extremo. Estos medios al no contar con algo físico que una ambos extremos se los conoce también como medios no guiados.

30 Medios Guiados Se llaman así a aquellos medios que enlazan físicamente los extremos comunicantes. Este tipo de medios mantienen a la señal dentro de los confines del medio de transmisión mismo. Ejemplos de este tipo de medios son los Cables UTP y los Cables de Fibra óptica.

31 Medios No Guiados Se llaman así a aquellos medios que no enlazan físicamente a los extremos comunicantes. Estos medios no confinan la señal dentro de determinados límites sino más bien permiten la libre dispersión de las señales. El ejemplo de este tipo de medios lo representa el espectro electromagnético.

32 Espectro Radioelectrico ClaseRango De Frecuencia Longitud De Onda Clasificación UIT Características De Propagación Usos Típicos VLF(10 - 30 ) KHz(30 -10) Km.Miriamétricas Baja atenuación a toda hora y durante todo el año. Comunicaciones de banda angosta a larga distancia. Señales horarias. LF(30 - 300) KHz(10 - 1) Km.Kilométricas De noche similar a VLF varía durante el día. Sistemas de ayuda a la navegación comunicaciones marítimas. MF(300 - 3,000) KHz (1000 - 100) m Hectométrics Baja atenuación durante la noche, alta durante el día. Radiodifusión, comunicaciones marítimas. HF(3 - 30) MHz(100 - 10) mDecamétricasDepende sólo de la ionosferaComunicaciones de todo tipo a distancias medias y largas. VHF(30 - 300) MHz(10 - 1) mMétricasPropagación rectilínea Comunicación a corta distancia. TV. FM. Radar Navegación aérea. UHF(300 - 3000) MHz(100 - 10) cmDecimétricasIdem TV. Radar. Sistemas relevadores para comunicaciones a larga distancia. SHF(3 - 30) GHz(10 - 1) cmCentimétricasIdem Radar, microondas, radionavegación, comunicaciones especiales EHF(30 - 300) GHz(10 - 1) mmMilimétricasIdem

33 Radiopropagación Las ondas radioeléctricas se propagan en el espacio con la misma velocidad de la luz 300.000 kilómetros por segundo aproximadamente. Cada ciclo completo de dos medio ciclos de la onda es una longitud de onda y se expresa en metros. Estas ondas de energía electromagnéticas son conocidas como "ondas hertziana u ondas de radio". Las ondas hertzianas son fundamentalmente similares a las de la luz, es decir precisamente como se expresó, ambas son de características electromagnéticas. La energía viajará desde el punto transmisor al receptor de acuerdo a un determinado mecanismo o modo de propagación, que será función de la frecuencia de la emisión y de las características físicas del circuito.

34 Modos de Propagación (1/2) Onda de superficie: En este tipo de propagación se observa que las ondas terrestres mantienen contacto permanente con la superficie de la tierra desde la antena transmisora hasta la receptora. Como resultado de ello, su movimiento sobre el terreno provoca la aparición de corrientes eléctricas que debilitan la onda original a medida que la misma se aleja de la antena transmisora. Onda ionosférica: La mayoría de las comunicaciones comprendidas en la banda de frecuencias que comprende de 3 a 30 MHz (HF), se efectúan por onda ionosférica. Onda de espacio: Se trata de enlaces de visibilidad directa. La propagación en línea recta se caracteriza porque la onda emitida desde la antena transmisora, viaja en forma directa a la antena receptora sin tocar el terreno ni la ionosfera. El transmisor y el receptor deben tener línea de vista.

35 Modos de Propagación (2/2)

36 Contaminación de la señal  Distorsión: Es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse.  Interferencia: Es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. El problema es particularmente común en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o más señales simultáneamente por el receptor. La solución al problema de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la señal interferente o su fuente. En este caso es posible una solución perfecta, si bien no siempre práctica.  Ruido: Por ruido se debe de entender las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas señales se agregan a la señal portadora de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por supuesto que podemos decir lo mismo en relación a la interferencia y la distorsión y en cuanto al ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni aún en teoría.

37 Interferencia  Es cualquier proceso que altera, modifica o destruye una señal durante su trayecto en el canal existente entre el emisor y el receptor.  En la mecánica ondulatoria la interferencia es lo que resulta de la superposición de dos o más ondas, resultando en la creación de un nuevo patrón de ondas. Si la cresta de una onda se produce en el punto de interés mientras la cresta de otra onda también arriba a ese punto (es decir, si ambas ondas están en fase), ambas ondas se interferirán constructivamente, resultando en una onda de mayor amplitud. Si dos señales están desfasadas 180 grados y son idénticas se anularán negativamente.

38 Diafonía  En Telecomunicación, se dice que entre dos circuitos existe diafonía, denominada en inglés Crosstalk (XT), cuando parte de las señales presentes en uno de ellos, considerado perturbador, aparece en el otro, considerado perturbado.  La diafonía se mide como la atenuación existente entre el circuito perturbador y el perturbado.

39 Atenuación  En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal, sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisión.  Atenuación es una característica intrínseca del canal, que se manifiesta con la pérdida de energía de la señal cuando se propaga por el mismo.

40 Distorsión  Se produce cuando partes de la señal llegan desfasadas produciendo interferencias y una mala calidad de la señal.  Un desfase de 180 grados en señales del mismo tipo puede ocasionar pérdidas importantes de la señal.

41 Unidades Logaritmicas El decibel, o 1/10th de Bel (abreviatura de "Db"), es uno de unidad más popular utilizado en radiocomunicación. El nombre es en honor de Alexander Graham Bell (1847-1922), un escocés profesor de sordos e inventor estadounidense de la telefonía.

42 Definición

43 Algunos dBs  dBW: dB referidos a un vatio. Cero dBW significa un vatio.  dBm: dB referencia a una milivatios. ‘dBm' se utiliza a menudo en trabajo de comunicación como una medida de los valores de potencia absoluta. Cero dBm significa un milivatios.  dBμV: dB referidos a 1 microvoltio a través de una impedancia dada. Se utiliza a menudo para medir la sensibilidad del receptor.  dBμV / m: referencia a 1 dB microvoltios por metro de energía eléctrica componente del campo electromagnético de onda plana electromagnética transversal. Se utilizan con frecuencia para la medición de la sensibilidad del receptor.  dBi: En la expresión de la ganancia de la antena, el número de decibelios de la ganancia de una antena de referencia para obtener el cero dB de un espacio libre de radiador isotrópico.  Nota: También hay otros dB’s en uso! Source: Telecommunication Glossary 2000

44 Formulas Para convertir mW a dBm: Para convertir dBm a mW: La ventaja de utilizar dB es que las ganancias y las pérdidas son ADITIVOS P (dBm) = 10 log P (mW) P (mW) = log -1 (P (dBm) / 10)

45 Matemáticas dB (1/5) La pérdida o ganancia en un sistema de RF puede ser referido por una medición de potencia absoluta (10W de potencia) o por un medición de potencia relativa (mitad de su potencia)  -3 dB = mitad de la potencia en mW  +3 dB = doble de la potencia en mW  -10 dB = un décimo de la potencia en MW  +10 dB = diez veces la potencia en MW

46 Matemáticas dB (2/5) Ejemplos:  10 mW + 3 dB = 20mW  100 mW - 3dB = 50 mW  10 mW + 10 dB = 100 mW  300 mW - 10 dB = 30 mW

47 Matemáticas dB (3/5)

48 Matemáticas dB (4/5) Expresar +43 dBm en Watts  43dB = 10dB + 10dB + 10dB + 10dB + 3dB  1 mW x 10 = 10 mW  10 mW x 10 = 100 mW  100 mW x 10 = 1000 mW  1000 mW x 10 = 10000 mW  10000 mW x 2 = 20000 mW = 20 W

49 Matemáticas dB (5/5) Expresar -26 dBm in Watts  -26dB = - 10dB - 10dB - 3dB - 3dB  1 mW / 10 = 100 μW  100 μW / 10 = 10 μW  10 μW / 2 = 5 μW  5 μW / 2 = 2.5 μW

50 Potencia sobre distancia Gant=(πD/λ) 2.n

51 Sistema de Telecomunicación Half Duplex

52 Sistema de Telecomunicación Full Duplex

53 Relé Morse Manipulador Morse Receptor Morse Aparatos Telegráficos comunes en uso en los años 30’s regresar

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