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PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS COMUNICACIONES DIGITALES. VICTOR HUGO IBARRA ORTIZ. ING. EN SISTEMAS COMPUTACIONALES. MATRICULA: 25113172. PROFESOR: DR. JOSÉ BENITO FRANCO URREA. HORARIO: 1-3 HRS. UNIDAD: CENTRO. CUATRIMESTRE: 8VO.

CD. OBREGON, SONORA A 29 DE ABRIL DE 2014.


INDICE. 1. 2. 3. 4.

INTRODUCCIÓN. PERFIL DESCRIPTIVO. INFORMACIÓN INSTITUCIONAL. DEFINICION DE SISTEMA, SEÑAL. SEÑALES ELECTRICAS. SISTEMAS DE COMUNICACIONES. 5. TRANSMISION DIGITAL. 6. PERTURBACIONES EN LA TRANSMISION. 7. CABLEADO APANTALLADO Y BLINDADO. 8. FUNDAMENTOS DE LA COMUNICACIÓN SATELITAL. 9. PRACTICAS EN CLASE. 10. TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN. 11. EXPOSICIONES EN CLASE. 12. CONCLUSIÓN. 13. BIBLIOGRAFIA.


INTRODUCCION. Cuando se hace referencia a los conceptos de señales y sistemas, su aplicación es válida para una variedad amplia de disciplinas, tales como sismología, comunicaciones, acústica, sistemas de generación y distribución de energía, ingeniería biomédica, etc. En estos campos la naturaleza física de las señales y sistemas pueden tener matices diferentes, pero todos ellos presentan características básicas comunes siguientes: a) las señales son funciones de una o más variables independientes, y contienen información sobre la naturaleza o comportamiento de algún fenómeno. b) Los sistemas responden a señales dadas produciendo otras señales. Así se tiene que señales eléctricas, que son voltajes o corrientes función del tiempo, se aplican a sistemas eléctricos, los que responden a estas señales con voltajes o corrientes, de acuerdo a sus características. También se puede considerar el caso en que el sistema es un automóvil, donde su entrada es la presión sobre el acelerador y la respuesta del automóvil o salida es su velocidad. En este capítulo se presentan el concepto general de sistema y su aplicación a sistemas de comunicaciones, la caracterización de señales en el dominio del tiempo, consiste en la definición de ciertos parámetros, los criterios de representación de señales en el dominio de la frecuencia y la clasificación de sistemas.


PERFIL DESCRIPTIVO.

UNIVERSIDAD DEL DESARROLLO PROFESIONAL

Perfil Descriptivo de Clase Materia:

COMUNICACIONES DIGITALES

Ciclo:

2014 -3

Maestro:

Dr. José Benito Franco Urrea

Horario:

13:00-15:00HRS

Objetivo del Curso:

El alumno conocerá los conceptos generales que conforman las comunicaciones digitales y serás capaz de identificar sus elementos como parte de un sistema de red de telecomunicaciones construyendo modelos. TIPO

Bibliografía:

TITULO

EDITORIAL/REVISTA

AÑO

Libro

Comunicaciones Y Redes De Computadoras

William Stallings

Prentice Hall

2001

Libro

Electronica de comunicaciones

Manuel Sierra

Prentice Hall

2002

Libro

Sistemas De Comunicaciones Electrónicas

Wayne Tomasi

Prentice Hall

2002

Libro

Procesamiento De Sanjit K. Señales Digitales Mitra

Prentice Hall

2001

Libro

Comunicaciones Y Redes De Computadoras

William Stallings

Prentice Hall

2001

.

criterios para la Evaluación

AUTOR

CALIFICACIÓN ORDINARIA (PONDERACIÓN) Actividades semanales

30%

Examen primer parcial.

15%

Portafolio reaprendizaje

10%

Examen segundo parcial.

25%

Trabajos independientes

20%

TOTAL

100%

Reglas 1. El alumno es responsable de enterarse de su número de faltas y retardos. 2. El alumno debe contar con un mínimo del 80% de asistencia para tener derecho a su calificación final. 3. El alumno que se sorprenda incurriendo en actos desleales en la elaboración de exámenes, tareas o trabajos, obtendrá cero (0) de calificación en el trabajo, tarea y/o examen


4. Es responsabilidad del estudiante hablar inmediatamente con el maestro cuando tenga problemas con el material de clase, sus calificaciones, etc. De esta manera evitaremos problemas en el fin del ciclo. 5. Sólo se justifican inasistencias si son autorizadas por la coordinación académica bajo el procedimiento correspondiente 6. Se tomara asistencia al iniciar la clase. 7. Prohibido utilizar teléfonos celulares y/o aparatos electrónicos dentro del aula. 8. La clase es de 100 minutos efectivos. 9. La clase inicia a la hora en punto 10. No se permiten alimentos ni bebidas dentro del aula. 11. Deberá presentar su Carnet de Pago, expedido por su coordinador administrativo, para la autorización de recepción de trabajos finales y la aplicación de exámenes en la última semana del módulo. Calendarización Sesión

Tema

Fecha

1

24/03/2014

2

25/03/2014

3

26/03/2014

1. Presentación del programa de curso. 2. Inducción a la materia. 3. Formación de equipos y asignación de los temas para exposición de los alumnos. 4. Exposición en PowerPoint de los temas (Maestro). 5. Análisis y reflexión de los temas por parte del alumno, dudas de clase. 6. Directrices para elaborar el portafolio de alumno y el proyecto final. 1. Introducción a las comunicaciones digitales. 1.1. Concepto 1.2. Antecedentes históricos 1.3. Aplicaciones 1.4. Los organismos normalizadores 2. Transmisión de datos 2.1. Buses Exposición del Artículo: Equipo #1: Redes Digitales: Presente y Futuro. Artículo #2: Comunicaciones digitales en los medios de transportes

4

5

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27/03/2014

31/03/2014

01/04/2014

7

02/04/2014

8

03/04/2014

2.2. Transmisión en paralelo 2.3. Transmisión en Serie 2.4. La sincronía en transmisión en serie 2.5. Transmisiones Simplex, Half-duplex y Full-duplex. 2.6 Funciones y descripciones de la UART 2.7 Programación de la UART 3. Alteraciones en las comunicaciones 3.1. Concepto y medida del ruido Exposición Equipo #3 - Propuesta metodológica para el estudio de las formas de comunicación en Internet. Equipo #4: Propuesta metodológica para el estudio de las formas de comunicación en Internet 3.2. Alteración aleatoria 3.3. Alteración no aleatoria 3.4 Modelos de ruido 3.5. El ruido y los errores de transmisión binaria.


07/04/2014

9 10

08/04/2014

4. Digitalizador de señales. 4.1. Concepto y ventajas de la digitalización 4.2. Teorema de muestreo Exposición del equipo #5- Modelos de veracidad en la cultura digital: Google News y los videojuegos históricos. Equipo #6. LOS RETOS DE LAS TEORÍAS DE LA COMUNICACIÓN EN EL SIGLO XXI 4.3. Modulación por pulsos 1.1. Creando páginas HTML dinámicas

11

09/04/2014

12

10/04/2014

Exposición del equipo #3-Tesis- Propuesta de guía de estilos de diseño de interfaces gráficas de usuario tipo web para dispositivos móviles PDA. EXAMEN PRIMER PARCIAL

4.4. Relación entre ruido y ancho de banda 4.5. La comprensión 4.6. Multiplexión en el tiempo

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29/04/2014

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30/04/2014

Revisión final del portafolio y proyecto final EXAMEN SEGUNDO PARCIAL

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01/05/2014

ENTREGA DE CALIFICACIONES ORDINARIAS

4.7. Relación entre ancho de banda y velocidad de transmisión 4.8. Modulación diferencial. 5. Modulación de señales digitales. 5.1. Modulación ASK Exposición equipo #7 - Diseño de sistemas de comunicación mediante simulación digital. Equipo #8. Impacto de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) en el Desarrollo y la Competitividad del País Revisión de avance del portafolio Revisión de avance del proyecto final 5.2. Modulación de señales analógicas 5.2.1 Moduladores y demoduladores AM 5.2.2. Modulación en lateral única. 5.2.3. Modulación en frecuencia y fase. 5.2.4. Moduladores demoduladores de FM 5.2.5. El ruido en señal modulada. 5.3. Modulación de señales digitales 5.3.1. Modulación ASK 5.3.2. Modulación FSK 5.3.3. Modulación PSK 5.3.4. Modulación DPSK 5.3.5. Modulación MPSK 5.3.6. Modulación QAM 6. Principales campos de aplicación 6.1. Comunicaciones LAN 6.2. Comunicaciones móviles 6.3. Sistemas de telefonía 6.4. Microondas 6.5. Comunicaciones satelitales

EXAMEN EXTRAORDINARIOS


INFORMACION INSTITUCIONAL. MISION. La misión de UNIDEP es formar profesionales de éxito que cuenten con actitudes, habilidades y conocimientos que demanda el sector productivo de la región. VISION. La Universidad del Desarrollo Profesional es una institución de educación superior de calidad, que ofrece programas presénciales y semipresenciales de bachillerato, profesional asociado, licenciatura, postgrado, diplomados y cursos en México y en el extranjero. Se distingue por facilitar a sus egresados la incorporación al mercado de trabajo, apoyada en una estrecha vinculación con el sector productivo y en planes de estudios pertinentes y dinámicos. Es reconocida por su modelo educativo profesionalizante, por la flexibilidad de su oferta académica impartida en ciclos continuos y por horarios y cuotas accesibles, acordes a la disponibilidad de tiempo y recursos económicos del alumno. Cuenta con profesores de amplia experiencia profesional y educativa. Sus instalaciones dentro de la ciudad permiten el fácil acceso. Cuenta con un modelo de administración sistematizado, participativo, operado por personal que es recompensado por su desempeño efectivo que le permite maximizar las aportaciones de sus socios y mantener finanzas sanas. VALORES Y ACTITUDES UNIDEP. Lealtad._ Los Integrantes de la comunidad Universitaria consideramos la fidelidad como un valor excelso que enaltecemos en nuestro quehacer diario. Justicia._ Los integrantes de la comunidad Universitaria actuamos con la constante y perpetua voluntad de dar a cada cual lo que le corresponde conforme a sus méritos o actos. Honestidad._ Los integrantes de la comunidad universitaria actuamos con sinceridad y honradez en nuestras tareas y en congruencia entre los pensamientos, palabras y acciones. Responsabilidad._ Los integrantes de la comunidad universitaria llevamos a cabo nuestras actividades con integridad, con sentido del propósito y apegados a los objetivos institucionales. Esfuerzo._ Los integrantes de la comunidad universitaria usamos nuestra máxima energía para cumplir con los objetivos trazados. Creatividad._ Los integrantes de la comunidad universitaria resolvemos los problemas con imaginación, conocimientos y con un espíritu de mejora continua.


DEFINICION DE SISTEMA, SEÑAL. SEÑALES ELECTRICAS. SISTEMAS DE COMUNICACIONES. Sistema. Un sistema es un grupo de objetos que pueden interactuar armónicamente y que se combinan para lograr un determinado objetivo. Un sistema puede, a la vez, ser una parte (subsistema) de un sistema mayor. Puede establecerse una jerarquía completa de sistemas, cada una con su dominio definido. Señal. Una señal es un suceso que sirve para iniciar una acción; es decir puede incitar a la acción. Con las restricciones de energía y potencia, el interés se centra en el concepto de señal y también en la respuesta de un sistema a una señal dada. El diagrama de la figura 1.1 muestra las funciones de la señal, el sistema y la respuesta.

La notación compleja de señales es conveniente para describir fenómenos bidimensionales, tales como el movimiento circular, la propagación de ondas en el plano, etc., en función del tiempo. Debido a la limitación a una sola variable dependiente, todas las señales que corresponden a cantidades físicamente observables deben ser de naturaleza real. Sin embargo, en muchos análisis, los modelos y cálculos matemáticos son a menudo más simples, e incluso más obvios, si se usa notación compleja. Después de efectuar todas las operaciones en notación compleja bastará considerar la parte real de la expresión resultante. Este procedimiento es válido siempre que pueda aplicarse el principio de superposición. Las observaciones anteriores pueden aplicarse a la descripción y análisis de procesos físicos en general. Interesa restringirlas a la descripción y análisis de señales y sistemas eléctricos. Una señal eléctrica puede ser una onda de voltaje o de corriente que puede describirse matemáticamente. El interés radica en las variaciones de las señales con el tiempo, sean éstas de voltajes o de corrientes. Luego, una señal eléctrica es simplemente una función univaluada del tiempo que puede emplearse para representar un voltaje o una corriente en una situación específica. En ocasiones pueden aparecer excepciones, particularmente en análisis que impliquen los


conceptos de energía y de potencia. En este caso es conveniente considerar que la señal se aplica a un resistor de resistencia un ohm para todos los cálculos de energía y de potencia asociada a la señal, en este caso se habla de potencia o energía normalizada. Algunas señales varían en forma continua en el tiempo, en tanto que otras señales se definen sólo en puntos discretos de tiempo. Esta distinción se aplica tanto a señales como a sistemas que responden y procesan estas señales, lo cual conduce a dos formas de análisis de señales y sistemas, uno para fenómenos y procesos que son descritos en tiempo continuo y otro para aquellos que son descritos en tiempo discreto. Las señales senoidales tienen una gran importancia en el análisis de los sistemas de comunicación. Estas señales pueden representarse como una función del tiempo de la siguiente manera x(t) = Acos(ω +t φ) Donde: A: amplitud φ: fase relativa ω: rapidez del cambio de fase En análisis de señales se usa el principio de los métodos de Fourier, el que consiste en la descomposición de las señales en sumatorias de componentes senoidales. Esto proporciona la descripción de una señal dada, en componentes senoidales, en función de la frecuencia. Un objetivo importante de la descomposición señalada, es la descripción de la distribución de la energía o de la potencia de una señal dada (y de la respuesta), en términos de tales frecuencias. Cualquier descripción de la respuesta, a una señal dada, ilustrará las características del sistema. Conceptos Básicos en Teoría de Información. Como el concepto de sistema se aplicará al caso particular de Sistemas de Comunicaciones, es adecuado manejar algunos conceptos básicos que se manejan en tales sistemas, como por ejemplo. Información. C. Shannon, estableció una teoría matemática de comunicaciones que representa la base de la Teoría de Información y Codificación, cuya premisa es el comportamiento probabilístico de la fuente de información. En este sentido la cantidad de información recibida al conocer la ocurrencia de un evento está relacionada con la probabilidad de ocurrencia del mismo, o bien, desde el punto de vista del destino con la incertidumbre. En forma intuitiva se puede decir que un mensaje con alta probabilidad de ocurrencia, conlleva menos información que uno que posea baja probabilidad de ocurrencia. Fuentes de Información. Existen diferentes clases de fuentes de información, por lo que los mensajes aparecen en diferentes formas, tales como: una secuencia de símbolos o letras discretas (palabras escritas en forma telegráfica), una magnitud


sencilla variando con el tiempo (presión acústica producida por la voz o la música), etc.. Sea cual sea la naturaleza del mensaje, el objetivo de un sistema de comunicación es proporcionar una réplica aceptable de dicho mensaje en el punto destino. Cuando el mensaje producido por una fuente no es de naturaleza eléctrica, es necesario un transductor de entrada. Este transductor convierte el mensaje en una señal, o sea en una magnitud eléctrica variable, tal como un voltaje o corriente. En forma similar, es necesario otro transductor en el punto destino para convertir la señal de salida a la forma apropiada del mensaje. Comunicación. Cuando entre dos entes, interlocutores, se tiene un intercambio de información se dice que existe una comunicación entre ellos, dicho de otra manera, comunicación es el proceso por medio del cual la información se transfiere de un punto llamado fuente, en espacio y tiempo, a otro punto que es el destino o usuario. Si la comunicación es eventual y en un sólo sentido se dice que se envía un mensaje; el cual es la manifestación física de la información producida por la fuente. Si es interactiva se dice que existe un diálogo compuesto de mensajes sucesivos en uno y otro sentido. Aquí cabe el siguiente concepto de la información: es la diferencia entre el conocimiento previo y posterior a la comunicación, es decir, entre la ignorancia inicial y la remanente Sistema de Comunicación. Es la totalidad de los mecanismos que proporcionan el enlace para la información entre fuente y destino. Un sistema de comunicación eléctrico es aquel que ejecuta esta función principal, pero no exclusivamente, por medio de dispositivos y fenómenos eléctricos. 1.1.1. Elementos de un Sistema de Comunicación. Para visualizar la relación señal – sistema, se considerará el diagrama en bloques de un sistema de comunicaciones mostrado en la Figura 1.2.

Elementos Funcionales de un Sistema de Comunicación. Omitiendo los transductores, las partes esenciales de un Sistema de Comunicación Eléctrica son -Transmisor -Canal de Transmisión


-Receptor. Transmisor. El transmisor es el elemento que pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión efectiva y eficiente, en el transmisor se procesa la señal. La modulación es el proceso más común e importante, ya que determina el acoplamiento de la señal transmitida a las características del canal, por medio de una onda portadora. Canal de Transmisión. El canal o medio de transmisión es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente entre la fuente y el destino. La naturaleza del canal de transmisión puede ser: par de alambre, cable coaxial, atmósfera, etc. Una característica importante de los canales de transmisión es la atenuación de la señal producida por él. Receptor. La función del receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Por lo general el receptor contiene etapas de filtrado, amplificación y la operación clave es la demodulación (detección), con la cual la señal vuelve a su forma original. Distorsión. Interferencia. Distorsión. Interferencia. Ruido. Durante la transmisión de la señal se presentan efectos no deseados. Uno de ellos es la atenuación, la cual reduce la intensidad de la señal. Otros efectos son: Distorsión, Interferencia y ruido. Distorsión. Es la alteración de la señal debido a la respuesta imperfecta del sistema a dicha señal. La distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse, no así la interferencia y el ruido. En el diseño de sistemas se debe considerar el criterio de minimizar la distorsión. En la práctica debe de permitirse una cierta distorsión dentro de límites tolerables. Interferencia. Es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a la de la señal. El problema de interferencia se soluciona eliminando la señal interferente o su fuente. Ruido. Por ruido se entiende cualquier señal aleatoria o impredecible de tipo eléctrico, originada en forma natural dentro o fuera del sistema. Debido al ruido, la información puede ser cubierta en gran parte o eliminada totalmente, haciendo imposible su recuperación en el receptor. 1.2 CLASIFICACION DE SEÑALES ELECTRICAS . La elección del modelo matemático de una señal debe ser tal que describa lo suficientemente claro las características más relevantes de los mensajes. El análisis matemático y el procesamiento de señales requieren de la disponibilidad de una descripción matemática de las señales. Esta descripción matemática o modelo de señal conduce a la clasificación básica de las señales en : determinísticas y en aleatorias. 1.2.1. Señales Determinísticas. Las señales determinísticas son aquellas que pueden ser modeladas por expresiones matemáticas explícitas, como por ejemplo :


x(t)=220sen2π50t

La expresión de una señal determinística puede ser todo lo complicada posible y aún en este caso podrá determinarse, para un instante cualquiera, el valor instantáneo de la señal dada. Cualquier señal que pueda ser descrita por una expresión matemática explícita, por una tabla de datos, o por una regla bien definida es llamada determinística. Este término es usado para enfatizar que todos los valores pasados, presente y futuros de la señal son conocidos con precisión, sin incertidumbre. Señales Determinísticas Estacionarias. Son aquellas señales que mantienen constante en el tiempo algún parámetro temporal significativo, como por ejemplo el valor eficaz, la componente continua, etc. El concepto estacionario se aplica al parámetro considerado. Señales Periódicas. Son aquellas señales que presentan como característica, el hecho de que la señal en cuestión repite sus valores cada cierto intervalo de la variable independiente, intervalo que se denomina periodo. 1.2.2. Señales Aleatorias. Las variaciones de estas señales son extremadamente complejas. Los eventos físicos que generan tales señales son de difícil predicción. Algunos de los factores que intervienen en un proceso aleatorio carecen de descripción analítica. Los procesos aleatorios pueden sin embargo, poseer alguna forma que permita su caracterización en base a ciertos valores medios. Lo cual implica que el comportamiento de mecanismos aleatorios, puede ser predecible sobre la base de valores medios y hay una ignorancia o incertidumbre sobre su comportamiento completo. La salida de un generador de ruido, una señal sísmica, una señal de voz son ejemplos de señales aleatorias . En Teoría de Comunicación, las señales aleatorias tienen una gran importancia. Así se tiene, que en todo canal de comunicación existe una señal de ruido aleatorio, la cual tiene por efecto la contaminación de los mensajes. Por otra parte, un mensaje solamente puede transmitir información si es impredecible; en este contexto el monto de la información es proporcional a la incertidumbre de la señal. Si un mensaje es determinístico, o sea, si es conocido completamente, se tiene que la recepción del mensaje no aporta información adicional. En Teoría de Comunicación Estadística, tanto el mensaje como el ruido son tratados como señales aleatorias, las que pueden ser descritas por sus propiedades estadísticas. Señales Aleatorias Estacionarias. Las señales aleatorias estacionarias presentan algún aspecto o magnitud en su estructura estadística que permanece constante en el tiempo. Normalmente el concepto de estacionaria, supone que los parámetros significativos dependen sólo de la longitud del intervalo de observación y no de sus instantes final e inicial. Procesos Ergódicos. En ciertos procesos aleatorios, llamados ergódicos, la estadística completa puede ser determinada a partir de una función maestral


cualquiera. En otras palabras, cada función muestral lleva una información estadística idéntica y por lo tanto cualquier función muestral describe estadísticamente el proceso estocástico completo. Para un proceso ergódico la media temporal es idéntica a la media del conjunto. En los procesos no ergódicos, se necesita un conjunto de funciones muestréales para obtener la estadística completa de un proceso. 1.2.3. Señales Multicanal y Multidimensional. Señales de Tiempo Continuo y de Tiempo Discreto. Señales de Valores Continuos y de Valores Discretos. Como complemento a la primera clasificación presentada, se puede hacer referencia a los siguientes tipos de señales: Señales Multicanal. Los métodos que se utilizan en el procesamiento de señales o en el análisis de la respuesta de un sistema para una señal de entrada dada dependen fuertemente de las características de la señal específica. Como hay técnicas que se aplican solamente a familias determinadas de señales, es necesario que cualquier investigación en procesamiento de señal, debería comenzar con una clasificación de las señales implicadas en la aplicación específica . En algunas aplicaciones, las señales son generadas por fuentes múltiples o múltiples sensores. Tales señales, pueden ser representadas en forma vectorial, como por ejemplo la aceleración de la tierra debida a un temblor. Esta aceleración es el resultado de tres tipos básicos de ondas elásticas: primarias (P), secundarias (S) y superficiales . Las fuentes múltiples o sensores múltiples generan señales escalares. Aunque tales señales no son magnitudes vectoriales desde un punto de vista físico, pueden ser tratadas como componentes de un vector por conveniencia notacional y matemática. Por ejemplo la salida de un electrocardiograma que tenga tres electrodos (sensores), puede ser representada como un vector S3 (t), como

Tal vector de señales puede ser considerado como una Señal Multicanal. Señales Multidimensional. Si una señal es una función de una variable independiente única, es llamada Señal Unidimensional. Por otra parte, una señal es llamada M- dimensional si su valor es una función de M variables independientes, como por ejemplo un cuadro de televisión blanco y negro puede ser representado como I(x,y,t), dado a que el brillo es una función espacial y del tiempo, o sea, tridimensional .


Señales de Tiempo Continuo y de Tiempo Discreto. Las señales pueden clasificarse dependiendo de su definición en relación a la variable independiente tiempo en: Señales de Tiempo Continuo y de Tiempo Discreto. Señales de Tiempo Continuo o Señales Análogas. Estas señales están definidas para cualquier valor de tiempo y ellas asumen sus valores en el intervalo continuo (a,b), donde a puede ser -∞ y b puede ser ∞. Matemáticamente, estas señales pueden ser descritas por funciones de una variable continua. Ejemplos de señales analógas pueden ser: onda de voz, x(t) = senπt . Señales de Tiempo Discreto. Estas señales están definidas solamente en valores discretos de tiempo. Estos instantes de tiempo no son necesariamente equidistantes, pero en la práctica se consideran igualmente espaciados por conveniencia computacional y manejo matemático. Como ejemplo de señal de tiempo discreto se tiene a: nt x(t) e − = , n = 0,±1,±2 ,....Si se usa el subíndice n de los instantes de muestreo como la variable independiente, el valor de la señal es función de una variable entera, por lo cual llega a ser una secuencia de números. Luego una señal de tiempo discreto puede ser representada matemáticamente por una secuencia de números reales o complejos. Para enfatizar la naturaleza de tiempo discreto de una señal, se denotará tal señal como x(n) en lugar de x(t). Si los instantes tn están igualmente espaciados, o sea tn = nT, la notación x(nT) es también usada. Las señales de tiempo discreto pueden originarse a partir de: -Selección de valores de una señal análoga en instantes discretos de tiempo. Este proceso se conoce como muestreo de una señal análoga. -Por acumulación de una variable sobre un período de tiempo. Por ejemplo, el conteo del número de automóviles que circulan por cada hora en una determinada calle, como también la grabación del valor diario de la Unidad de Fomento. Señales de Valores Continuos y de Valores Discretos. Los valores de una señal de tiempo continuo o de tiempo discreto pueden ser continuos o discretos. Señales de Valores Continuos. Si una señal toma todos los valores posibles de un rango finito o infinito de valores, se dice que es una señal de valor continuo. Señales de Valores Discretos. En este caso la señal toma valores de un conjunto finito de los posibles valores. Usualmente, los valores finitos son equidistantes y luego pueden ser expresados como un múltiplo entero de la distancia entre dos valores sucesivos. Una señal de tiempo discreto y que tiene valores discretos se llama señal digital. 1.2.4. Señales Descritas en Términos de Energía y en Términos de Potencia Señales de Duración Limitada. Se trata de señales que se anulan fuera de un


intervalo de tiempo determinado que, comúnmente, se considera simétrico con respecto al origen. Señales Acotadas. Son aquellas señales cuyos valores instantáneos están acotados por un número real y positivo. Señales Descritas en Términos de Potencia. Son aquellas que tienen potencia media finita distinta de cero. Como ejemplo de este tipo de señales se tiene: las señales periódicas, las aleatorias estacionarias y las que no están limitadas en el tiempo. Señales Descritas en Términos de Energía. Las señales que tienen energía finita son descritas en términos de energía. Este es el caso de señales de duración limitada en el tiempo, las que además tienen potencia media nula. Señales de Energía Limitada. En este tipo de señales, su energía está acotada por un cierto número real k. 1.3. DESCRIPCION DE SEÑALES EN LOS DOMINIOS DEL TIEMPO Y DE LA FRECUENCIA Las señales pueden estudiarse en dos ámbitos diferentes: el del tiempo, y el de la frecuencia 1.3.1. Descripción de Señales en el Dominio del Tiempo. El estudio de una señal en el dominio temporal se basa en la representación de la señal como función de la variable tiempo. Esta descripción se fundamenta en la definición de ciertos parámetros, tales como valor máximo, valor máximo a máximo, valor medio, valor cuadrático medio, valor eficaz, factor de forma, factor de cresta, etc. 1.3.2. Conceptos de Descripción de Señales en el Dominio de la Frecuencia. La base del tratamiento y estudio de las señales en el dominio de la frecuencia radica en la descomposición de ellas en componentes senoidales de diferentes frecuencias. En este contexto, para las señales periódicas se emplea la Serie de Fourier y para representar a las señales no periódicas la Transformada de Fourier o la Transformación Discreta. Algunos conceptos utilizados en el dominio de la frecuencia son Espectro. La representación de las señales en el dominio de la frecuencia se denomina espectro y el tratamiento correspondiente, se denomina estudio o análisis espectral. Dentro del análisis espectral, se determinan dos tipos de espectros: Continuo y Discreto. Espectro Continuo. Un espectro se dice continuo si la función que lo caracteriza es una función continua de la frecuencia.


VENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN DIGITAL. Los sistemas de comunicaciones se han orientado desde los años 60´s hacia sistemas digitales. La primer ventaja de estos sistemas respecto a los sistemas analógicos es la facilidad para regenerar señales digitales, por ejemplo sea el pulso digital.

Señal original

A distancia 1

A distancia 2

Señal original

A estos circuitos regenerativos se les llama repetidores. En una señal analógica no es posible realizar este proceso.

Señal original

A distancia 1

A distancia 2

Observe que la forma de onda de una señal continua contiene la información de ésta, la cual se distorsiona paulatinamente en el canal de transmisión. Las señales digitales tienen un número finito de estados, que en general es pequeño, por ejemplo dos amplitudes en el caso binario. Las señales analógicas tienen teóricamente un número infinito de estados, en realidad tienen un número finito muy alto de acuerdo a la sensibilidad de los sistemas. La segunda ventaja es el costo menor de los circuitos digitales, como procesadores y multiplexores. Una tercera razón es el fácil manejo de la información, los bits siempre estarán codificados y permiten fácilmente aplicarles técnicas contra interferencia, ruido, o bien proveer de técnicas de seguridad (encriptamiento). Los sistemas digitales también tienen desventajas. La primera es que en algunos casos requieren mayor ancho de banda que sistemas analógicos que transmitan la misma información. Una segunda desventaja es que requieren de circuitos adicionales de codificación y de sincronización.


1.1

Breve historia de las comunicaciones.

En 1605 Bacon desarrolló un alfabeto de dos palabras para representar 24 letras usando 5 dígitos, a estas letras a y b se les llama palabras codificadas y al conjunto se le llama código (code). En 1641 se extendió estas ideas a sistemas M-arios

A B C . . . Z

{a,b} aaaaa aaaab aaaba . . . babbb

{a,b,c} aaa aab aba . . . bcc

{a,b,c,d,e} aa ab ba . . . de

En 1703 Leibniz describió el código binario usando solo 0 y 1 para representar enteros en longitud variable. El primer sistema de comunicaciones digitales es el telégrafo, inventado por Morse en 1837 el cual usaba pulsos cortos y largos. En 1875 Banfot desarrolló el sistema de telégrafo actual con 5 dígitos por palabra. En 1879 Marconi desarrollo el radioteléfono. En 1924 Nyquist propuso el teorema del muestreo. En 1928 estableció la máxima tasa de bits (bps) en un canal de cierto ancho de banda. En 1937 Reeves desarrolló uno de los sistemas más importantes el PCM, modulación por pulsos codificados. En 1948 Shannon estableció las bases de la teoría de información utilizando el concepto de entropía. En 1959 desarrollo la teoría de tasa de distorsión que establece límites de la capacidad de un canal. En ese año se empieza a utilizar FM y Hamming estableció la teoría de códigos correctores de errores, es el año en que Bell anunció el transistor.


1.2

Clasificación y estructura de los sistemas de comunicación

Un sistema de comunicaciones electrónicas esta constituido por las siguientes partes.

Mensaje o

Señal

Señal de

entrada

entrada

transductor

transmisor

transmitida

Señal canal de

recibida

transmisión

Ruido de interferencia Señal de Mensaje de salida

transductor

salida receptor

Para comunicaciones analógicas (de onda continua) el transmisor y receptor están constituidos por: TRANSMISOR Portadora

Señal de entrada

Señal transmitida Modulador

Circuitos

lineal angular

Amplificadores

RECEPTOR

Señal de

Receptor

Sintonización

Señal

y filtrado

recibida

Demodulador

Circuitos Amplificadores

salida


Para comunicaciones digitales, el transmisor y el receptor son de la forma: TRANSMISOR Señal de entrada

Codificador

Encriptamiento

de fuente

Codificador

Sincronización

del canal

Señal de salida

Circuitos

Espectro

Modulación

Multicanalización

amplificadores

esparcido

digital

y multiplexaje

RECEPTOR Señal recibida

Reductor de

Demulticanaliza Filtrado

Demodulador

espectro

ción y demultiple xaje

Señal de salida

Decodificador de fuente

Desencriptamiento

Decodificador

Desincronizador

de canal

En el receptor, al recibir la señal pueden existir circuitos amplificadores como primer bloque. Codificador de fuente. Consiste en el convertidor analógico digital y en ocasiones también comprime los datos de entrada. En el caso de las señales digitales modifica a los niveles deseados y comprime los datos.


Textos alfanuméricos voz

Niveles deseados

Codificadores

Señales

Muestreo y

PAM

analógicas

cuantización

PPM

Convertidor

PCM

imagen

DPCM A/D

ADPCM DM LPC VQ

Codificador de canal. Modifica la señal para que sean menos susceptible al ruido en su transmisión o bien introduce bits de redundancia para corregir errores durante la transmisión, existen los tipos:  Codificación de línea  Códigos duobinarios  De forma de onda: ortogonales, biortogonales y transortogonales.  De secuencias estructuradas: de bloque, convolucionales y de Trelis.

Modulador Digital Existen varias clasificaciones como coherentes y no coherentes. De acuerdo al tipo de modulador se clasifican en:

Digitales binarios ASK FSK PSK

Digitales M-arios QAM MFSK MPSK


Señales.

PxT  Clasificación.

T 2

 x t dt

1 T

2

T 2

Las señales pueden ser: Determinísticas.- Sus valores en un instante están predeterminados. Aleatorias.- Existe incertidumbre en sus valores en un instante, se les llama en matemáticas procesos aleatorios o estocásticos. O bien, Periódicas.- Si existe un valor T0>0, tal que x t   x t  T0   t el menor valor T0 en que se cumple se llama periodo. Aperiódicas.- T0 no existe. O bien, Analógicas.- Sea x(t) tal que t   , x t  :  . Digitales.- x t   x kT ; k  Z , T es un valor real. x(t) es real.

Energía y Potencia. Su potencia instantánea es:

pt   x 2 t  Considerando una impedancia unitaria y que x(t) es voltaje o corriente. La energía  T T disipada en el intervalo   ,  es:  2 2

E TX 

T 2

 x t dt 2

T 2

 T T Y la potencia disipada en el intervalo   ,  es:  2 2


Una señal es de energía Ex, si la energía promedio Ex es finita y diferente de cero; donde: 

 x t dt

Ex 

2



En la práctica las señales son de energía. Una señal es de potencia Px si la potencia promedio Px es finita y diferente de cero, donde:

Px  lim

T 2

T 

1 x 2 t dt  T T 

2

Se puede concluir que: 1. Una señal de energía tiene potencia promedio nula. Una señal de potencia tiene energía promedio infinita. 2. Las señales periódicas y las señales aleatorias son de potencia. 3. Las señales determinísticas aperiódicas son de energía.

Densidad espectral. La energía total de una señal real esta relacionada con su transformada de Fourier (teorema de Parseval) por: 

Ex 

 x t dt   Xf  2



2

df



F  Xf  donde x t  

Sea ψ x f   X f  entonces:

2

es llamada densidad espectral de energía de la señal x(t),

E x  ψ x f df 


la densidad es simétrica par. Una señal periódica x(t) se puede desarrollar en una serie de Fourier con coeficientes Cn si cumple las condiciones de Dirichlet o bien, si es absolutamente sumable. La potencia promedio en un periodo T 0 es: T0

Px 

1 T0

2

2  x t dt  

T0

C

n  

2 n

2

su densidad espectral de potencia G x(f) se define por:

G x f  

C

n  

δ f  nf 0 

2 n

Se cumple que: 

Px 

 G  f df x



Ejemplo. Sea la señal x(t)=Acos2f0t a) Calcular su potencia promedio Px b) Su densidad espectral Gx(f) dado que C1=C-1=A/2; Cn=0, n=0, 2, 3 … y verificar el valor obtenido en a) con el obtenido en b). Solución.


Autocorrelación. La autocorrelación establece una medida de la relación de la señal consigo misma pera atrasada. Se define para una señal de energía como: 

R x τ  

 x t x t  τ dt



Y para una señal de potencia como: T 2

R x τ   lim

1 x t x t  τ dt T  T  T 

2

Estas definiciones cumplen las propiedades de : 1) R x τ   R x  τ 2) R x τ   R x 0  3)

 τ señal de energía

Rx     x  

Rx    Gx   señal de potencia R x 0  

 x t dt 2

señal de energía



4)

R x 0  

1 T0

T0 2

 x t dt  P 2

x

señal de potencia

T  0 2

Señales Aleatorias Sea X una variable aleatoria se define su función distribución de probabilidad como F x  x   PX  x

Que tiene las propiedades, entre otras: 1) 0Fx1 2) Fx(x1) Fx(x2) si x1x2 3) Fx(-)=0; Fx()=1 La función densidad de probabilidad se define por: p x x  

dFx x  dx


Tiene las propiedades: 1) p x x   0 x2

2) Px1  X  x 2   Fx  x 2   Fx  x1  

 p x dx x

x1 

3)

 p x dx  1 x



Se define la media o valor esperado de X como: m x  EX 

 xp x dx x



su n-ésimo momento como 

    x p x dx

EX

n

n

x



y la variancia como

  X  m  p x dx

σ 2  E X  m x   2

2

x

x



Se cumple que

 

E X 2  σ 2  m 2x Ejemplo. Dada la función y

k

-1

0.5

a) Determinar el valor de k para que sea una función de densidad. b) Con el valor de k obtenido, calcular P{x<-1/2} c) Con el valor de k obtenido, obtener su media y su variancia Solución.

x


Las distribuciones y densidades de las variables aleatorias más conocidads son, entre otras, la gaussiana o normal, la uniforme, la binomial, la de Laplace y la de Rayleigh. Ejemplo. La v.a. X tiene una distribución gaussiana con media 1000 y desviación estándar 5. Obtener la probabilidad de que la v.a. esté entre 950 y 1100. Solución:

Ejemplo. En el canal binario mostrado, 0 y 1 se transmiten con la misma probabilidad 0.8 0

0 0.2

0.2

1

0.8

1

se transmiten 10 dígitos, ¿Cuál es la probabilidad de recibir cuatro dígitos erróneos ? Solución:


Un proceso aleatorio es un conjunto finito o no finito de variables aleatorias. En muchas ocasiones proceden de un experimento repetido n veces. Proceso aleatorio con n repeticiones

x 1 t 

t

x 2 t 

t . .

x n t 

.

X=VA

Su media es función del tiempo,

Su autocorrelación se define por

m x t   Ex t  R x t1 , t 2   EX t1 X t 2 

t


Se dice que un proceso es estacionario en sentido estricto, si su estadística no cambia. Por lo tanto es suficiente que:

p x  t 1  x   p x  t 2  x     p x  t n  x  Se dice estacionario en sentido amplio (WSS) si: 1) Ex t   cte. 2) R x t , t  τ   R x τ

Un proceso se dice ergódico si sus promedios en el tiempo son iguales a sus promedios estadísticos. Ejemplo. Sea X(t)=Acos(0t+) un proceso aleatorio donde A y 0 son constantes y  es un v.a. uniformemente distribuida en (0,2). Determinar si X(t) es estacionario en sentido amplio. Solución.

Ruido La mayoría de las aplicaciones se tiene o considera al ruido r como aditivo, esto es para la señal enviada s se tiene que: xr  s  r

donde xr es la señal recibida.


El ruido natural tiende a ser gaussiano, esto es, su densidad es: pn  

 1 e 2π σ n

 n  m n 2 2σ n2

El ruido más común es blanco y se define como aquel de densidad de potencia constante. G n f  

N0 2

entonces R n τ  

N0 δ τ 2

El ruido térmico es blanco, aditivo y gaussiano, como este ruido esta presente en todos los sistemas de comunicaciones, se utilizan sus características para modelar ruido en comunicaciones.

Señales en sistemas lineales Sea un sistema LTI

entrada

salida T

x(t) X(f)

y(t) h(t)

Y(f)

H(f)

donde: H(f) es la respuesta en frecuencia y h(t) es la respuesta impulso Si x(t)=(t) entonces y(t)=h(t) Los sistemas LTI se caracterizan porque la respuesta está dada por y(t)=x(t)h(t) entonces Y(f)=X(f)H(f) Si x(t) es un proceso aleatorio entonces Gy(f)=Gx(f)H(f)2;

my=T[mx]


En una transmisión ideal y(t)=kx(t-t0) es decir, se tiene atenuación y atraso, pero no distorsión

Yf   kXf e j2π ft 0 de donde

Hf   ke j2π ft 0 Se observa que la magnitud es constante y la fase es lineal. Esta ecuación implica una ancho de banda infinito, y por lo tanto este sistema no es causal ni realizable. Una aproximación es truncar la respuesta entre las frecuencias f l y f2, esta función es llamada filtro ideal. 

Si fl  0 y f2   se tiene un filtro paso bandas. H(f)

1

f2

fl

fl

Si fl  0 y f2 se tiene un filtro paso altas.

Para un filtro paso bajas ideal, LPF, se tiene que 1 Hf    0

si

f  f2

si

f  f2

Con su fase

e

 jθ f 

e

 j2π t 0 f

f2


Su antitransformada es ht   F 1 H  f   2 f 2 sinc2 f 2 t  t 0 

Esta respuesta no es causal, por lo que el filtro no es realizable. Los filtros realizables van desde un RC hasta los diseños de filtros digitales de orden n, y de distintos tipos de acuerdo a su respuesta.

sinc(x)

1 0.8 0.6

h(t)

0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -4

-3

-2

-1

0 t

1

Si se aplica ruido blanco al filtro LPF ideal. GY  f   G n  f  H  f 

2

N0   2 0 

y se tiene que R. y    N 0 f 2 sinc2 f 2

f  f2 f  f2

2

3

4


PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIÓN. Todos los dispositivos eléctricos y electrónicos emiten interferencias y/o son susceptibles a estas. Algunos problemas que afectan la transmisión de datos son: Atenuación La energía de una señal decae con la distancia, por lo que hay que asegurarse que llegue con la suficiente energía como para ser captada por la circuitería del receptor y además, el ruido debe ser sensiblemente menor que la señal original ( para mantener la energía de la señal se utilizan amplificadores o repetidores). Debido a que la atenuación varía en función de la frecuencia, las señales analógicas llegan distorsionadas, por lo que hay que utilizar sistemas que le devuelvan a la señal sus características iniciales ( usando bobinas que cambian las características eléctricas o amplificando más las frecuencias más altas. Distorsión de retardo Debido a que en medios guiados, la velocidad de propagación de una señal varía con la frecuencia, hay frecuencias que llegan antes que otras dentro de la misma señal y por tanto las diferentes componentes en frecuencia de la señal llegan en instantes diferentes al receptor. Para atenuar este problema se usan técnicas de ecualización. Ruido El ruido es toda aquella señal que se inserta entre el emisor y el receptor de una señal dada. Hay diferentes tipos de ruido: ruido térmico debido a la agitación térmica de electrones dentro del conductor, ruido de intermodulacióncuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión, diafonía se produce cuando hay un acoplamiento entre las líneas que transportan las señales y el ruido impulsivo se trata de pulsos discontinuos de poca duración y de gran amplitud que afectan a la señal. Capacidad del canal Se llama capacidad del canal a la velocidad a la que se pueden transmitir los datos en un canal de comunicación de datos. La velocidad de los datos es la velocidad expresada en bits por segundo a la que se pueden transmitir los datos. El ancho de banda es aquel ancho de banda de la señal transmitida y que está limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisión ( en hertzios. La tasa de errores es la razón a la que ocurren errores.


Para un ancho de banda determinado es aconsejable la mayor velocidad de transmisión posible pero de forma que no se supere la tasa de errores aconsejable. Para conseguir esto, el mayor inconveniente es el ruido. Para un ancho de banda dado W, la mayor velocidad de transmisión posible es 2w, pero si se permite ( con señales digitales) codificar más de un BIT en cada ciclo, es posible transmitir más cantidad de información. La formulación de Nyquist nos dice que aumentado los niveles de tensión diferenciables en la señal, es posible incrementar la cantidad de información transmitida. C= 2W log2 M El problema de esta técnica es que el receptor debe de ser capaz de diferenciar más niveles de tensión en la señal recibida, cosa que es dificultada por el ruido. Cuanto mayor es la velocidad de transmisión, mayor es el daño que puede ocasionar el ruido. Canon propuso la fórmula que relaciona la potencia de la señal ( S ), la potencia del ruido ( N), la capacidad del canal ( C ) y el ancho de banda ( W ). C = W log2 ( 1+S/N ) Esta capacidad es la capacidad máxima teórica de cantidad de transmisión, pero en la realidad, es menor debido a que no se ha tenido en cuenta nada más que el ruido térmico. Eco Consiste en la aparición de una señal no deseada de las mismas características pero atenuada y retrasada en el tiempo respecto a esta. MEDIO FISICOS DONDE SE PRODUCE LA COMUNICACION El medio físico viene a ser básicamente el "cable" que permite la comunicación y transmisión de datos, y que define la transmisión de bits a través de un canal. Esto quiere decir que debemos asegurarnos que cuando un punto de la comunicación envía un bit 1, este se reciba como un bit 1, no como un bit 0. Para conectar físicamente una red se utilizan diferentes medios de transmisión. A continuación veremos cómo se trabaja con los medios de transmisión en las redes LAN, en donde por lo general se utilizan cables. El cableado de la red El cable es el medio a través del cual fluye la información a través de la red. Hay distintos tipos de cable de uso común en redes LAN. Una red puede utilizar uno o


más tipos de cable, aunque el tipo de cable utilizado siempre estará sujeto a la topología de la red, el tipo de red que utiliza y el tamaño de esta. Estos son los tipos de cable más utilizados en redes LAN: Cable de par trenzado sin apantallar Este tipo de cable es el más utilizado. Tiene una variante con apantallamiento pero la variante sin apantallamiento suele ser la mejor opción para una PYME.

La calidad del cable y consecuentemente la cantidad de datos que es capaz de transmitir varían en función de la categoría del cable. Las categorías van desde el cable de teléfono, que solo transmite la voz humana, al cable de categoría 5 capaz de transferir 100Megabytes por segundo. Conector UTP El estándar para conectores de cable UTP es el RJ-45. Se trata de un conector de plástico similar al conector del cable telefónico. La siglas RJ se refieren al estándar Registred Jack, creado por la industria telefónica. Este estándar define la colocación de los cables en su pin correspondiente.

Conector RJ-45


Cable de par trenzado apantallado Una de las desventajas del cable UTP es que es susceptible a las interferencias eléctricas. Para entornos con este problema existe un tipo de cable UTP que lleva apantallamiento, esto es, protección contra interferencias eléctricas. Cable Coaxial El cable coaxial contiene un conductor de cobre en su interior. Este va envuelto en un aislante para separarlo de un apantallado metálico con forma de rejilla que aísla el cable de posibles interferencias externas.

Cable Coaxial Aunque la instalación del cable coaxial es más complicada que la del UTP, este tiene un alto grado de resistencia a las interferencias. Por otra parte también es posible conectar distancias mayores que con los cables de par trenzado. Existen dos tipos de cable coaxial, el fino y el grueso conocidos como thin coaxial y thick coaxial. Con frecuencia se pueden escuchar referencias al cable coaxial fino como thinnet o 10Base2. Esto hace referencia a una red de tipo Ethernet con un cableado coaxial fino, donde el 2 significa que el mayor segmento posible es de 200 metros, siendo en la práctica reducido a 185 m. El cable coaxial es muy popular en las redes con topología de BUS. Con frecuencia se pueden escuchar referencias al cable coaxial grueso como thicknet o 10Base5. Esto hace referencia a una red de tipo Ethernet con un cableado coaxial grueso, donde el 5 significa que el mayor segmento posible es de 500 metros. El cable coaxial grueso tiene una capa plástica adicional que protege de la humedad al conductor de cobre. Esto hace de este tipo de cable una gran opción para redes de BUS extensas, aunque hay que tener en cuenta que este cable es difícil de doblar. Conector para cable coaxial El más usado es el conector BNC. BNC son las siglas de Bayone-Neill-Concelman. Los conectores BNC pueden ser de tres tipos: normal, terminadores y conectores en T.


conector

Cable de fibra óptica El cable de fibra óptica consiste en un centro de cristal rodeado de varias capas de material protector. Lo que se transmite no son señales eléctricas sino luz con lo que se elimina la problemática de las interferencias. Esto lo hace ideal para entornos en los que haya gran cantidad de interferencias eléctricas. También se utiliza mucho en la conexión de redes entre edificios debido a su inmunidad a la humedad y a la exposición solar. Con un cable de fibra óptica se pueden transmitir señales a distancias mucho mayores que con cables coaxiales o de par trenzado. Además, la cantidad de información capaz de transmitir es mayor por lo que es ideal para redes a través de las cuales se desee llevar a cabo videoconferencia o servicios interactivos. El coste es similar al cable coaxial pero las dificultades de instalación y modificación son mayores. En algunas ocasiones escucharemos 10BaseF como referencia a este tipo de cableado. Características de la fibra óptica El aislante exterior está hecho de teflón o PVC. Fibras Kevlar ayudan a dar fuerza al cable y hacer más difícil su ruptura.

Cable de fibra óptica Se utiliza un recubrimiento de plástico para albergar a la fibra central. El centro del cable está hecho de cristal o de fibras plásticas. Conectores para fibra óptica El conector de fibra óptica más utilizado es el conector ST. Tiene una apariencia similar a los conectores BNC. También se utilizan, cada vez con más frecuencia conectores SC, de uso más fácil. Debemos mencionar para este caso que todos los medio vistos están bajo la norma 568ª. del Institute of Electronic and electric engineers ( I.E.E.E).


Distribuidores y Concentradores: Se encargan de repartir o agrupar la señal eléctrica entre diversos receptores o emisores. Antenas: Son los dispositivos que permiten que una señal eléctrica se propague por un canal inalámbrico y viceversa. CASO Difonía: Cuando hablamos por teléfono y se oye otra persona. La forma de evitar este tipo de alteración es, o bien, apartando los cables o entrelazándolos unos con otros SOLUCIÓN Para impedir que se produzcan alteraciones en nuestra transmisión debemos bloquear el escape o la penetración de emisiones electromagnéticas del o al equipo o dispositivo electrónico, mediante un escudo, filtro o “Shield”, formado por un buen conductor. Amplificador En Comunicación a larga distancia, la señal sufre perdidas y es necesario amplificarla para que llegue integra a su destino. Es un dispositivo que amplia o restaura la señal de los dispositivos. Repetidores Cada cierto tiempo recuperan la señal transmitida.


CABLEADO APANTALLADO Y BLINDADO - INMUNIDAD AL RUIDO, CONEXIÓN A TIERRA Y EL MITO DE LA ANTENA. Principios de la Interferencia de Ruido Todas las aplicaciones requieren márgenes positivos de relación señalruido (SNR) para transmitir dentro de los níveles asignados de la tasa de errores de bits (BER). Esto significa que la señal de datos que se está transmitiendo debe ser de mayor magnitud que todos los perturbadores de ruido combinados que se acoplan a la línea de transmisión (es decir el cableado estructurado). El ruido puede acoplarse al cableado de par trenzado en una o más de las tres maneras que se muestran en la figura 2: 1. Ruido diferencial (Vd): Ruido inducido por un par trenzado o cable simétrico adyacente. 2. Ruido ambiental (Ve): Ruido inducido por un campo electromagnético externo. 3. Ruido del bucle de tierra (Vg): Ruido inducido por una diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

FIGURA 2: FUENTES DE RUIDO EN UNA LAN


Las diferentes aplicaciones, dependiendo de sus capacidades, poseen distintas sensibilidades a la interferencia de estas fuentes de ruido. Por ejemplo, se reconoce comúnmente a la aplicación 10GBASE-T como extremadamente sensible a la diafonía exógena o alien crosstalk (acoplamiento de cable a cable en modo diferencial) porque su capacidad de procesamiento de señales digitales (DSP) elimina electrónicamente la diafonía interna de par a par en el interior de cada canal. A diferencia de la diafonía de par a par, la diafonía exógena no puede anularse mediante el procesamiento de señales digitales. A la inversa, dado que la magnitud de la diafonía exógena es muy pequeña en comparación con la magnitud de la diafonía de par a par, la presencia de diafonía exógena ejerce una influencia mínima en el desempeño de otras aplicaciones como 100BASET y 1000BASE-T que emplean algoritmos de anulación de la diafonía en forma parcial o no lo hacen en absoluto. El concepto de compatibilidad electromagnética (EMC) describe tanto la susceptibilidad de un sistema a la interferencia de fuentes externas (inmunidad) como al potencial de perturbar a esas fuentes (emisiones) y es un importante indicador de la capacidad del sistema para coexistir con otros dispositivos electrónicos y eléctricos. Los desempeños de inmunidad al ruido y de emisiones son recíprocos, lo que significa que la capacidad del sistema de cableado de mantener la inmunidad a la interferencia es proporcional al potencial para irradiar del sistema. Es interesante mencionar que, al mismo tiempo que se pone tanto énfasis innecesario en consideraciones de inmunidad, es un hecho aceptado que los sistemas de cableado estructurado no irradian o interfieren con otros equipos o sistemas en el entorno de las telecomunicaciones. Perturbadores de ruido diferencial: la diafonía exógena y la diafonía interna de par a par son ejemplos de perturbadores de ruido de modo diferencial que deben minimizarse mediante un diseño correcto del sistema de cableado. La susceptibilidad a la interferencia proveniente de fuentes de modo diferencial depende de la simetría del sistema y puede mejorarse al aislar o separar los conductores que interfieran entre sí. El cableado con simetría mejorada (es decir Categoría 6 y superiores) exhibe un mejor despempeño contra la diafonía interna y la diafonía exógena. Ya que ningún cable es perfectamente simétrico, y con el objeto de mejorar aún más el desempeño contra la diafonía, se utilizan estrategias como la utilización de material dieléctrico para separar conductores o pantalla metálica para aislarlos. Por ejemplo, está probado que el cableado de Categoría 6A F/UTP posee un desempeño contra la diafonía exógena sustancialmente superior al del cableado de Categoría 6A UTP, debido a que su construcción con una pantalla metálica externa reduce el


acoplamiento de diafonía exógena prácticamente a cero. Está probado que la Categoría 7 S/FTP posee un desempeño contra las diafonías de par a par y exógena sustancialmente superior al de cualquier diseño de cableado de Categoría 6A, debido a que su construcción de par trenzado con pantallas metálicas individuales reduce el acoplamiento de diafonías de par a par y exógena prácticamente a cero. Estos niveles superiores de eliminación de la diafonía no podrían alcanzarse solamente con un adecuado desempeño simétrico.. Perturbadores de ruido ambiental: El ruido ambiental es un ruido electromagnético que está compuesto por campos magnéticos (H) generados por acoplamiento inductivo (expresados en A/m) y campos eléctricos (E) generados por acomplamiento capacitivo (expresados en V/m). El acoplamiento por campo magnético sucede a bajas frecuencias (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz), en las que la simetría del sistema de cableado resulta más que suficiente para asegurar la inmunidad, lo cual significa que su impacto puede ignorarse en todos los tipos de cableado simétrico. Los campos eléctricos, sin embargo, pueden producir tensiones de modo común en cables simétricos, dependiendo de su frecuencia. La magnitud de la tensión producida puede modelarse suponiendo que el sistema de cableado es susceptible a la interferencia de la misma manera que una antena de cuadro [1]. Para facilitar el análisis, la ecuación[1] representa un modelo simplificado de antena de cuadro que resulta apropiado para evaluar la influencia de los diversos anchos de banda de las fuentes de ruido de interferencia, así como de la relación de distancias entre los pares trenzados y el plano de tierra, sobre el campo eléctrico generado. Tenga en cuenta que para calcular con exactitud la tensión de ruido acoplado real se requiere un modelo más detallado que incluya especialmente el ángulo de incidencia de los campos eléctricos.

Donde: 

es la longitud de onda de la fuente de ruido de interferencia

A = el área del cuadro formado por la longitud perturbada del conductor del cableado (l)suspendida a una altura promedio (h) por sobre el plano de tierra


E = la intensidad del campo eléctrico de la fuente de interferencia

La longitud de onda , de la fuente de interferencia puede ser desde 500,000 m, para una señal de 60 Hz, hasta menos de 1 m para señales de RF de la banda de 100 MHz y superiores. La intensidad del campo eléctrico varía de acuerdo al perturbador, depende de la proximidad a la fuente, y normalmente se reduce a niveles nulos a una distancia de 3 m de la fuente. La ecuación demuestra que una señal de 60 Hz da como resultado una perturbación del campo eléctrico que sólo puede ser medida en el rango de milésimos de mV, mientras que las fuentes que operan en el rango de MHz pueden generar una perturbación del campo eléctrico mucho mayor. Como referencia, se considera que 0.3 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno comercial o industrial "liviano" y 10 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno industrial. La única variable que influye en la magnitud de la tensión acoplada por el campo eléctrico es el área del cuadro, A, que se calcula multiplicando la longitud perturbada del cableado (l) por la altura promedio (h) medida desde el plano de tierra. La vista en corte transversal de la figura 3 ilustra las corrientes de modo común generadas por un campo eléctrico. Son estas corrientes las que inducen señales indeseadas en los elementos conductivos externos del cableado (es decir, los propios conductores en un entorno UTP o la pantalla/blindaje total en un entorno apantallado/completamente blindado). Lo que se hace rápidamente evidente es que la impedancia de modo común, determinada por la distancia (h) al plano de tierra, no está bien controlada en los entornos UTP. Esta impedancia depende de factores como la distancia a conductos metálicos, estructuras metálicas presentes en los alrededores de los pares, uso de conductos no metálicos y ubicación de la terminación. A la inversa, esta impedancia de modo común está bien definida y controlada en ambientes de cableado apantallados/completamente blindados, ya que tanto la pantalla como el blindaje actúan como un plano de tierra. Las aproximaciones promedio para (h) pueden fluctuar entre 0.1 y 1 metro para cableado UTP, pero están significativamente más limitadas (es decir a menos de 0.001 m) para cableado apantallado y completamente blindado. Esto significa que, en teoría, el cableado apantallado y completamente blindado ofrece una inmunidad contra perturbaciones del campo eléctrico entre 100 y 1,000 veces mayor que la del cableado UTP.


FIGURA 3: CORRIENTES DE MODO COMÚN Es importante recordar que la susceptibilidad total de los cables de par trenzado a la perturbación del campo eléctrico depende tanto del desempeño simétrico del cableado como de la presencia de una pantalla o blindaje. Los cables bien equilibrados (por ejemplo, Categoría 6 y superiores) deberían ser inmunes a la interferencia electromagnética de hasta 30 MHz. La presencia de un blindaje o pantalla es necesaria para evitar la interferencia electromagnética a frecuencias más altas, lo que representa una consideración especialmente crítica para las aplicaciones de la próxima generación. Por ejemplo, al modelar una aplicación nueva que utilice técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) es razonable suponer que necesitará una relación señal-ruido (SNR) mínima de 20 dB a 100 MHz. Ya que el aislamiento mínimo producido únicamente por la simetría es también de 20 dB a 100 MHz, el agregado de una pantalla o blindaje es necesario para asegurar que esta aplicación cuente con un margen de inmunidad al ruido suficiente para el funcionamiento.

Bibliography: [1] B. Lord, P. Kish, and J. Walling, Nordx/CDT, "Balance Measurements of UTP Connecting Hardware", 1996


Características generales Sistemas de comunicación. Para comprender el proceso de transmisión y recepción de la señal Edusat es necesario conocer los aspectos básicos de la comunicación satelital. Principios de un sistema de comunicación Un sistema de comunicación se describe como el conjunto de elementos que ordenadamente relacionados entre sí, tienen la capacidad de establecer la transmisión de un mensaje entre dos puntos independientes. Los elementos fundamentales o indispensables que intervienen en el principio de comunicación son: a) Emisor o transmisor: es el elemento que inicia la comunicación; es el encargado de transmitir el mensaje en un lenguaje que el receptor o receptores puedan descifrar con facilidad para poder establecer el enlace de comunicación. b) Medio o canal: es el medio utilizado por el transmisor para hacer llegar el mensaje al receptor. c) Receptor: es el elemento encargado de recibir el mensaje transmitido por el emisor a través de un medio. Al recibirse el mensaje se cumple el ciclo de la comunicación.

Descripción de comunicación La información se origina en una fuente y se transmite a un destinatario por medio de un mensaje a través de un canal de comunicación; el receptor generalmente se encuentra en un punto geográfico distante o por lo menos separado del transmisor. La distancia entre el transmisor y el receptor puede variar, desde pocos centímetros (al hablar frente a frente), hasta cientos o miles de kilómetros (como es el caso de las transmisiones telefónicas). Descripción de un sistema de comunicación Se denomina “sistema” al conjunto de componentes o dispositivos físicos que interactúan entre sí, que aceptan señales como entradas, las transforman y generan otras señales a su salida. En la figura se representan, la entrada, el sistema que transforma la señal de entrada y la salida; como se observa la entrada de la señal


es de tipo analógica, el sistema de comunicación se encarga de transformar este tipo de señal para que pueda salir una señal digital.

Sistema alámbrico Depende de un medio de transmisión física, utilizando conductores eléctricos de señal, tales como las líneas telefónicas domésticas, cable coaxial, fibra óptica. Sistema inalámbrico No necesita de un medio físico entre el emisor y el receptor para llevar a fin el mensaje, ocupando como canal transmisor el espacio, por ejemplo la telefonía celular, las estaciones de radio y televisoras locales, la comunicación satelital. Tipos de señal Las formas en que se pueden transmitir, recibir y propagar las señales de los sistemas de comunicación son: analógica o digital; las cuales tienen distinta naturaleza. Señal analógica Tiene la característica de que puede variar gradual- mente dentro de un intervalo continuo de valores, como son la amplitud y la longitud, dependiendo de las caracForma de onda senoidal Señal de entrada Sistema de comunicación Señal de salida Sistema de comunicación Onda senoidal señal analógica


Onda niveles discreta señal digital terísticas de la información que se transmite; por lo tanto, una señal analógica (onda senoidal) es una señal de variación continua. Un ejemplo de sistemas analógicos es la señal acústica de un instrumento musical. Señal digital Es aquella que está conformada por valores discretos tales como los dígitos binarios (0 y 1), por lo tanto, se puede decir que una señal digital es igual a una señal discreta en amplitud. Algunos de los sistemas digitales más comunes son las calculadoras, algunos tipos de te- léfonos celulares, computadoras etcétera. Desarrollo de los sistemas de comunicación Las necesidades de comunicación que demanda el mundo actual, han generado la prioridad de desarrollar diversos sistemas de comunicación, éstos son diseñados de acuerdo a las condiciones que se requieren en la transmisión de la información, desde un sistema para la transmisión o recepción de voz hasta complejos sistemas de transmisión o recepción de datos para transac- ciones bancarias o comerciales, o bien para el uso de estrategia militar. Aquí cita- remos algunos de los usos más comunes. Telegrafía. Se consideró en su etapa inicial fundamental para las telecomunicaciones alámbricas, ya que implementaba los elementos básicos del principio de la comunicación (emisor, medio, receptor) utilizando el código Morse, esto es una codificación de rayas y puntos eléctricos u ópticos, que permitió la comunicación entre regiones lejanas. Radio. Es el sistema de comunicación que actualmente tiene más realce dentro del ramo de las telecomunicaciones. Su transmisión puede ser digital o analógica. Algunos ejemplos de este sistema son la radio comercial y los diversos sistemas de radio comunicación tales como: civil, militar y oficial. Debido a que algunos de éstos usan tecnología de punta (satélites, fibras ópticas, señales digitales) permiten abarcar con mayor calidad y cantidad los distintos puntos de cobertura. Televisión. Este sistema de comunicación en la actualidad es analógico o digital; su uso se ha ampliado, pues no sólo es comercial, sino también educativo, gubernamental, de investigación y otros. Algunos de estos sistemas usan tecnología de punta (satélites, fibras ópticas, señales digitales).


Telefonía. Este sistema puede ser alámbrico o inalámbrico; por ejemplo se tienen las redes de telefonía satelital, telefonía celular, red pública de telefonía o bien los radio localizadores. Comunicación satelital El siglo XX ha sido denominado el de las comunicaciones espaciales, ya que se ha al- canzado la tecnología necesaria para poner en órbita diferentes satélites artificiales; esto se logró como resultado de años de investigación, trabajo y por la gran visión tecnológica de muchos hombres en el mundo. Tipos de satélites Satélite natural Es un cuerpo celeste animado con movimiento de translación entorno, generalmente, de un planeta. Satélite artificial Es un elemento físico capaz de recibir y transmitir señales en forma analógica o digital de alta calidad, está colocado en órbita por las necesidades que tiene el hombre para recibir y transmitir información a cualquier punto de la Tierra. La mayoría de los satélites de comunicación se colocan en el arco satelital; es decir, se encuentran en la órbita geosíncrona o geoestacionaria, a una altura aproximada de 36,000 Km sobre el Ecuador; su velocidad es igual a la de la rotación terrestre y giran sobre su propio eje; por ello, cada satélite parece inmóvil con respecto a la Tierra, permitiendo que las antenas fijas apunten directamente hacia cualquier satélite. Un satélite es capaz de recibir y transmitir datos, audio y video en forma analógica o digital de alta calidad y en forma inmediata. Está formado por transpondedores. El satélite toma su energía de la radiación solar, cada satélite tiene un tiempo de vida determinado que varía según la cantidad de combustible que posee. Dicho com- bustible sirve para mover al satélite cada vez que éste se sale de su órbita, si el satélite pierde su posición y no tiene combustible, no hay manera de regresarlo ya que es atraído por las fuerzas espaciales hasta que se pierde. El satélite tiene un margen bien determinado en el espacio, como un cubo imaginario de aproximadamente 75 Km por lado, en el cual se desplaza sin salirse de control.


Subsistemas de un satélite Un satélite generalmente se diseña en varios subsistemas para que al ser puesto en órbita pueda ser controlado desde la tierra. Cuenta con los subsistemas de potencia, propulsión, telemetría y comando, y el de comunicaciones, entre otros. Subsistema de potencia Éste genera y distribuye potencia eléctrica de corriente directa para soportar las operaciones del satélite durante todas las fases de la misión. La potencia primaria es proporcionada por radiación solar a través de las celdas solares de alta densidad hasta el fin de su vida; la potencia secundaria es proporcionada durante el lanzamiento y los eclipses por un sistema de baterías de níquel-hidrógeno. Subsistema de propulsión Se trata de un sistema integral bipropelante que permite la inserción en órbita, el control de orientación y las funciones de mantenimiento en su órbita geosíncrona. Subsistema de telemetría y comando Éste proporciona la recepción y demodulación de comandos en la banda C para su alineación en el cubo imaginario de operación, y de comandos durante todas las fases de la misión. Partes de un satélite artificial Subsistema de comunicaciones Este permite ampliar y diversificar los servicios de comunicación satelital que actualmente existen, así como optimizar el uso del segmento espacial al permitir


nuevas técnicas de explotación; también permite manejar las regiones de cobertura para la comunicación en diferentes bandas, como la banda C, Ku y L. Transponder Es un dispositivo que forma parte del satélite, el cual cuenta con varias antenas que reciben y envían señales desde y hacia la Tierra. Los satélites tienen Transpondedores verticales y horizontales. El transponder tiene como función principal amplificar la señal que recibe de la estación terrena, cambiar la frecuencia y retransmitirla con una cobertura amplia a una o varias estaciones terrenas. Recoge la señal entrante de la antena receptora, ésta es amplificada por un LNA (amplificador de bajo ruido), que incrementa la señal sin admitir ruido. De la salida del LNA la señal es introducida a un filtro Pasa Banda (FPB) para eliminar lo que no pertenece a la señal original y luego esta señal se pasa a un convertidor de frecuencia (OSC) que reduce la señal a su frecuencia descendente, ésta pasa para su amplificación final a un HPA (amplifi- cador de alta potencia, usualmente de 5 a 15 watts), que tiene un amplificador de potencia de estado sólido (SSPA) como amplificador de salida. Una vez concluido el proceso, la señal pasa a la antena descendente y se realiza el enlace con la estación receptora.


Aplicaciones de los satélites Existe una gran variedad de satélites artificiales girando junto con la Tierra con diferentes aplicaciones como son: científicas, militares, astronómicas, etcétera; equipados, de acuerdo a sus aplicaciones, con diferentes instrumentos y fuentes de energía (celdas fotovoltaicas, nucleares, etcétera). Satélites científicos. Recogen datos del campo magnético terrestre, auroras boreales y distintos tipos de radiación. Satélites astronómicos. Permiten escrutar el espacio sin el obstáculo que presenta la atmósfera terrestre, ya que ésta absorbe gran parte de la luz y la radiación. Satélites meteorológicos. Recogen información sobre la atmósfera, los grupos de nubes y el equilibrio térmico. Satélites de comunicaciones. Permiten la transmisión telefónica, de imágenes, de datos de la red de Internet, de programas de televisión, etcétera. Satélites de navegación. Situados en órbitas fijas, emiten señales para ayudar a barcos y aviones a determinar su posición. Satélites de observación o espías. Fotografían instalaciones militares, nucleares, detectores de mísiles y son utilizados básicamente para fines militares. Satélites de investigación de recursos terrestres. Informan de la existencia de bosques, yacimientos de petróleo, etcétera.


Satélite Satmex 5 Fue fabricado por Hughes Space & Communications, en California, EUA, lugar en donde se construyó la primera y segunda generación de satélites mexicanos. En el trabajo de diseño e integración de este satélite participaron ingenieros mexicanos. La vida útil esperada de Satmex 5 es de 15 años y fue puesto en órbita por un cohete de Arianespace en 1998. Satmex opera este satélite desde su centro primario en Iztapalapa, D.F. y cuenta con un centro de control alterno en Hermosillo, Sonora, con lo que se garantiza la operación del sistema, de la misma forma que se hizo para los satélites Solidaridad. Tiene celdas solares de arseniuro de galio y cuenta con nueva tecnología en la batería y el sistema de propulsión, para operar con 24 Transpondedores de banda C y 24 de banda Ku de alto poder. Esta capacidad en banda Ku le permite la transmisión de señales de televisión directa al hogar (DTH), a antenas menores de un metro de diámetro; su PIRE (potencia isotropita radiada efectivamente) y sus márgenes de G/T (gain to noise temperatura ratio)le dan capacidad suficiente para hacer radiodifusión digital con gran confiabilidad; además, los haces de cobertura brindan servicio a casi todo el continente americano. Beneficios de Satmex 5 El nuevo satélite Satmex 5, lleva a México a una auténtica globalización de los servicios satelitales, ya que cuenta con cobertura continental en todos sus anales, una potencia diez veces superior a los anteriores satélites Morelos, tres veces superior a los Solidaridad, y tiene la tecnología satelital más avanzada, que le permitirá tener una vida útil superior a los 15 años. Las aplicaciones satelitales que requieren gran demanda de potencia pueden ser atendidas por Satmex 5, dado que se puede tener un mejor aprovechamiento del segmento espacial. La gran capacidad en potencia efectiva radiada y la elevada densidad espectral de sus transpondedores permiten la radiodifusión digital con gran confiabilidad. Las nuevas aplicaciones que operan en formatos DVB alcanzan importantes economías de escala al aprovechar al máximo las características del Satmex 5. Los sistemas como el de televisión directa al hogar (DTH) logran el beneficio de poder transmitir a estaciones con antenas menores a un metro de diámetro, particularmente dentro de la cobertura de Norteamérica. Para los usuarios de servicios ocasionales, Satmex 5 en su banda Ku, les ofrece la posibilidad de utilizar equipos digitales portátiles, que reducen considerablemente los costos de operación, además de hacer más flexible y dinámico el despliegue de sus equipos de noticias y eventos especiales. Históricamente y por razones fundamentalmente económicas, las receptoras de banda C han sido las preferidas por


las cadenas de televisión comercial y sistemas por cable, tanto en Latinoamérica como en EUA y Canadá. La cobertura continental de la banda C del Satmex 5, propiciará el crecimiento de la distribución de la televisión por cable y la educación a distancia con costos más competitivos.

Satélite Satmex 6 Satmex 6 es el satélite más grande que ha construido Space Systems Loral (SSL), pertenece a la familia FS-13000X, capaz de generar 13.7 KW (BOL) al inicio de su vida útil con un total de 60 Transpondedores de 36 MHz cada uno; 36 canales en banda C darán servicio en tres regiones (Estados Unidos, Sudamérica y la Plataforma Continental) y 24 canales en banda Ku con cobertura NAFTA y Continental, con un haz de alta potencia sobre las principales ciudades de Sudamérica incluyendo Brasil, siendo con ello el satélite con mejor cobertura en el Continente Americano. Este satélite se encuentra ubicado en la posición orbital de 109.2° Oeste. Satélites utilizados por la Red Edusat Para atender y apoyar la creciente demanda en todos los niveles educativos y aliviar el rezago en las poblaciones más alejadas y dispersas del territorio nacional, la Secretaría de Educación Pública hace uso del sistema de televisión vía satélite, utilizando la señal de compresión digital de los satélites geoestacionarios Solidaridad II y Satmex 5. Cobertura Solidaridad II La Red Edusat opera con la tecnología para la compresión: tecnología DVB. La tecnología DVB opera a través del satélite Solidaridad II, transponder 3N, Región 1, la cual cubre en su totalidad la República Mexicana. Procesamiento de la señal de la Red Edusat Para poder transmitir la señal de la Red Edusat, ésta debe pasar por una serie de procesos en el transmisor que permiten ordenar la información en una trama de bits. Este proceso se realiza empleando la compresión digital, múltiplexión, codificación, decodificación, encripción, mo- dulación y demodulación mediante el uso de la tecnología DVB.


El siguiente diagrama muestra el proceso que transforma a la señal de la Red Edusat, a una forma adecuada para transmitirse vía satélite, la primera etapa se realiza en el telepuerto de la DGTVE, y la segunda etapa la realiza el decodificador.

Equipo de recepción de la Red Edusat El equipo está conformado por los siguientes elementos: • Antena parabólica, sirve para captar la señal procedente del satélite. • Bloque amplificador de bajo ruido, también llamado LNB, que capta la señal que refleja el plato parabólico y la modifica para que pueda ser recibida por el decodificador. • Decodificador, convierte la señal captada por el LNB para que pueda observarse en el televisor. Permite además seleccionar los canales de la Red Edusat. • Control remoto, sirve para optimizar el uso del equipo. • Cableado y accesorios, sirven para conectar las diferentes partes del equipo de recepción del sistema Edusat. • Televisor, permite observar la señal Edusat. • Videograbadora, permite el almacenamiento en cinta de programas de interés. Las características y procedimientos para la instalación, uso y mantenimiento de estos elementos se explican en los fascículos correspondientes.


PRACTICAS EN CLASE. Sombrero. >> u=-8:0.5:8; >> v=u; [U,V]=meshgrid(u,v); >> R=sqrt(U.^2+V.^2)+eps; >> W=sin(R)./R; >> surf(W)


TRABAJOS DE INVESTIGACION. Que es Matlab? MATLAB es un entorno de cálculo técnico de altas prestaciones para cálculo numérico y visualización. Integra:    

Análisis numérico Cálculo matricial Procesamiento de señales Gráficos

En un entorno fácil de usar, donde los problemas y las soluciones son expresados como se escriben matemáticamente, sin la programación tradicional. El nombre MATLAB proviene de ``MATrix LABoratory'' (Laboratorio de Matrices). MATLAB fue escrito originalmente para proporcionar un acceso sencillo al software matricial desarrollado por los proyectos LINPACK y EISPACK, que juntos representan lo más avanzado en programas de cálculo matricial. MATLAB es un sistema interactivo cuyo elemento básico de datos es una matriz que no requiere dimensionamiento. Esto permite resolver muchos problemas numéricos en una fracción del tiempo que llevaría hacerlo en lenguajes como C, BASIC o FORTRAN. MATLAB ha evolucionado en los últimos años a partir de la colaboración de muchos usuarios. En entornos universitarios se ha convertido en la herramienta de enseñanza estándar para cursos de introducción en álgebra lineal aplicada, así como cursos avanzados en otras áreas. En la industria, MATLAB se utiliza para investigación y para resolver problemas prácticos de ingeniería y matemáticas, con un gran énfasis en aplicaciones de control y procesamiento de señales. MATLAB también proporciona una serie de soluciones específicas denominadas TOOLBOXES. Estas son muy importantes para la mayoría de los usuarios de MATLAB y son conjuntos de funciones MATLAB que extienden el entorno MATLAB para resolver clases particulares de problemas como:     

Procesamiento de señales Diseño de sistemas de control Simulación de sistemas dinámicos Identificación de sistemas Redes neuronales y otros.

Probablemente la característica más importante de MATLAB es su capacidad de crecimiento. Esto permite convertir al usuario en un autor contribuyente, creando sus propias aplicaciones. En resumen, las prestaciones más importantes de MATLAB son: 

Escritura del programa en lenguaje matemático.


   

Implementación de las matrices como elemento básico del lenguaje, lo que permite una gran reducción del código, al no necesitar implementar el cálculo matricial. Implementación de aritmética compleja. Un gran contenido de órdenes específicas, agrupadas en TOOLBOXES. Posibilidad de ampliar y adaptar el lenguaje, mediantes ficheros de script y funciones .m.

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DEL RUIDO. Instrumentos de medida para sonido para la práctica profesional y para el laboratorio. Aquí encontrará instrumentos de medida para determinar sonido / ruido, como por ejemplo: los slt, los PCE-322 con logger de datos, software para el PC y cable alargador para el micrófono, especialmente indicados para realizar mediciones en el sector industrial o sanitario y para realizar controles de seguridad, así como para medir cargas sonoras. Su memoria de datos interna para 32.000 valores permite su uso en mediciones prolongadas. Con el cable de interfaz RS-232 del envío podrá realizar la transmisión y posterior valoración de los datos en el PC. El software permite su representación en forma de tabla o de gráfico. MEDIDOR DE SONIDO PCE-222. Este medidor de sonido con múltiples parámetros para diferentes tipos de aplicaciones puede medir la potencia lumínica, él nivel de sonido hasta 130 dB (con característica de medición A / rápida; curva de frecuencia adaptada a la psicología auditiva, permite determinar también breves picos sonoros), de la temperatura y de la humedad del aire. El medidor de sonido PCE-222 esta tiene varios tipos de sensores tanto internos como externos. El software del envío y la interfaz para el PC hacen posible la representación gráfica de los valores de medición así como la valoración de- tallada, la grabación y la impresión de los datos. El medidor de sonido es ideal para el sector de la enseñanza por su fácil manejo.- Sencillo manejoSensores para luz, sonido, humedad y temperatura integrados en el aparatoInterfaz RS-232 con aislamiento óptico y software compatible con Windows- Gran pantalla LCD e indicador de funciones- Desconexión automática- Indicador de "batería baja"- Incluye software y cable de datos RS-232, sensor de temperatura tipo K, manual de uso. El medidor de sonido pce-222 tiene varios tipos de sensores, tanto internos como externos y es ideal para el sector de la enseñanza por su fácil manejo. Sirve para medir la potencia lumínica y también permite determinar los picos sonoros, tanto la de la temperatura como la humedad del aire.


MEDIDOR DE SONIDO SLT. El medidor de sonido está compuesto por un micrófono de medición con empuñadura y una sujeción para la pared con cable de 1,5 cm, un transmisor sonoro y un indicador digital. El ámbito principal de aplicación de este medidor de sonido es el de las mediciones de sonido continuadas y el control de sonido en naves de fábricas, salas de producción y pabellones de ocio (discotecas, fiestas populares, etc.) El indicador digital tiene una salida de relé para controlar los pitidos de alarma o las luces parpadee-antes que sirven de advertencia óptica o acústica y una salida de regulación. El valor límite para la salida de la alarma puede ser programado en el indicador. La señal de salida analógica puede ser utilizada para manejar las trampillas de ventana o almacenar las señales del transmisor en un logger, para después ser valoradas y documentadas. El medidor de sonido es muy fácil de conectar y funciona a 230 V de red. SONÓMETRO PROFESIONAL SOUNDPRO DL. El sonómetro SoundPro DL reúne todos los requisitos para la medición de ruido y el análisis de frecuencia. Este sonómetro integrador de precisión e impulsos reúne todas las normativas (clase 1 EN/IEC 61672, ANSI S1.4-1983,ANSI S1.43-1997 EN/IEC61260, etc.). El sonómetro SoundPro DL dispone una pantalla grande con iluminación de fondo (128 x 64 píxeles) en la que se muestran gráficamente los valores a lo largo del tiempo en tiempo real. No es necesario repetir las mediciones en caso que surjan durante el tiempo de medición ruidos molestos. Puede borrar tales anomalías hasta 20 segundos. Los ámbitos típicos de uso de este aparato son la medición del ruido en puestos de trabajo, el cumplimiento de normativas, detección de ruido ambiental, selección de protección acústica, selección de medidas para combatir el ruido y cálculo de la exposición de ruido. Reúne todos los requisitos para la medición de ruido y el análisis de frecuencia y puede medir el ruido en un trabajo, como también en una detección de ruido ambiental. DECIBELÍMETRO PCE-999. Este decibelímetro de precisión de la clase II con un diseño estilizado es ideal para medir el sonido y el ruido en diferentes lugares, como por ejemplo en el puesto de trabajo, en el control de máquinas, en la obra, en lugares con gran afluencia de público, como una discoteca o el ruido del vecindario. Reúne todas las características que normalmente sólo podrá encontrar en aparatos sustancialmente más caros. El decibelímetro ha sido concebido según la IEC651


tipo II.El ruido se ha convertido para muchas personas en el problema medioambiental número uno. Según encuestas representativas realizadas por organismos autorizados uno de cada cinco ciudadanos considera el ruido como una grave carga. Este aparato profesional se usa al aire libre y en espacios cerrados con una alta precisión. Diseño estilizado es ideal para medir el sonido y el ruido en diferentes lugares, como por ejemplo en el puesto de trabajo, en el control de máquinas, en la obra, en lugares con gran afluencia de público, como una discoteca o el ruido del vecindario. MEDIDOR DE SONIDOMULTIFUNCIÓN MEDIO AMBIENTAL. El medidor de sonido multifunción medioambiental 4 en 1reúne un medidor de nivel sonoro, un medidor de sonido, un medidor de humedad y un medidor de temperatura. El medidor de sonido de medio ambiente se adecua en especial a los ámbitos de la formación y del aprendizaje, así como a mediciones orientativas de los cuatro parámetros tanto en el ámbito profesional como en el privado. El medidor de sonido de medio ambiente con todos sus sensores se entrega en un ligero maletín fácil de transportar y de cómoda y rápida aplicación in situ. Sirve para realizar mediciones orientativas y demostraciones. Además Incluye sensor sonoro, sensor de luz, sensor de temperatura y medidor de humedad. MEDIDOR DE SONIDO DE LA SERIE CR-260. Es un medidor de sonido integrado con rango de medición ampliado, filtros de frecuencia (dependiendo del modelo) e interfaz RS-232 para transmisión online. Está compuesta por una selección de medidores de sonido integrados de muy sencillo manejo para la protección laboral, o sea para mediciones del "ruido en el puesto de trabajo" relacionadas con un lugar concreto En su elaboración se han incluido los parámetros de medición internacionales más comunes y se ha dado un especial valor a una sencilla descripción del menú de manejo. Medición de ruido para la protección laboral. Medición de ruido ambiental (protec. ambiente). Elección de protectores auditivos.

MODULACION DE SEÑALES DIGITALES. El término comunicaciones digitales abarca un área extensa de técnicas de comunicaciones, incluyendo transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales, entre dos o más puntos, de un sistema de comunicación. El radio digital es la transmisión de portadoras analógicas


moduladas, en forma digital, entre dos o más puntos de un sistema de comunicación. Los sistemas de transmisión digital requieren de un elemento físico, entre el transmisor y el receptor, como un par de cables metálicos, un cable coaxial, o un cable de fibra óptica. En los sistemas de radio digital, el medio de transmisión es el espacio libre o la atmósfera de la Tierra. En un sistema de transmisión digital, la información de la fuente original puede ser en forma digital o analógica. Si está en forma analógica, tiene que convertirse a pulsos digitales, antes de la transmisión y convertirse de nuevo a la forma analógica, en el extremo de recepción. En un sistema de radio digital, la señal de entrada modulada y la sedal de salida de modulada, son pulsos digitales. MODULACION ASK. Es una modulación de amplitud donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios (0 y 1) se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora, en este caso la frecuencia y la fase se mantiene constante. MODULACION FSK. El FSK binario es una Forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La expresión general para una señal FSK binaria es v(t)

=

Vc

cos

[

(

c

+

vm(t)

/ 2 )t ] (1) donde v(t) = forma de onda FSK binaria Vc = amplitud pico de la portadora no modulada c = frecuencia de la portadora en radianes vm(t) = señal modulante digital binaria = cambio en frecuencia de salida en radianes De la ecuación 1 puede verse que con el FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora de salida ( c) cambia por una cantidad igual a ± /2. El cambio de frecuencia ( /2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal de entrada binaria. Por ejemplo,


un uno binario podría ser +1 volt y un cero binario -1 volt, produciendo cambios de frecuencia de + /2 y /2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria vm(t). Por tanto, la frecuencia de la portadora de salida se desvía entre ( c + /2) y ( c /2) a una velocidad igual a fm (la frecuencia de marca). Transmisor de FSK

MODULACION PSK. La modulación por desplazamiento de fase o PSK (Phase Shift Keying) es una forma de modulación angular que consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado. Debido a su mayor simplicidad frente a la modulación QAM, PSK es una modulación ampliamente extendida. El estándar de red LAN inalámbrica, IEEE 802.11b-1999, usa una variedad de diferentes modulaciones PSK, dependiendo de la velocidad de transmisión. A 1Mbps usa DBPSK (BPSK diferencial), a 2Mbps emplea DQPSK y para 5,5Mbps y 11Mbps, usa QPSK pero debe ser usada junto con modulación de código complementario. El estándar IEEE 802.11g-2003, para LANs inalámbricas de alta velocidad, tiene 8 tasas de velocidad de datos: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 y 54 Mbps. Los modos de 6 y 9 Mbps usan modulación OFDM con subportadoras que son moduladas con BPSK y OFDM con QPSK para 12 y 18Mbps. Los cuatro modos más rápidos usan la modulación OFDM con diversas formas de QAM. Por su


simplicidad, la modulación BPSK es utilizada para transmisores pasivos de bajo coste y es utilizada en estándares RFID como el ISO 14443, que se ha adoptado en pasaportes biométricos o tarjetas de crédito, además de otras muchas aplicaciones. La norma Bluetooth 2.0 usa la modulación π/4 -DQPSK para su mínima velocidad de 2 Mbit/s y a la máxima, que es de 3 Mbps usa 8-DPSK cuando el enlace entre dos dispositivos sea robusto. En el Bluetooth 1 se usa la modulación de desplazamiento mínimo gaussiano, un esquema binario, así que cualquiera de las opciones de modulación en la versión 2 dará lugar a una mayor velocidad de datos. Una tecnología similar, IEEE 802.15.4 (el estándar inalámbrico utilizado por ZigBee) también se basa en PSK. La norma IEEE 802.15.4 permite el uso de dos bandas de frecuencias: 868 a 915 MHz usando BPSK y a 2,4 GHz utilizando OQPSK. Un notable ausente de estos esquemas diversos es la modulación 8-PSK. Esto es debido a que su tasa de error es cercana a la de 16-QAM, pero su velocidad de datos es de sólo tres cuartas partes de ésta última. Así 8-PSK se omite a menudo de las normas y los esquemas tienden a "saltar" de QPSK a 16-QAM, aunque es posible usar la modulación 8-QAM, pero es difícil de implementar. MODULACION DPSK. La modulación por desplazamiento diferencial de fase (conocida como DPSK, por las siglas en inglés de Differential Phase Shift Keying), es una forma de modulación digital, donde la información binaria de la entrada está compuesta en la diferencia entre las fases de dos elementos sucesivos de señalización, y no en la fase absoluta. 1 Se considera una forma no-coherente de PSK y por ello, en la recepción se evita la necesidad de una señal coherente de referencia para la recuperación de la señal portadora. La implementación del receptor es económica, por lo que es de amplio uso en comunicaciones inalámbricas.2 En los sistemas DPSK, el flujo digital de entrada es codificado de forma diferencial y luego es modulado mediante la PSK binaria. El flujo de datos de entrada llega a un circuito lógico que, en la figura, es representado mediante una compuerta XNOR, donde se compara con el bit que ha salido de ella, antes de introducirse a un modulador balanceado donde se ha introducido una portadora representada por \scriptstyle A sen (2\pi f_c t) = A sen (\omega_c t). El primer bit del flujo de datos no hay con que compararlo y, entonces hace referencia a un bit inicial. La tabla de sincronización muestra la relación entre los datos de entrada y salida comparados por el circuito lógico y la fase en la salida del modulador balanceado. La señal de salida del circuito lógico v(t) tiene un valor de +V cuando la salida del circuito lógico es 1 y -V cuando es 0. Esta forma de onda rectangular modula la portadora de frecuencia \scriptstyle f_c. MODULACION MPSK. En este sistema la fase de la señal portadora puede tomar secuencialmente N valores posibles separados entre sí por un ángulo definido por


Este es un caso de transmisión multinivel, donde la portadora tomará los N valores posibles de acuerdo a los niveles de amplitud de la señal moduladora. Dado que la cadencia de una transmisión de datos binarios está dada por la cantidad de veces que una señal cambia de nivel, observaremos como podemos enviar dos unidades de información (dos bits), mediante un solo cambo de nivel. Tengamos

la

siguiente

secuencia

de

bits

Si a los bits de la cadena de información los tomamos de a dos, tendremos 10 | 11 | 01 | 00 | 10 | 01 O sea que al tomar los bits de a dos de una señal binaria unipolar, hay solo cuatro combinaciones a la cuales se las denomina dibits.

00 01 10 11 11 Si a cada par de bits, le asignamos diferentes niveles o amplitudes de señal, se obtiene la siguiente tabla. Dibit

Nivel Asignado

00

0

01

1

10

2


11

3

Los cuales se pueden representar de la siguiente manera

A los pulsos de las señales multinivel se los denomina dibits, puesto que en cada uno de ellos se envían dos bits. En forma similar se pueden obtener tribits, cuadribits, etc. Este tipo de señales son las que se emplean en MPSK. Para el caso particular de N = 4, se tiene 4PSK o QPSK. Como la señal portadora toma 4 valores posibles, se deberán producir 4 desplazamientos de fase que nos proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit diferente. Para este caso, gráficamente tendremos los siguientes desplazamientos de fase:

Si recordamos que la velocidad de transmisión V t está dada por

Al aumentar N estamos incrementando la velocidad de transmisión para el mismo ancho de banda, puesto que no hemos aumentado la velocidad de modulación.


Por otra parte el periodo de un dibit será el doble del periodo de un bit, o sea Tdibit = 2 Tbit De donde se deduce que el ancho de banda para cada caso será

En consecuencia para la misma velocidad de transmisión V t cuando se transmiten dibits, se requerirá la mitad del ancho de banda que para la transmisión de los bitts individuales. En el sistema 4PSK las señales son más sensibles a los efectos de interferencias y ello provoca un aumento en la tasa d error. Si se desea transmitir 4PSK con la misma tasa de error que en 2PSK, se debe aumentar en 3dB la relación señal ruido.

MODULACION QAM. Modulación QAM La modulación de amplitud en cuadratura, amplitud modulada en cuadratura o QAM (del inglés quadrature amplitude modulation) es una técnica que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora, tanto en amplitud como en fase. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada en 90°. La señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales previamente moduladas en Doble Banda Lateral con Portadora Suprimida.

Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:   

Modems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps. Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido). Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal. Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.


EXPOSICIONES EN CLASE. LOS RETOS DE LAS TEORIAS DE LA COMUNICACIÓN EN EL SIGLO XXI. (INDIVIDUAL)


TRANSMISION DE DATOS (EQUIPO).


CONCLUSION. La comunicación digital es un fenómeno que ha calado en la vida cotidiana del hombre. Surge como efecto de las nuevas tecnologías que se introducen de manera vertiginosa en el campo de la comunicación social. Intenta fusionar el periodismo con las nuevas técnicas de la informática, las letras con bits; lo analógico se convierte en digital. No me queda más que agradecer la manera en que se impartió la materia ya que se pudo observar a lo largo del desarrollo los diferentes usos de las funciones en la carrera de Ingeniería en Sistemas, al haber también estudiado la mayoría de temas nos queda un modelo que podemos aplicar frente a cierta problemática. Creemos que el resultado obtenido tras este portafolio fue positivo, ya que se cumple la consigna en cuanto a la información teórica, y creemos que también este nos será útil en la práctica.


BIBLIOGRAFIA.

TIPO

TITULO

AUTOR

EDITORIAL/REVISTA

Aテ前

Libro

Comunicaciones Y Redes De Computadoras

William Stallings

Prentice Hall

2001

Libro

Electronica de comunicaciones

Manuel Sierra

Prentice Hall

2002

Libro

Sistemas De Comunicaciones Electrテウnicas

Wayne Tomasi

Prentice Hall

2002

Libro

Procesamiento De Sanjit K. Seテアales Digitales Mitra

Prentice Hall

2001

Libro

Comunicaciones Y Redes De Computadoras

William Stallings

Prentice Hall

2001


Portafolio de evidencias comunicaciones digitales