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Comunicacin : Es el proceso mediante el cual la informacin del
mensaje se transfiere de un punto llamado fuente a otro denominado
destino.
Sistema de Comunicaciones : Se define como la totalidad de los
mecanismos que permiten el enlace para realizar la comunicacin
entre la fuente y el destino.
Elementos funcionales de un sistema de comunicaciones :
Fuente : Es la que genera el mensaje (seal mensaje o de
informacin)
Canal : Medio por el cual se transmite el mensaje.
Destino : En este punto se debe recibir el mensaje en forma
aceptable.
Sistema de Comunicaciones Elctrico : Es aqul que ejecuta esta
funcin , pero no exclusivamente a travs de dispositivos o fenmenos
elctricos.
Objeto de un sistema de comunicaciones
Proporcionar una rplica aceptable del mensaje dado por la fuente
en el destino.
Fuentes de Informacin :
La fuente de informacin puede ser muy variada ( presin acstica,
temperatura , smbolos , vibraciones, luz, voz, etc. ) apareciendo
de varias formas desde el punto de vista fsico.
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De este modo, para poder transmitirla a travs de un sistema de
comunicaciones elctrico es necesario utilizar un traductor o
transductor de entrada de manera de convertir el mensaje original
en una seal elctrica variable ( tensin o corriente) . Luego en el
destino , otro traductor convierte la seal de salida elctrica en
una seal del tipo que se desea obtener.
Elementos de un Sistema de Comunicaciones
Traductor de Entrada (Sensor)
Transforma el mensaje que se desea transmitir en una seal
elctrica.
Transmisor:
Adapta la seal elctrica al medio para lograr una transmisin
efectiva y eficiente, realizando varias operaciones de
procesamiento de la seal , siendo la ms comn e importante la de
modulacin.
Canal de transmisin:
Es el medio que se utiliza para realizar el enlace elctrico
entre el transmisor y el receptor . Dicho medio puede ser un par de
alambres, un cable coaxial, fibra ptica, el aire para el caso de
una onda electromagnctica,etc. Todos se caracterizan por la
atenuacin que producen en la seal a medida que aumenta la distancia
a transmitir.
Receptor:
SantiagoResaltado
SantiagoResaltado
SantiagoNota adhesivaTransforma la seal que se desea transmitir
en una seal del tipo elctrica. (corriente o tensin)
SantiagoNota adhesivaAdapta la seal elctrica al medio para
lograr una transmisin efectiva y eficiente, realizando varias
operaciones de procesamiento de la seal, siendo la ms comn e
importante la de modulacin.
SantiagoNota adhesivaSe utiliza para realizar el enlace elctrico
entre el transmisor y el receptor. Puede estar constituido por un
par de alambres, cable coaxial, fibra ptica, el aire para el caso
de una onda electromagntica,etc. Todos se caracterizan por la
atenuacin que producen en la seal a medida que aumenta la distancia
a transmitir.
SantiagoResaltado
SantiagoNota adhesivaExtrae del canal la seal deseada y se la
entrega al transductor de salida, siendo la demodulacin el
principal proceso que realiza. Adems, debe poder seleccionar la
portadora adecuada.
SantiagoNota adhesivaConvierte la seal elctrica de salida en una
seal del tipo que se desea obtener.
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La funcin del receptor es extraer del canal la seal deseada, y
entregarla al transductor de salida, siendo la demodulacin el
principal proceso que realiza. Debe ser capaz de seleccionar la
portadora adecuada. .
Traductor de Salida
Se encarga de transformar la seal elctrica de salida en una seal
del tipo que se desea obtener.
Limitaciones de la Comunicacin elctrica
Contaminaciones:
Durante la transmisin de la seal ocurren efectos no deseados que
modifican la intensidad (atenuacin) y la forma (distorsin y ruido)
de la seal, siendo estos ltimos ms serios .
Atenuacin : Reduce la intensidad de la seal.
Distorsin : Es la alteracin que sufre una seal al ser pasada por
un determinado sistema, es decir que esta contaminacin es producida
por el propio sistema, por lo que si desaparece la seal no va a
haber distorsin . Esto no ocurre en el caso de interferencias y
ruido .
En el diseo de sistemas se realizan redes de compensacin de
manera de llegar a valores de distorsin dentro de los lmites
tolerables.
Interferencia: Es la contaminacin, por seales extraas,
generalmente artificiales y de forma similar a las de la seal de
informacin o seal mensaje. La solucin al problema de interferencia
es eliminar en una u otra forma la seal interferente o su fuente,
pero esto no puede ser llevado siempre a la prctica.
Es un problema comn entre seales de radio, donde pueden ser
captadas por el receptor dos o ms seales simultneamente.
Ruido: Se entiende por ruido a las seales aleatorias e
impredecibles de tipo elctrico originadas en forma natural o por el
hombre , dentro o fuera del sistema. Cuando estas variaciones se
agregan a la seal portadora de la informacin, sta puede quedar en
gran parte oculta o eliminada totalmente. El ruido no es eliminable
y es la peor de las contaminaciones.
Limitaciones
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En el diseo de sistemas de comunicaciones elctricas se presentan
dos tipos de limitaciones:
(i) Factores Tecnolgicos
Son problemas de practibilidad que incluyen factores diversos
entre los que se encuentran la disponibilidad del equipo ,
interaccin con otros equipos existentes, factores econmicos,etc.
Estos problemas pueden resolverse en teora , aunque no siempre en
la prctica.
(ii) Limitaciones Fsicas Son impuestas por el propio sistema, o
sea las leyes de la naturaleza de acuerdo con el objetivo propuesto
. Cuando aparecen, no existen recursos, incluso en teora.
Las limitaciones fundamentales en la transmisin de la informacin
por medios elctricos son el ancho de banda y el ruido :
La Limitacin del Ancho de Banda
El uso eficiente de sistemas de comunicaciones conduce a una
reduccin del tiempo de transmisin, es decir, transmitir mayor
informacin en menor tiempo. Lo que se logra empleando seales que
varen rpidamente con el tiempo.
Los sistemas elctricos cuentan con energa almacenada en sus
componentes (concentrados o distribuidos), un cambio de esta energa
requiere de una cantidad definida de tiempo. As , si incrementamos
la velocidad de variacin temporal de la seal en forma arbitraria,
dichos cambios no se producen acorde a lo requerido , y en
consecuencia decimos que el sistema deja de responder a los cambios
de la seal .
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El ancho de banda caracteriza convenientemente la velocidad de
variacin temporal de la seal :
A mayor ancho de banda , menor tiempo de transmisin.
Si el ancho de banda de la seal de informacin es mayor que el
del sistema, la seal sufrir una distorsin.
La transmisin de una gran cantidad de informacin en un tiempo
corto requiere de seales mensaje de banda ancha para representar
dicha informacin y a su vez de sistemas de banda ancha para poder
realizar el procesamiento de dicha seal.
Estas son las razones por las cuales el ancho de banda es una de
las limitaciones fundamentales del sistema, ya que si es
insuficiente se debe disminuir la velocidad de la seal de
informacin, aumentando el tiempo de transmisin.
Del ancho de banda necesario para que un sistema reproduzca con
ciertas tolerancias la seal deseada, y de la ubicacin de la misma
en el espectro electromagntico, surgen los conceptos de ancho de
banda absoluto y fraccionario. El ancho de banda absoluto es el
requerido para reproducir el mensaje con la fidelidad necesaria o
especificada. El ancho de banda fraccionario es la razn entre el
absoluto y la frecuencia central de la portadora que se elige para
acomodar dicha seal en el espectro electromagntico.
Hay limitaciones de carcter fsico, tecnolgicas y econmicas que
limitan el ancho de banda disponible del sistema, sin efectuar
cambios de componentes, a aproximadamente el 10% de la frecuencia
de la portadora.
La Limitacin Ruido
El xito en la comunicacin elctrica depende de la exactitud con
la que el receptor pueda determinar cul seal fue realmente
transmitida, diferencindola de las seales que podran haber sido
transmitidas. Una identificacin perfecta de la seal sera posible
slo en ausencia de ruido y otras contaminaciones, pero el ruido
existe siempre en los sistemas elctricos y sus perturbaciones
sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar
correctamente la seal que nos interesa y as, la recepcin de la
informacin.
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El ruido no puede eliminarse y la justificacin de ello proviene
de la teora cintica. Cualquier partcula a una temperatura diferente
de cero absoluto, posee una energa trmica que se manifiesta como
movimiento aleatorio o agitacin trmica. Si la partcula es un
electrn, su movimiento aleatorio origina una corriente aleatoria.
Luego, si esta corriente ocurre en un medio conductor, se produce
un voltaje aleatorio conocido como ruido trmico o ruido de
resistencia. Esta es solo una de las posibles fuentes de ruido en
un sistema, muchos otros estn relacionados, en una u otra forma, al
movimiento electrnico aleatorio. Ms an, de la dualidad
onda-partcula, existe ruido trmico asociado con la radiacin
electromagntica.
En consecuencia, como no podemos tener comunicacin elctrica sin
electrones u ondas electromagnticas, tampoco podemos tener
comunicacin elctrica sin ruido.
Las variaciones de ruido tpicas son muy pequeas, del orden de
los V. Si las variaciones de la seal de informacin son
sustancialmente mayores, el ruido puede ser ignorado. En sistemas
ordinarios bajo condiciones ordinarias, la relacin seal a ruido es
bastante grande para que el ruido no sea perceptible. Pero en
sistemas de alto rgimen o de potencia mnima, la seal recibida puede
ser tan pequea como el ruido o ms. Cuando esto sucede, la limitacin
por ruido resulta muy real.
Si la intensidad de la seal es insuficiente, aadir ms pasos de
amplificacin en el receptor no resuelve nada; el ruido ser
amplificado junto con la seal, lo cual no mejora la relacin seal a
ruido. Aumentar la potencia transmitida ayuda, pero la potencia no
se puede incrementar en forma indefinida por razn de problemas
tecnolgicos.
Modulacin
La modulacin es la alteracin sistemtica de una onda portadora de
acuerdo con el mensaje (seal moduladora) y puede ser tambin una
codificacin.
Muchas de las seales de entrada no pueden ser enviadas de forma
directa al canal de transmisin tal como las entrega el transductor
porque sus caractersticas no son acordes a las propiedades de dicho
canal. Para solucionar este inconveniente, se toma una seal cuyas
propiedades estn bien adaptadas al medio en cuestin (Seal
Portadora) y se le modifican algunas caractersticas en funcin de la
seal de entrada (Seal Moduladora). Este Proceso se denomina
Modulacin y debe ser reversible de manera de poder recuperar el
mensaje en el receptor a travs de la Demodulacin.
Por qu es necesaria?
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Tipos de Modulacin
El xito de un Sistema de Comunicaciones depende en gran parte de
la modulacin, tan es as que el tipo a utilizar es una decisin
alrededor de la cual gravita el diseo del sistema.
Es posible identificar dos tipos bsicos de modulacin en relacin
a la clase de onda portadora: la modulacin de onda continua (CW),
en la cual la portadora es simplemente una forma de onda senoidal,
y la modulacin de pulsos, en la cual la portadora es un tren
peridico de pulsos.
Puesto que la modulacin de onda continua es un proceso continuo,
es posible adaptarla a seales que estn variando constantemente con
el tiempo. Generalmente la portadora es de mayor frecuencia que
cualquiera de las componentes de frecuencia contenidas en la seal
moduladora. El proceso de modulacin se caracteriza por una
traslacin de frecuencia, es decir que el espectro del mensaje se
corre hacia arriba sobre la banda de la portadora.
La modulacin de pulsos es un proceso discontinuo : los pulsos
aparecen slo en ciertos intervalos de tiempo. Por eso se adapta
mejor a los mensajes que son discretos por naturaleza. Tanto en los
telgrafos como en los teletipos, la modulacin de pulsos y la
codificacin van de la mano.
En el caso de seales moduladoras que varan continuamente, las
mismas deben ser muestreadas para ser transmitidas sobre portadoras
pulsadas. A menudo, entre la muestra y la modulacin, se agrega un
proceso de codificacin para hacer ms eficiente la trasmisin desde
el punto de vista de informacin transmitida por unidad de
tiempo.
Como alternativa a la clasificacin anterior, algunas veces es
preferible designar a la modulacin como analgica o codificada
(digital). Esto es cierto en los sistemas ms complejos que emplean
ambas tcnicas (modulacin de onda continua y pulsada), haciendo
distincin de su tipo indefinido de portadora. La diferencia entre
analgica y digital es la siguiente: en la primera, el parmetro
modulado vara en razn directa a la seal moduladora. En la modulacin
codificada, ocurre una transformacin digital, por medio
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de la cual el mensaje se cambia de un lenguaje simblico a otro.
Si el mensaje es originalmente una funcin continua de tiempo, debe
ser muestreado y digitalizado (cuantificado) antes de ser
codificado.
Por qu se modula?
Para acoplar la seal mensaje con el medio de transmisin
Ventajas adicionales de la modulacin
(1) Modulacin por facilidad de radiacin
Una radiacin eficiente de energa electromagntica requiere de
antenas cuyas dimensiones fsicas sean por lo menos el 10% de la
longitud de onda que se desea radiar.
Por ejemplo, para una seal de audio de 100 Hz. :
=
=3108
100 1= 3106
= 0.1 => = 300
es decir, que para irradiar directamente esta seal necesitaramos
una antena de 300Km de longitud, situacin insostenible desde el
punto de vista prctico y econmico.
Utilizando la propiedad de traslacin en frecuencia de la
modulacin estas seales pueden imprimirse sobre una portadora de
alta frecuencia, cuya longitud de onda sea apropiada para la
radiacin, con lo que se logra una reduccin sustancial del tamao de
la antena.
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Por ejemplo, en la banda de radio de FM, donde las portadoras
estn en el rango de 88 a 108 MHz., las antenas no son mayores a un
metro. Para 100MHz. :
=
= 3108
1108 1= 3
= 0.1 => = 0.3 = 30
(2) Modulacin para reducir el ruido y la interferencia
Ciertos tipos de modulacin tienen la til propiedad de suprimir
tanto el ruido como la interferencia. Para utilizarlas se requiere
un ancho de banda mucho mayor que el de la seal moduladora.
(3) Modulacin por asignacin de frecuencia
En radio o televisin se puede seleccionar una de varias
estaciones, aun cuando todas ellas estn transmitiendo programacin
en el mismo medio de transmisin. Es posible seleccionar y separar
cualquiera de las estaciones debido a que cada una tiene asignada
una frecuencia portadora diferente. Si no fuera por la modulacin,
slo operara una estacin en una determinado medio (aire o cable).
Dos o ms estaciones que transmiten directamente en el mismo medio(
esto es , sin modulacin), produciran una mezcla intil de seales
interferentes.
(4) Modulacin por multicanalizacin Utilizando la modulacin por
asignacin de frecuencia se pueden transmitir muchas seales del
mismo tipo en forma instantnea entre dos puntos (mediante coaxil o
microondas)asignando una frecuencia subportadora a cada seal
diferente, para luego hacer una traslacin final de esta seal
compuesta sobre una portadora adecuada.
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(5) Modulacin para superar las limitaciones del equipo
El diseo de un sistema queda generalmente sujeto a la
disponibilidad de equipo, el cual a menudo presenta inconvenientes
en relacin con las frecuencias involucradas.
La modulacin se puede usar para situar una seal en la porcin del
espectro de frecuencia donde las limitaciones del equipo sean
mnimas o donde se cumplan ms fcilmente los requisitos de diseo.
Modulando traslado la seal a la porcin del espectro donde el
equipo se comporta de mejor manera
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CLASIFICACIN
INFORMACION TRANSMITIDA
FORMA DE LA
PORTADORA
PARAMETRO MODULADO TIPO DE MODULACION
MODULACION
ANALOGICA
ANALOGICA (Voz/Audio,Video
,Telemtra)
SENOIDAL
Amplitud con portadora AM : Modulacin de amplitud
Amplitud sin portadora SSB : Banda Lateral nica
Frecuencia FM : Modulacin de frecuencia
Fase MF : Modulacin de Frecuencia TREN
DE PULSOS (Muestr
eo la seal
moduladora)
Amplitud PAM : Modulacin por amplitud de
pulso
Frecuencia PFM : Modulacin por frecuencia
de repeticin de pulsos
Fase PPM : Modulacin por posicin de
pulsos
Duracin PDM : Modulacin por duracin de
pulsos
DIGITAL SENOIDAL
Amplitud ASK : Modulacion por
desplazaniento de amplitud
OOK : On-Off Keying
Frecuencia FSK . Modulacin por
desplazamiento de frecuencia
Fase PSK : Modulacin por
desplazamiento de Fase
MODULACION
DIGITAL
ANALOGICA (que se convierte
a digital)
Seal de Reloj (Generador de pulsos)
CODIGO
PCM : Modulacin de pulsos codificados
DPCM : PCM Diferencial
M : Modulacin Delta
AM : Modualcin Delta Adaptiva
