Sistemas de Comunicación · Web del Curso Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2016 / siscom Material del curso cronograma del curso guía de clase notas complementarias

Sistemas de Comunicación

Clase 1: Introducción

2016

Objetivos de la clase

Metodología del Curso

Contexto General- Sistemas de Comunicaciones, Espectro Radioeléctrico.

Introducción a conceptos básicos


Mecánica del Curso

Horarios: Martes 16:00 salón 501 teórico Jueves 16:00 salón 501 teórico Jueves 14:00 salón 501 consulta Viernes 16:00 salón 301 práctico

Docentes del curso Alicia Fernández, Federico Lecumberry, Germán Capdehourat, Sergio Martinez Federico Larroca

Información de Contacto. e-mail: [email protected]


Web del Curso

https://eva.fing.edu.uy/ ► Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2016 / ► siscom

Material del curso cronograma del curso guía de clase notas complementarias hojas de ejercicios Preguntas previas/ post Examenes Parciales


Materiales del Curso

Libros: COMMUNICATION SYSTEMS: AN INTRODUCTION

TO SIGNALS AND NOISE IN ELECTRICAL COMMUNICATION, FIFTH EDITION

ISBN 978–0–07–338040–7 Communication System, A. B. Carlson 4a. Ed.

MacGraw-Hill Book Company Nueva York 2002- ISBN 0-07-011127-8

Communication System, A. B. Carlson 3a. Ed. MacGraw-Hill Book Company Nueva York 1986- ISBN 0-07-100560-9

PC Matlab


Prerequisitos

Conocimientos de Sistemas Lineales Procesamiento digital Conocimientos básicos de Probabilidad Procesos Estocásticos


Evaluación del Curso

Entrega de 3 ejercicios. OBLIGATORIO

2 parciales primer parcial 50% segundo parcial 50%

mínimo para aprobar el curso 30% entre ambos parciales

mínimo para exonerare 60% entre ambos parciales


Contenido Análisis de sistemas de comunicación banda base. Caracterización de la señal y el ruido. Modelado del

canal. Repetidores analógicos Modulación Lineal: AM, BLD, BLU, BLV. Modulación Exponencial: FM, PM Ruido pasabanda en modulación lineal y exponencial Receptor superheterodino Teoría de la Información: 1er. y 2do. Teorema de

Shannon. Modulación analógica de pulsos: PAM,PPM,PDM.

Espectro de señal PAM.

Contenido

Sistemas de Comunicación Digital. Ruidos y errores Receptores óptimos para comunicaciones digitales .

Filtro apareado Receptor de Correlación. Señalización M-aria. Interferencia Intersimbólica: Pulsos de Nyquist Modulación por pulsos codificados (PCM). Predictores Repetidores Regenerativos Modulación pasabanda (BPSK, ASK, FSK MPSK QASK,

QAM)- OFDM Técnicas de acceso al medio (TDMA, FDMA, CDMA).

Sisteas de Comunicación

Radio y TV broadcasting Redes pública de telefonía conmutada (voz, fax,

modem) Telefonía Celular Redes de Computadoras (LAN, WAN’s e Internet) Sistemas Satelitales (voz/datos, broadcasting ) Bluetooth

Tendencias

Convergencia – Todos los servicios en un mismo dispositivo

Banda ancha móvil TV, Música, Contenidos en general

Móviles Radiodifusión Digital Casa conectada

TeTeTelecomunicaciones

Los usuarios

Comunicaciones individualizadas y personalizadas

Conectividad garantizada En cualquier lugar en cualquier

momento todos los servicios Comunidades y tribalismo Generación de contenido

Comunicaciones inalambricas

Requerimientos de los usuarios: Disponer de todos los servicios en cualquier lugar y en

todo momento: acceso internet, sms, escuchar la radio y eventualmente hablar.

Precios razonables. Calidad de servicio (independiente demanda)

Prestadores de servicios, operadores necesitan asignación de canales de comunicación con suficiente ancho de banda para brindar servicios con calidad.


Los fabricantes de dispositivos requieren reserva de espectro suficiente para que en los equipos que están diseñando puedan funcionar dentro de 10 años cuando la tecnología esté madura.

Ej: Diseño de móviles que manejen trasmisión de datos alta velocidad para múltiples usuarios simultáneamente.


Requiere una planificación y gestión eficiente del espectro.

Subconjunto de las ondas electromagnéticas entre 3 KHz y 3000 GHz

Planificación que garantice condiciones para el desarrollo de tecnologías innovadoras.

Telefonía Móvil Telefonos diseñados para comunicarse con

radiobases en determinadas bandas de frecuencias (850 Mhz, 900 Mhz, 1800 Mhz, 1900 Mhz, 2100 Mhz).

Para que un operador pueda brindar servicio en una localidad tiene que tener autorización para TX y RX en alguna de esas bandas. Licencias de uso tiene un valor importante.

Se canalizan las bandas y se distribuyen entre los operadores por ejemplo a través de procesos competitivos. Subasta de banda de 700 MHz para 4G.

Telefonía Celular Regiones geográficas divididas en celdas Reutilización de las frecuencias/slots de tiempos/

codigos en regiones separadas espacialmente (sistemas analógicos utilizan FD y los digitales TD o CD)

Hadnoff y control coordinado a través de las estaciones base.

Frequency Band Allocation for Mobile Services - 2010

Operator Band Technology

ANTEL 850 Mhz1800 Mhz

TDMA/AMPSGSM

MOVISTAR 850 Mhz1900 Mhz

AMPS/GSMCDMA

CTI MÓVIL 1900 Mhz GSM

Administraciòn - Gestión del espectro

Impacto económico:

Correlación crecimiento de la telefonía móvil y el aumentos considerables del PBI per cápita. (Waver Meschi y Fuss)

Insumo multiples servicios: Telecomunicaciones móviles Banda ancha Radiodifusión Comunicaciones marítimas, aeronáuticas Defensa Servicios de emergencia Científicas: radioastronomía

Aspectos técnicos: Las características de propagación varían con las

bandas de frecuencia.

Aspectos técnicos: Altas frecuencias presentan menores distancias de

propagación pero disponen de mayor capacidad de transmisión de datos.

Aspectos técnicos

Ancho de banda fraccional- Diseño eficiente de equipos requiere 0.01<B/fc<0.1

Tamaño antenas inverso a la fc. Requerimientos de ancho de banda y potencia

dependen de tipo de modulación utilizada.

Espectro radioeléctrico El impacto económico, social y las restricciones técnicas

imponen la necesidad de reglamentar su uso a nivel nacional e internacional.

Conferencias Mundiales de Radiocomunicaciones

“Reglamento de Radiocomunicaciones” ratificado por los Estados Miembros de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ONU)

Revisión de las atribuciones de las frecuencias para los distintos servicios (Ej banda de 700 Mhz)

Coordinación por regiones

Reglamentación Atribución: decisión a nivel internacional o

nacional sobre la utilización de cada banda. Distribución de espectro entre servicios.

Se recoge en el Cuadro internacional o nacional de atribuciones de frecuencias.

Nacional: se respetan las recomendaciones internacionales

Atribuciones uniformes permiten economía de escala

Reglamentación Adjudicación: Distribución entre países o

regiones.

Coordinación uso de bandas satelitales (C,Ka,Ku).

Reglamentación Asignación: bandas concretas a usuarios

específicos:

Subastas

Adjudicaciones a demanda

Uso común: restricciones de potencia y alcance (Wifi, bloototh)

Bandas de frecuenciaNombre Abreviatura

inglesaBanda ITU Frecuencias Longitud de onda

< 3 Hz > 100.000 km

Frecuencia extremadamente baja - Extremely low frequency ELF 1 3-30 Hz 100.000–10.000km

Super baja frecuencia - Super low frequency SLF 2 30-300 Hz 10.000–1.000 km

Ultra baja frecuencia - Ultra low frequency ULF 3 300–3.000 Hz 1.000–100 km

Muy baja frecuencia - Very low frequency VLF 4 3–30 kHz 100–10 km

Baja frecuencia - Low frequency LF 5 30–300 kHz 10–1 km

Media frecuencia - Medium frequency MF 6 300–3.000kHz 1 km – 100 m

Alta frecuencia - High frequency HF 7 3–30 MHz 100–10 m

Muy alta frecuencia - Very high frequency VHF 8 30–300 MHz 10–1 m

Ultra alta frecuencia - Ultra high frequency UHF 9 300–3.000MHz 1 m – 100 mm

Super alta frecuencia - Super high frequency SHF 10 3-30 GHz 100–10 mm

Frecuencia extremadamente alta - Extremely high frequency EHF 11 30-300 GHz 10–1 mm

> 300 GHz < 1 mm

Bandas

SERVICIOS

1

Móvil Aeronáutico

2

Radionavegación Aeronáutica

3

Radioaficionados

4

Radiodifusión

5

Fijo

6

Móvil Terrestre

7

Móvil Marítimo

8

Radionavegación Marítima

9

Ayudas a la Meteorología

10

Móvil

11

Radiolocalización

12

Radionavegación

13

Frecuencia Patrón y Señales Horarias

14

Exploración de la Tierra por Satélite

REGULACIÓN

Reguladores: administrar recurso escaso ante intereses sectoriales concentrados en aras de los consumidores y el interés públicoFabricantes de equipos: asignación ligada a

tecnología - asimetría información

Proveedores de servicios comerciales: incentivos a bloquear competencia.

Proveedores de servicios públicos: incentivos a solicitar más espectro y no usarlo

Usuarios: Dificultades para incidir.

Marco InstitucionalPolítica Regulación

Telecomunicaciones Ministerio de Industria/DINATEL

URSEC

Radiodifusión Ministerio de Industria/DINATEL

URSEC

Radiocomunicaciones Ministerio de Industria/DINATEL

URSEC

Defensa de la Competencia

Ministerio de Economía/Ministerio de Industria/DINATEL

Ursec /Comisión Defensa de la Competencia del MEF

Defensa de la Consumidor

Ministerio de Economía/Ministerio de Industria/DINATEL

Ursec /Defensa de la Consumidor del MEF

Reglamentación

Leyes: Ej Ley de Radiodifusión Comunitaria Reglamentos: Decretos: Ej: Subasta de espectro Resoluciones del Poder Ejecutivo:

adjudicaciones de radiodifusión (permisos) Resoluciones Regulador: adjudicaciones para

otros servicios.

Desafíos tecnológicos

Diseño: Hardware: componentes pequeños, baja

potencia, baratos, funcionamiento a alta frecuencia.

Sistema: convertir y transferir información a alta velocidad, robustos frente a ruido e interferencia, soporten múltiples usuarios

Red: Conectividad a alta velocidad, restricciones de energía y retardos

Objetivos del Curso

Introducir los sistemas de comunicación eléctricos: analizar sus características principios de funcionamiento

Presentar la teoría básica para modelar y analizar sistemas de comunicaciones punto a punto.

Dar herramientas: conceptos y métodos.

Foco: análisis del diseño y desempeño de los sistemas de comunicación análogicos y digitales




Comunicación

Transferencia de información de un lugar a otro lugar.

Debe ser : eficiente confiable segura



Definición: Componentes o subsistemas que permiten la transferencia / intercambio de información.

Elementos de un Sistema de Comunicación


Transductor de entrada

Trasmisor

Canal

ReceptorTransductor de salida

Mensaje de entrada

Mensaje de Salida

Señal eléctrica de entrada

Señal eléctrica de salida

Señal trasmitida

Señal recibida


Transductor de entrada:Convierte el mensaje a un formato adecuado para su trasmisión.

El: micrófono convierte las ondas sonoras en variaciones de voltaje.

Trasmisor (TX):Adecua la señal eléctrica de entrada a las características del medio de trasmisión.

Modulación, Codificación- Amplificar, Filtrar

Transductor de entrada

Trasmisor

Mensaje de entrada

Señal trasmitida



Canal: Medio que hace de nexo entre el trasmisor y el receptor.

El canal degrada la señal, introduce: Ruido,atenuación , distorsión, interferencia, fadding.

Cable duro: par trenzado (cobre),coaxial, guía de onda, fibra óptica

Cable blando: aire,vacio,agua de mar

Canal

Señal trasmitida

Señal recibida


Características de los medios físicos


AM, Aeronáutica, telefonía, telegrafo

Par trenzado/onda terrestre

1KHz- 1MHz

TV, FMCoaxil/radio1MHz- 1GHz

Satélites , celularGuía de ondas/línea vista

1GHz- 10GHz

Datos de banda ancha

Fibra óptica1011Hz - 1015 Hz

aplicaciónMedio/ propagaciónFrecuencia


Receptor (RX):Reconstruye la señal de entrada a partir de la señal recibida. Proceso inverso al realizado en el TX.

Demodular, Decodificar- Amplificar, Filtrar

Transductor de salida :Convierte la señal eléctrica a su entrada en una forma de onda adecuada

Ej: auricular, altavoz

ReceptorTransductor de salida

Mensaje de Salida

Señal eléctrica de salida

Señal recibida


Comunicaciones Digitales vs Analógicas

Sistemas Analógicos: Señales continuas (voz, video) Desempeño: fidelidad maximizar SNR. No es posible SNR infinita en canales con

ruido restricciones:ancho de banda de transmisión potencia trasmitida

Sistemas Digitales: Valores de señal límitados a conjunto finito (texto, datos) Desempeño: Bit rate y Probabilidad de error de bit. minimizar Pe. Es posible trasmitir sin errores en canales con

ruido restricciones: ancho de banda de transmisión, energía trasmitida


Ventajas de los sistemas digitales:

Sistemas digitales son más robustos al ruido y la interferencia

Se dispone de muy buenas técnicas de procesamiento para señales digitales: encriptado, compresión de datos, corrección de error, ecualización de canal

Baratos: operaciones complejas se pueden implementar en forma económica en un único circuito integrado.

Multiplexado : fácil mezclar señales de diferentes fuentes

Desventajas: Es necesario sincronización entre el transmisor y el receptor.


Comunicaciones Digitales vs Analógicas

Características deseables de un Sistema de Comunicación

Buena fidelidad Potencia de señal baja Trasmitir una gran cantidad de información Ocupar un ancho de banda pequeño Bajo costo (complejidad) Los ingenieros de comunicaciones tienen que

obtener la mejor solución de compromiso de todos estos parámetros.


Ejemplos de soluciones de compromiso en el diseño de Sistemas de Comunicacion

Comunicaciones Satelitales Alto costo de generación de potencia en el espacio y enormes

distancias de transmisión. Se requiere eficiencia en el uso de energía.

Comunicaciones de microondas Bajo costo en la potencia pero ancho de banda limitado por las

regulaciones. Se requiere eficiencia en el uso del ancho de banda

Telefonía celular Aumento del costo con la potencia ( impacto en el tamaño y la

duración de las baterías) además esta limitado el ancho de banda. Se requiere a la vez eficiencia en la energía y en el ancho de banda.


Hitos en la Historia de las Comunicaciones 1844 Telégrafo (Morse)

1876 Teléfono (Bell)

1897 Telégrafo inalámbrico(Marconi)

1918 Receptor de AM (Armstrong)

1928 Televisión (Farnsworth)

1933 Radio FM (Armstrong)

1948 Teoría de la Información (Shannon)

1950 Líneas Telefónicas digitales de larga distancia(Bell Labs)

1963 Comunicación Satelital Telstar I (Bell Labs)

1979 Primer Teléfono Celular comercial (Motorola/ AT&T)

1990-2000 Comunicaciones Digitales, 2G , DTV standards

2000 - ahora 3G , 4G, Wimax DTV

Futuro- 5G...


Referencias Bibliográficas

https://eva.fing.edu.uy/ ► Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2016 / ► siscom

Capitulo 1- Introducción- Carlson


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