Tecnologías inalámbricas

Instituto Tecnológico de colima2013

Mc. Sebastián González Zepeda

Ondas electromagnéticas IMPORTANCIA El descubrimiento de las ondas de radio

eliminó la necesidad de tener un medio físico entre el transmisor y el receptor

La información viaja por el aire o por el vacío comunicando a los interlocutores

Así se puede llegar a lugares remotos Existe la inquietud de si las ondas afectan al

ser humano. Siglo XXI: El Siglo de las comunicaciones

móviles. La Física, la luz y el espectro electromagnético

.

Descubrimiento de las Ondas Electromagnéticas

Teoría de J. C. Maxwell (1864): deberían existir ondas intermedias entre

las que se oyen y las que se ven.H. Hertz (1888)

lo comprueba: las genera y las mide. Ondas electromagnéticas o hertzianas.

Conceptos técnicos físicos de comunicaciones

Compatibilidad Electromagnética: la capacidad de cualquier aparato, equipo o sistema para funcionar de forma satisfactoria en su entorno electromagnético sin provocar perturbaciones electromagnéticas sobre cualquier cosa de ese entorno

Campo eléctrico: cualquier región del espacio en la que una carga eléctrica está sometida a una fuerza eléctrica tanto de atracción como de repulsión, dependiendo del valor de dicha carga. http://www.youtube.com/watch?v=hInQeiyv-5o&NR=1

Campo magnético: campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de la electricidad) y que decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Características de las ondas electromagnéticas

Producto de la radiación electromagnética Radiación: emisión y propagación de

energía a partir de una fuente. Ejemplo: radiación luminosa (luz), radiación

acústica (sonido), radiación térmica (calor). Ondas electromagnéticas: las causa una

perturbación eléctrica cuando una corriente alterna de frecuencia alta (> decenas de kilociclos/segundo) llega a una antena.

Se propagan aproximadamente a la velocidad de la luz (300.000Km/seg)

Frecuencia y Longitud de OndaSi la velocidad de la onda

electromagnética es de 300.000 km./seg. , entonces: La longitud de onda en Km :

= 300.000 / f f es la frecuencia en ciclos/seg. es la longitud de onda

Si la f de las ondas electromagnéticas esta entre 104 y 1020 Hz, entonces:

esta entre Km y millonésimas de metro

f .l = c

El espectro electromagnético

Espectro: Conjunto de elementos ordenado por

algún conceptoEspectro electromagnético:

Conjunto de ondas electromagnéticas ordenadas por la frecuencia, o por la longitud de onda

Radiofrecuencias

Radiofrecuencias: frecuencias menores a la frecuencia de la

luz (1014 Hz.) Se emplean en telecomunicaciones y se

usan para radiotelegrafía, radiofonía, enlaces de microondas terrestres y satélites, telefonía celular, redes de comunicación personal y otros como controles remotos, bippers, teléfonos inalámbricos, etc..

Radiofrecuencias (Cont.)

G. Marconi (1895): radiotelegrafía (telegrafía inalámbrica).

Primera comunicación transatlántica se da en 1901

1906 radiodifusión en Estados Unidos

1929 Primera emisora nacional: Radiodifusora Nacional.

Radiofrecuencia (Cont.)

1903 primera reunión de la UIT para discutir la administración de las ondas electromagnéticas

1927 : se creo el CCIR Comité Consultativo Internacional sobre el Radio

Antenas

Conductores que transmiten y captan las ondas electromagnéticas . Retos. Video.

Pueden ser de dos tipos Omnidireccionales : transmiten ondas

hacia todas las direcciones. Unidireccionales: Las ondas que

envían tienen una dirección especifica. Algunos detalles. Video.

Las Ondas de Radio

Las frecuencias mas bajas del espectro son las ondas de radio, o radio-ondas

Comprende las bandas LF, MF, HF, VHF, UHF y SHF

Las frecuencias LF, MF Y HF son reflejadas por la ionosfera (capa más alta de la atmósfera)

Ionosfera

OndasCelestes

Ondas directas

Transmisor ReceptorTIERRA

PARA FRECUENCIAS BAJAS , POR EJEMPLO HF

Reflejo en la ionosfera

Ionosfera

Transmisor Receptor

TIERRA

Cubrimiento de Grandes Distancias

Ionosfera

TIERRA

Frecuencias Altas VHF, UHF, ….

Practica: un mini receptor FM

Componentes: Los BF199, pueden ser los

2N3904, 2N2222. La antena es de 60 cm,

puede ser una antena de un aparato viejo o un alambre de 60 cm.

La bobina se hace enrollando 4 vueltas de alambre del num. 20 de un diámetro de 4 milímetros.

El trimmer es de 2pF a 20pF. La resistencia es de 12KOhm. Y un capacitor de 220 nF

para filtrar solo el sonido al auricular.

Practica: un mini receptor FM Los trimmer (capacitor). Recomendable usar 2 pilas de 1.5V, porque

si se usan otras, puede recorrer la frecuencia y no funcionar bien.

No se debe hacer en protoboard porque la protoboard crea interferencias y hay poca probabilidad para receptar.

Si no consigues receptar nada, prueba a separar o juntar las espiras de la bobina y luego girar el trimmer.

Al girar el trimmer, debe hacerse con un desarmador de plástico, no metálico, porque influye en la modulación.

La antena debe ser de 60 cm, y si no se recepta bien, puede probarse con otras.

El circuito tiene una conexión a tierra, abajo del trimmer está la conexión a tierra y al negativo de la pila. Para la conexión a tierra, se recomienda soldar un alambrito de la placa y en su otro extremo se conecta un clavo o algo metálico, o si se hace en una cajita, que sea metálico y soldar ese cable a la caja para evitar interferencias y distorsiones.

Practica: mini transmisor FM

Las estaciones FM de baja potencia, también conocidas como LPFM por sus siglas en ingles, están disponibles solamente para emisores sin fines comerciales o de lucro.

Este tipo de estaciones tienen una potencia de emisión máxima de 100 watts. Las estaciones LPFM de clase L2 (conocidas también como LP10) tienen una capacidad de transmisión de 1 a 10 watts. Pese a que no es una gran cantidad de energía, aún se requiere de una licencia de la FCC (Comisión Federal de Comunicaciones) para operarlas legalmente.

Las estaciones LPFM requieren cumplir ciertos estándares técnicos diseñados para proteger la integridad de las emisoras autorizadas que operan en los mismos canales de radiofrecuencia, o bien en canales cercanos.

Practica: mini transmisor FM

L1: 4.5 vueltas de alambre esmaltado calibre 23 AWG.

L2: 1.5 vueltas del mismo alambre. L3: 11 vueltas de alambre No. 26 con diámetro

interno de 3milimetros (núcleo de aire) M1: micrófono dinámico (de bobina) Q1: 2SC828 R1: 20K(mini pot) Q2: 2SC460 R2: 5.6K Q3: 2SC458 R3: 2.2K C1: Entre .005 y.01 R4: 1.5K C2: 7 pF. R5: 680 ohmio. C3: 100 pF. R6: 100 ohmio. C4; 6 pF. R7: 5.6K C5: 10 mF.10V.(electrolítico) R8: 82 ohmios C6: 4.716V. (electrolítico) R9: 2.2K C7: 10 mF. 16V.(electrolítico) R10: 82 ohmio C8:100pF. R11: 1K C9: 5 pF. Resistores a 1/4

de vatio C10: 100 pF. Antena: Telescópica a 61

cm. de largo C11: 100 pF. (o trozo de alambre de la

misma medida). EI alcance de este transmisor es bajo: lo puedes

usar como micrófono inalámbrico, para ajustarlo debes mover el núcleo de la bobina, previamente buscar un espacio libre en el receptor para no interferir una estación.

Practica: fuentes alternas y mejoras https://www.youtube.com/watch?

v=3vnpnmJ5qCs http://www.ehowenespanol.com/crear-

estacion-radio-fm-internet-como_65047/ http://www.ehowenespanol.com/construir-

estacion-fm10-potencia-como_24001/ http://www.ehowenespanol.com/

instrucciones-construir-transmisores-radio-fm-como_314346/

http://viasatelital.com/electronica/ http://www.youtube.com/watch?

v=DElXWhz3CLE

Las Microondas

Ondas electromagnéticas del extremo superior del espectro de radio, frecuencias (Gigahertz), longitud de onda del orden de centímetros

Debido a su alta frecuencia no son reflejados por la ionosfera

Se usa para comunicaciones satelitales o con otros vehículos espaciales. También para enlaces terrestres.

Las Microondas (cont.)

Utilizan antenas unidireccionales, que producen un haz (aprox. 1.4 grados de apertura) que se propaga en línea recta.

Debe existir línea de vista entre el transmisor y el receptor.

Son afectadas por fenómenos atmosféricos. Necesario tener circuito de respaldo

Buena capacidad de transmisión: 2400 canales de voz, o 45 Mbps

Fácil de instalar y relocalizar

Las Microondas (cont.)

Las antenas se colocan en torres o sitios altos para evitar obstáculos

En terreno montañoso se colocan en picos para lograr grandes distancias

En terrenos planos se colocan torres repetidoras cada 15-25 Km. aprox.

En general, a mayor frecuencia mayor cercanía entre las torres repetidoras

Las microondas (cont.)

• Se utilizan tanto en enlaces terrestres como en enlaces satelitales

• La Secretaría de Comunicaciones y Transportes se encarga de asignación y mantenimiento del espectro

• Una concesión define el rango de frecuencias y el área en que operará

• Bit Error Ratio (BER)1 x 10 -6

Las microondas (cont.)

Mini-link Enlaces cortos, generalmente en la

ciudad Usa cerros y edificios para tener línea de

vista Problemas de las Microondas

Requieren línea de vista Afectan los fenómenos atmosféricos Requieren licencia de la Secretaría de

Comunicaciones y Transportes.

Practica: mejora recepción de Wifi

1. Un fondo de lata de aluminio

2. Papel aluminio casero. Ya sea delgado o grueso

3. Un cable USB para extensión USB mínimo de 5 metros

4. Alambre de cobre del #12, aproximadamente de un metro y medio de longitud

Practica: mejora recepción de Wifi

Procedimiento de la construcción de la antena:1. Cortar el fondo de la lata en el centro a manera de que entre

la parte delantera de la antena en el centro.2. Fijar y colocar el alambre de cobre en la orilla del fondo de la

lata. 3. Formar un espiral aproximado de 10 pulgadas de

circunferencia y soldar unas tiras al rededor para que el espiral quede firme.

4. Colocar el papel aluminio alrededor del alambre formando así un cono. Si el papel aluminio es delgado poner unas 4 capas encimadas y firmes

5. Cuando se haya formado el cono no doblar la parte restante de la parte superior ya que esto rebotara la señal hacía fuera.

6. Corte y doble las puntas dejando un centímetro y medio de sobrante y doble hacía adentro del cono.

Practica: mejora recepción de Wifi

Etapa final:1. Ya terminada la antena antes de conectar la Wifi

habrá de revisar la intensidad que está entrando actualmente a la PC, si la señal es baja estará mas o menos en 27 porciento.

2. Ya que se revise la señal en tu PC cierre todas sus tareas que tenga en ejecución y apagar.

3. Desconecta si Wifi y conecta el cable de extensión USB e introduzca la Wifi en la antena de aluminio que ya fabrico.

4. Enciende PC y espera a que cargue todos sus programas.

5. Abra el icono de intensidad de la señal y notará que la señal varía y podrá ser mejor.

6. Direccione su antena y cuando vea que su señal es muy buena, déjela en esa posición y listo

Practica: fuentes alternas y mejorashttp://ocio.teoriza.com/quieres-

aumentar-la-potencia-wifi-de-tu-portatil

http://www.youtube.com/watch?v=oqUkQunvcAw

http://www.youtube.com/watch?v=RMQfl20giM4

Entregar en equipo de unidad: como puedo mejorar la ganancia de mi antena WIFI ? En el formato encomendado Lunes 14, 14:40hrs.

Rayos infrarrojos

Son ondas electromagnéticas, entre las microondas y la luz, del orden de 100.000 GHz (100 THz)

Para transmisión de información en áreas reducidas. Ej. el control remoto de un televisor.

Usados también en redes móviles en áreas pequeñas (sin muros)

Requieren línea de vista, pero no licencia por ser para interiores principalmente

IrDA (Infrared Data Association)

Define estándares para uso de infrarojos en aplicaciones de corto alcance

Para capacidades de 1 a 16 MbpsSe prevé gran utilización en turismo,

transporte y transacciones de pago electrónico. Lo hemos visto con los famosos TAGS del

REPUVE.

Control de TV Sony

Señal IR

Modulacion deOnda por Pulso

Practica opcional: Control IR

El plan, utilizar un control remoto para conectarse a ARDUINO. A través de equipos de unidad.

Practica: Control IR

El detector de IR sólo busca infrarrojos que está encendiéndose y apagándose 38500 veces por segundo. Tiene incorporado filtros

ópticos que permiten muy poca luz, excepto los 980 nm infrarrojo.

También tiene un filtro electrónico que sólo permite que las señales alrededor de 38.5 kHz a pasar a través.

Este es el tipo de señal producida por el mando a distancia.

Esto evita la interferencia al IR de fuentes comunes, como la luz solar y la iluminación interior.

Región de luz visible en el espectro

electromagnético

Practica: Control IR

Que es el infrarrojo?

Practica: Control IR

Conceptos importantes: Modulación por ancho de pulso (PWM): se utilizan en

muchas aplicaciones, algunas de las cuales son en controles remotos, y la comunicación. Dado que el detector IR envía pulsos en baja que se pueden medir para determinar qué información se envía al mando a distancia IR, es un ejemplo del uso de PWM en comunicaciones.

Señal de portadora: El IR remoto utiliza una "señal portadora" 38.5 kHz para transmitir el pulso en una distancia aceptable para el detector IR.

Protocolo de comunicación: Es un conjunto de reglas para dispositivos que tienen que intercambiar mensajes electrónicos. Protocolos tienden a tener reglas para los voltajes, la duración de las señales, las frecuencias de la señal portadora y/o longitudes de onda, y más. Cuando dos o más dispositivos siguen las reglas de un protocolo dado, deben ser capaces de comunicarse e intercambiar información.

Practica: Control IR El control remoto de TV ( 4 funciones universales del remoto)

Debe configurar el control remoto universal para que envíe mensajes de PWM a un televisor mediante el protocolo de SONY.

Configuración del remoto TV ▪ Presione y libere la tecla TV.▪ Presione y mantenga la tecla SET hasta que el LED indicador

en el remoto se active y mantiene así. ▪ Utilice las teclas numericas y presione 0001. El LED podría

apagarse brevemente mientras presiona cada tecla. Configuración del remoto VR

▪ Presione y libere la tecla VR.▪ Presione y mantenga la tecla SET hasta que el LED indicador

en el remoto se active y mantiene así. ▪ Utilice las teclas numericas y presione 1028. El LED podría

apagarse brevemente mientras presiona cada tecla.

Practica: Control IR

The TV Remote Control (SYSTEMLINK 3 RCA) You must configure your universal remote so that it sends

PWM messages using the SONY protocol. TV remote setup

▪ Press and hold the CODE SEARCH button until the indicator LED lights, then release the CODE SEARCH button.

▪ Press and release the TV button (the indicator LED will blink and then remain lit).

▪ Use the digit keys to enter the code 002. After your code is entered, the indicator LED will turn off.

VCR remote setup ▪ Press and hold the CODE SEARCH button until the indicator LED

lights, then release the CODE SEARCH button.▪ Press and release the VCR button (the indicator LED will blink and

then remain lit).▪ Use the digit keys to enter the code 004. After your code is entered,

the indicator LED will turn off.

Practica: Control IR

El protocolo SONY

Practica: Control IR

Detalles del protocolo: Este mensaje consiste de 13 pulsos negativos que Arduino

puede facilmente detectar. ▪ 1: el puslo inicial, que tiene una duración de 2.4 ms. ▪ 2-13: que durará 1.2 ms (1 binario) o 0.6 ms (0 binario).▪ 2-8: indica que tecla ha sido presionada. ▪ 9-13: indica si el mensaje es enviado a una TV, VR, CD,

DVD, etc. Los pulsos se transmiten del bit menos significativo

▪ El primer pulso de datos es un bit-0.

▪ El siguiente pulso de datos es un bit-1▪ Etc.

Si presiona y mantiene presionada una tecla en el control remoto, el mismo mensaje será eviado una y otra vez con una duración de 20 a 30 ms entre mensajes.

Practica: Control IR Como trabaja el detector IR Nuestro receptor IR es el mismo detector

encontrado en varias TVs y VR. Este detector envia un pulso bajo si detecta el IR

parpadeando activo/desactivo en 38.5 kHz y un pulso alto en el resto del tiempo.

Cuanto el IR detecta pulsos bajos, el procesador dentro del TV o VR mide la duración de los pulsos bajos. Utiliza estas mediciones para identificar que tecla fue presionada.

Así como el procesador dentro de la TV, el Arduino puede ser programado para detectar, medir, almacenar y interpretar la secuencia de pulsos bajos que recibe del detector IR.

Practica: Control IR

Esquema para el detector IR

Practica: Control IR

pulseIn Command La sintaxis para el comando pulseIn es

pulseIn (Pin, State); Pin: el pin de E/S para medir

el pulso. State es utilizado para

determinar pulso HIGH o LOW

3er opción de entrada: duración máxima en millisecs

La salida del detector IR es invertida (i.e., LOW). pulseIn(pin#, LOW); pin# es el pin conectado al

detector IR

Practica: Control IR

Utilizando pulseIn()while(pulseIn(9, LOW) < 2200) { } //Esperar

bit de inicio

Practica: Control IR Interpretando el mensaje IR

La idea: representar la secuencia de pulso como una secuencia de bit. sequence.

El mensaje IR consiste de 13 pulsos con el siguiente formato:▪ 1: el pulso de inicio dura 2.4 ms. ▪ 2-13: durará 1.2 ms (1 binario) o 0.6 ms (0

binario). Mapear la duración de los pulsos entre 2-8 a

su correspondiente valor binario▪ Utilice pulseIn() para medir la longitud del pulso▪ Utilice bitSet() para crear la correspondiente

representación binaria

Practica: Control IR

Programa para leer señales IR ReadIR Características del programa:

▪ pulseIn() y bitSet()▪ Vectores▪ Una bandera de depuración para activar

printout▪ Desecha idear designación▪ Ajusta patrón de bit para que corresponda con

teclas numericas

Practica: Control IR

PROGRAMA PARA CONTROLAR EL “BOT”

IRcontrol Programming

Features: Uso de Switch Librería Servo

Rayos LASER

LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation, radiación electromagnética de una

sola frecuencia luz monocromáticaSe usan frecuencias más cerca de

infrarrojos que de la luz visible, no perjudicial a la salud

Requiere perfecta alineación y línea de vista

No requieren licenciaGran capacidad (hasta Gbps)

Tecnología BLUE TOOTH

Propuesta por Ericsson (1994), pero hoy muchos fabricantes la trabajan

Para áreas reducidas, en banda de 2.4Ghz

Capacidades de 720 KbpsNo requiere línea de vista ni

licenciaFacilita conexión en oficina, hogar,

etc.Traspasan muros: interferencias,

seguridadEncriptación y tecnología Frequency

Hopping Spread Spectrum o FHSS

Redes LAN Inalambricas

Familia de estándares definidos en IEEE 802.11

Inicialmente con spread spectrum hasta 2Mbps

IEEE 802.11a en banda de 5MHz, hasta 54Mbps

IEEE 802.11b en banda de 2.4MHz, hasta 11Mbps

IEEE 802.11g en banda de 2.4MHZ,hasta 54 MHz

Wireless Fidelity, Wi-Fi, se refiere a IEEE 802.11X

“Wi-Fi Certified” compatibilidad por Wi-Fi Alliance

IEEE 802.16 - WiMAX que es??. Lluvia de ideas…

Satélites

Cuerpo que gira libremente alrededor de otro.

Satélite natural: la lunaSatélites artificiales: Han sido

colocados en órbitas por el hombre1957: primer satélite artificial :

Sputnik. Rusia.Hoy en día colocar un satélite en

órbita es una operación casi rutinaria

Usos de los Satélites

Principales usos de los satélites artificiales: Estudio de fenómenos atmosféricos Determinación de zonas geológicas Identificación de cosechas Inteligencia militar Telecomunicaciones Posicionamiento Geográfico

Satélites de Telecomunicaciones

El satélite hace las veces de repetidor: Recibe la señal que viene de la antena

terrestre La corrige y amplifica La convierte a la frecuencia del enlace

de regreso La transmite a la tierra

Los satélites emplean enlaces de microondas para comunicarse con las antenas terrestres

Uplink : enlace de subida Downlink : enlace de bajada

SATELITES DE TELECOMUNICACIONES

Número

Nombre del satélite

Puesta en

órbita

Fin de operacion

esNotas

1 Morelos I 1985 1993 Hughes HS-376 con órbita 113.5º W. Fuera de operaciones.

2 Morelos II 1985 2004 Hughes HS-376 con órbita 116.8º W. Fuera de operaciones.

3 Solidaridad 1 1993 2000 Hughes HS-601 con órbita 109.2º W. Fuera de operaciones.

4 Solidaridad 2 1994 2012Hughes HS-601 con órbita 113.5º W, desde 2006 en 114.9º W y desde 2008 en óribta inclinada. En operaciones limitadas.

5 Satmex 5 1998 2013 Hughes HS-601HP con órbita 116.8º W7 .

6 Satmex 6 2006Space Systems Loral (SSL) LS-1300X con órbita 113.0º W.7 En operaciones.

7 Satmex 7 Boing Satellite Systems BSS-702SP. En construcción.9

8 Satmex 8 2013 Space Systems Loral (SSL) LS-1300E, para la órbita 116.8º W.7

9 Unamsat 1 1995 1995 Oscar 30 con órbita polar. Falló lanzamiento.

10 Unamsat B 1996 1997 Oscar 30 con órbita polar. De investigación, fuera de operaciones.

11 Unamsat III En construcción.

12 QuetzSat 1 2011 Space Systems Loral (SSL) LS-1300 con órbita 77º W. En operaciones.

13 Mexsat 1 (Centenario)

Boing Satellite Systems BSS-702HP-GEM. En construcción; será lanzado en 2013.

14 Mexsat 2 (Morelos III)

Boing Satellite Systems BSS-702HP-GEM. En construcción; será lanzado en 2014.

15 Mexsat 3 (Bicentenario)

2012Oribtal Sciences Corporation (OSC) Star-2.4 Bus.26 Con orbita 114.9° W.

16 Satex 1 No concluyó.

17 Ulises I En construcción.

ORBITA GEOESTACIONARIA

Los satélites se mantienen en órbitas al compensar la fuerza centrífuga por la velocidad con la fuerza de atracción de la gravedad terrestre

Dependiendo de la altura, el satélite toma más o menos tiempo en dar una vuelta completa alrededor de la tierra.

ORBITA GEOESTACIONARIA (Cont.)

Cuando el satélite gira en una órbita situada sobre el plano ecuatorial y a una distancia de 36.000 km sobre el nivel del mar, el tiempo de giro es de 24 horas

El satélite parece estar estático respecto a la tierra pues gira sincronizadamente con ella

Esta órbita se conoce como GEOESTACIONARIA

La UIT asigna la posición de los satélites en ésta órbita

ORBITA GEOESTACIONARIA

36.000 Km.Plano delEcuador

ORBITA GEOESTACIONARIA

ORBITA GEOESTACIONARIA No.

Nombre del consesionario

Orbita Servicios Autorizados Cobertura

1Satelites Mexicanos, S.A. de C.V.

114.9° W

Provisión de capacidad satelital a concesionarios y permisionarios a través de las bandas de frecuencias C y Ku asociadas a la posición geoestacionaria 109.2° W. Modificado el 30/08/05 cambio posición orbital 109.2° a 114.9°. Modificado el 14/05/10 prestar servicios en Contel. Prorrogado el 26/05/11 la vigencia será de 20 años contados a partir del 24 de octubre de 2017

Nacional

2Satelites Mexicanos, S.A. de C.V.

113.0° W

Provisión de capacidad satelital a concesionarios y permisionarios a través de las bandas de frecuencias C y Ku asociadas a la posición geoestacionaria 113.0° W. Modificado el 14/05/10 prestar servicios en Contel. Prorrogado el 26/05/11 la vigencia será de 20 años contados a partir del 24 de octubre de 2017.

Nacional

3Satelites Mexicanos, S.A. de C.V.

116.8° W

Provisión de capacidad satelital a concesionarios y permisionarios a través de las bandas de frecuencias C y Ku asociadas a la posición geoestacionaria 116.8° W. Modificado el 14/05/10 prestar servicios en Contel. Modificado el 15/12/10 SATMEX8 por SATMEX5. Prorrogado el 26/05/11 la vigencia será de 20 años contados a partir del 24 de octubre de 2017.

Continental

4Quetzsat, S. de R.L. de C.V.

77° W

Provisión de capacidad satelital a concesionarios y permisionarios a través de las bandas de frecuencias C y Ku asociadas a la posición geoestacionaria 77° W. Modificado el 27/01/10 adición EchoStar-1. Modificado el 27/01/10 adición Quetzsat-1. Modificado el 7/10/11 eliminación EchoStar-4. Modificado el 3/11/11 movimientos de Quetzsat-1, Echostar-8 y Echostar-1

Nacional y E.U.A.

Satelites GEO, MEO, LEO

GEO : Geostationary Earth Orbit (a 36.000 Km)MEO : Medium Earth Orbit (alrededor de 10.000-20.000

Km)LEO : Low Earth Orbit (alrededor de 5.000 Km, o

menos)

Satelites MEO Y LEO

Los satélites MEO y LEO no están fijos con respecto a la tierra. Para mantener la sintonización, la antena lo sigue o debe haber un tren de satelites.

T I E R R A

INTELSAT e INMARSAT

Exitosos ejemplos de sistemas GEO INTELSAT: consorcio multinacional

para telecomunicaciones comerciales. Nueve generaciones , 21 satelites (24 proximamente)

INMARSAT: consorcio, sede Londres, 4 satelites,4 generaciones.Inicialmente para control maritimo. Prestara servicio BGAN para servicios Internet y afiines

TRANSPONDERS

Un satélite tiene varias decenas de transponders; cada uno de estos funciona como un subsatélite, haciendo las siguientes tareas principales: 1. Recibe la señal de una antena

terrestre (uplink), la rectifica y amplifica

2. La convierte a la frecuencia de bajada

3. La retransmite hacia la tierra(downlink)

Vida util de un satelite

Con los avances de la electrónica y las baterías, la vida útil de un satélite ha aumentado: 18 meses, primeros

20años, de los últimos SATMEX

Frecuencias Utilizadas

Bandas C, Ku, Ka y L

BANDA UPLINK DOWNLINKC 6 Ghz 4 GhzKu 14 Ghz 11 GhzKa 30 Ghz 20 GhzL 1.7 Ghz 1.5 Ghz

Componentes de una Estacion Satelital Terrestre

En el lado transmisor Multiplexor que reúne varios canales en uno de mayor capacidad

Módem que lleva el canal a una frecuencia intermedia (IF) en MHz

Un convertidor (UP/DOWN CONVERTER) que la eleva a la frecuencia de transmisión (RF) en GHz

Una antena transmisora

Componentes de una Estacion Satelital Terrestre

En el lado del receptor se tienen los mismos equipos con las funciones inversas: Antena receptora Amplificador de bajo ruido (LNA), porque la señal llega débil

Up/Down converter Demodulador Demultiplexor

Estaciones Satelitales

T I E R R AM

HPA

Up/DownConverter RF

IF

MU

X M

LNA

Up/DownConverter

RFIF

MU

X

Satellite

Demora Satelital

P r o p a g a t i o n d e l a y Se debe al tiempo que toma la

señal para viajar entre la antena (en la tierra) y el satélite.

Para un satélite en la órbita GEO: 36.000 / 300.000 = 120 mseg t (subida y bajada) = 240 mseg =

1/4 seg Si se hace una consulta t= 1/2 seg

Huella Satelital

F o o t p r i n t: Zona donde se puede

captar la señal que envía el satélite

Puede haber una por cada transponder Hacia el borde se

requieren antenas con mayor potencia

Tamaño de Antenas Satelitales

Inicialmente, por INTELSAT, cada país tenía una antena que canalizaba el tráfico nacional

Chocontá (1970) : 30 mts de diámetro Luego se instalaron telepuertos que son

antenas de menor tamaño (6-12 mts) Posteriormente antenas de menor

diámetro 2-3mts Antenas más pequeñas para satélites de

órbitas bajas (alrededor de 40-20 cms)

SISTEMA VSAT

VSAT : Very Small Aperture TerminalUSAT : Ultra Small Aperture Terminal (mayor

tecnología)

Método económico de implementar un sistema de comunicaciones satelitales

HUB o MASTEREstación terrestre de alta capacidad

AntenasVSAT

2mts dediámetro

Sistema VSAT (Cont.)

Sistemas VSATA y B

compartiendoel hub

A

B

Sistema VSAT (Cont.)

Comunicación entre el HUB y la estación remota

1. El HUB envía tramas (bloques de información) usando el método TDM al satélite

2. El satélite retransmite a todas las estaciones VSAT

3. Cada estación VSAT recibe la trama y verifica que sea para ella. Si lo es la pasa al computador local, si no, la ignora

COMUNICACIÓN DE LAS ESTACIONES AL HUB

METODOS BASICOS DE ACCESO Se divide el canal en varias

frecuencias y cada estación tiene una frecuencia por donde transmite: FDMA (Frequency Division Multiple Access)

Todas las estaciones utilizan el mismo canal pero cada una tiene un tiempo determinado (time slot) para enviar: TDMA (Time Division Multiple Access)

Sistema VSAT (Cont.)

Comunicacion entre las Estaciones y el Hub

HUB A ESTACION ESTACION A HUB

TDMA

Tambien se usa CDMA (Code Division Multiple Access) para la comunicación entre HUB y estaciones. Cada estacion tiene un codigo

particular.

Normalmente para comunicar dos estaciones se debe pasar por el HUB .

Aunque es posible asignar subcanales temporales por parte del HUB para comunicaciones directas entre estaciones

Sistema VSAT (Cont.)

Están en las órbitas LEO alrededor de los 700 a 5.000 km y MEO de 5.000 a 20.000 km aprox.

Requieren trenes de satélites, en varias orbitas, para cubrimiento total.

Antenas más pequeñas y menos potentes Ejemplos de estos sistemas:

IRIDIUM (66 satelites LEO a 780km, 6 orbitas) GLOBALSTAR (48 satélites,a 1.414KM, 8 orbitas) GPS: GLOBAL POSITIONING SYSTEM

Sistemas de SATELITES MOVILES

Estación de control

Ban

da K

a

gateway

Banda L

Banda K

a

Banda Ka

Sistema IRIDIUM

Servicio satelital de telefonía y beepers

Consta de 66 satélites, ubicados en 6 planos orbitales

Ubicados a 780 Kms de alturaTiene 11 estaciones terrestresPeriodo orbital de 100 min. con 28

seg.Consorcio internacional

encabezado por Motorola.

Sistema IRIDIUM (cont)

Sistema GPS

Utiliza sistema NAVSTAR, del Dpto. de Defensa de los Estados Unidos

24 satélites en 6 planos orbitales, a 20.200 km

Un receptor GPS en cualquier punto terrestre puede recibir simultáneamente señales de varios satélites

Trigonométricamente se puede calcular la posición del receptor GPS

GPS es sistema con múltiples aplicaciones. Algo adicional: GLONASS.

Sistemas Satelitáles Recientes

Servicios con mayores ancho de banda Mejoras tecnológicas con funciones en el

satélite, enlaces intersatelitales y antenas mas pequeñas

Enfrentan competencia terrestre de buen ancho de banda, a bajo costo y sin demora satelital

SPACEWAY: Hughes, GEO y MEO, SKYBRIDGE: Alcatel, LEO SKYNET: Loral, GEO TELEDESIC: Gates, McCraw, Motorola, Boeing, LEO

Telefonía Celular

Sistema de gran crecimiento Es un sistema telefónico completo en el

cual el acceso al abonado es inalámbrico

Llamado también telefonía móvil Celular porque la división de las áreas

de servicio son células o celdas que conforma una especie de panal

Telefonía Celular

Cada celda tiene asignadas unas frecuencias,que son reutilizadas en celdas no contiguas

Antes, por cada frecuencia, una llamada. Ahora, en digital, varias llamadas.

El diámetro de las celdas:de centenares de metros a varios kilómetros, dependiendo del tráfico esperado y la topología del terreno

C

B

B

A

C

C

B

B

A

C

B

C

Telefonía Celular

Telefonía Celular

Hand-off : Paso del control de un celular de una celda a otra. Tiene prelación a nuevas llamadas para evitar la desconexión del usuario

Roaming : Cuando es necesario pasar el control a otro operador para continuar la comunicación, se hace el hand-off y registro para efectos contables

Telefonía Celular

MTSO

Centrallargadistancia

MTSO:Mobil Telephone Switching Office

Fibra ópticao

inalámbrica

03 /

031

Trunking

Usado inicialmente en telefonía fija para compartir líneas.

Compartir un numero limitado de canales por un grupo numeroso de usuarios

Se usa para comunicar un grupo cerrado de personas.

No se necesita marcar un número, solo se presiona un botón donde todos escuchan. También hay canales individuales

Ejemplos :policía, redes de emergencia, empresas

Las antenas tienen mayor cobertura que celular.

Es posible hacer llamadas a fijos Banda de 861 a 866 MHz.

Telefonía CT

Cordless TelephonyHíbrido entre telefonía fija y móvilSe instalan antenas de poco alcance

para teléfonos que estén o lleguen a la zona de alcance de la antena

La antena esta conectada al sistema telefónico fijo

Inicialmente era solo para llamar y era análoga

Telefonía CT (cont.)

REDTELEFONICAFIJA

Redes o sistemas de comunicaciones personales

PCS Personal Comunications Systems PCN Personal Conmunications Network Sobre redes inalámbricas, inicialmente

satelitales,. Con objetivo: roaming global.

Ahora terrestres, con mayores anchos de banda, nuevos servicios

Aparatos no solo para la voz (multimedia, navegar, etc.)

Se consideran evolución de la telefonía celular

Tecnología en telefonía móvil

La primera generación fue análoga (AMPS, en USA, Laboratorios Bell, 1975). Otras en Europa

La segunda fue digital (DAMPS y GSM); es mas segura y eficiente, voz digital. Permitió datos limitadamente.

Digital permite una mejor utilización de las frecuencias (multiplexación) y nuevos servicios

Se pasa de FDMA, a TDMA y a CDMA Las nuevas generaciones (3G y 4G) ofrecen

mas ancho de banda y variados servicios Estándares: UMTS (Europa) e IMT-2000 (UIT)

Spread Spectrum

Transmitir en bandas de frecuencia ya asignadas, sin interferir con sus usuarios. Utiliza potencias bajas de transmisión. No requiere licencia.

La relación entre la potencia de la señal normal y la Spread Spectrum (PN/PSS) del orden de 16dB

Utiliza radio-módem en banda de 902 a 928 Mhz

Requiere línea de vista para lograr mayor distancia

Sincrónico: múltiplos de 64kbps, hasta E1

Asincrónico: 76.8, 38.4 o 19.2 kbpsAlcance de hasta 16 kms (normal), 48

kms (ideal)

Spread Spectrum (cont.)

AB SS

AB Normal

Pss

Pn

Pot

enci

a

Ancho de banda

Señal normal

SeñalSpread Spectrum

Wireless Local Loop : WLL

El último kilómetro , o línea de abonado, es inalámbrico.Como central local se instala la “Unidad

de conmutación local” que atiende hasta

1.000 abonados .Esta central se conecta por enlaces E-1

con la red telefónica fija.

Wireless Local Loop : WLL (cont)

En cada área de suscriptores se instala una “radio base”, conformándose una microcelda de 50 a 100 abonados.

Puede haber hasta 20 radio bases Las radio bases se conectan con la

unidad de conmutación local por medio de 3 pares telefónicos, de no más de 4 km.

La radio base tiene una cobertura de hasta 5

Km, preferiblemente con línea de vista

Wireless Local Loop : WLL

Red Telefónica Conmutada

Unidad deconmutaciónlocal

RadioBase

E1

3 Pares

Radio Base

LMDS y MMDS

LMDS: sistema inalámbrico de alta capacidad, en banda de 25 a 40 GHz. Tiene legislación especial (se describe en Banda Ancha). Para distribuir información a muchos puntos.

MMDS: sistema inalámbrico en banda más baja 2-3Ghz. También para distribuir información generalmente en áreas rurales.

Panorama de IEEE 802.15.4y Zigbee

• Redes caseras

• Redes automovilisticas

• Redes Industriales

• Juguetes interactivos

• Agrimensura remota

Aplicaciones en el espacio de IEEE 802.15.4

Algunas necesidades en las redes de sensores

Miles de sensores en un area pequeña Wireless

Frecuentemente los sensores son autonomos Bajo consumo

Y frecuentemente los sensores son aislados Alcance moderado.

Estos son algunos de los retos del comite de estandarización

Que es ZIGBEE?

Características generales de 802.15.4

Tasas de transferencia de 250, 40 y 20 kb/s. Operación en modo estrella o punto a punto. Soporte para dispositivos de baja latencia. Protocolo de transferencia confiable. Consumo bajo de energía. Operación en bandas de frecuencia. 16 canales en la banda 2.4Ghz (ISM: Industrial,

Scientific, Medical) 10 canales en la banda 915Mhz ISM. 1 canal en la banda europea 868Mhz ISM. El link del video previo es:

http://www.youtube.com/watch?v=hWY15O42V7o

IEEE 802.15.4 MAC

Aplicaciones

IEEE 802.15.4

2400 MHz

PHY

IEEE 802.15.4

868/915 MHz

PHY

ZigBee

•Generación de packetes•Recepción•Transperencia de Datos•Manejo de energia

Arquitectura 802.15.4 / ZigBee

868MHz / 915MHz PHY

2.4 GHz

868.3 MHz

Canal 0 Canales 1-10

Canales 11-26

2.4835 GHz

928 MHz902 MHz

5 MHz

2 MHz

2.4 GHz PHY

IEEE 802.15.4 PHYOperación de Bandas de Frecuencia

Vista del IEEE 802.15.4 PHY

Campos del paquete PHY Preambulo (32 bits) de synchronization Inicio de delimitador de paquete (8

bits) Cabecera PHY (8 bits) – PSDU length PSDU (de 0 a 1016 bits) – campo de

datosPreamble

Start ofPacket

Delimiter

PHYHeader

PHY ServiceData Unit (PSDU)

6 Octetos 0-127 Octetos

Arquitectura 802.15.4

IEEE 802.15.4 MAC

Aplicaciones

IEEE 802.15.4

2400 MHz

PHY

IEEE 802.15.4

868/915 MHz

PHY

•Adquirir Canal•Administración de

contencion•Dirección NIC•Corrección de error

ZigBee

Vista rápida de la MAC de IEEE 802.15.4 – Diseño de controladores

Extremado bajo costo

Facilidad de implementaci

ón

Transferencia confiable

Operacion de corto alcance

Consumo muy bajo de

energia

Protocolo simple pero

flexible

Vista rápida de la MAC de IEEE 802.15.4 – Topologias de red típica

Tipos de dispositivos

Dispositivo funcional completo (Full function device - FFD) Cualquier topología Capacidad de coordinar la red Comunicación a cualquier dispositivo

Dispositivo funcional reducido ( reduced function device - RFD) Limitado a una topología en estrella No puede ser coordinador Establece comunicación solo con el

coordinador de la red Implementación muy simple

Vista rápida de la MAC de IEEE 802.15.4

Full function device Communications flow

Point to point Cluster tree

Full function deviceCommunications flow

Clustered stars - for example,cluster nodes exist between roomsof a hotel and each room has a star network for control.

IEEE 802.15.4 MAC OverviewCombined Topology

IEEE 802.15.4 MAC OverviewGeneral Frame Structure

Payload

PH

Y L

ayer

MA

CLa

yer

MAC Header(MHR)

MAC Footer(MFR)

MAC Protocol Data Unit (MPDU)

MAC Service Data Unit(MSDU)

PHY Header(PHR)

Synch. Header(SHR)

PHY Service Data Unit (PSDU)

4 Types of MAC Frames:

• Data Frame

• Beacon Frame

• Acknowledgment Frame

• MAC Command Frame

Periodic data Application defined rate (e.g.

sensors) Intermittent data Application/external stimulus

defined rate (e.g. light switch)Repetitive low latency data Allocation of time slots (e.g.

mouse)

IEEE 802.15.4 MAC OverviewTraffic Types

802.15.4 Architecture

IEEE 802.15.4 MAC

Applications

IEEE 802.15.4

2400 MHz

PHY

IEEE 802.15.4

868/915 MHz

PHY

•Network Routing•Address translation•Packet Segmentation

•Profiles

ZigBee

Arquitectura en capas de ZigBee

Typical ZigBee-Enabled Device Design

Typical design consist of RF IC and 8-bit microprocessor with peripherals connected to an application sensor or actuators

Wireless Technology Comparison Chart

356 mA

34KB /14KB

Competing/Similar Technologies

Bluetooth http://www.bluetooth.org http://www.bluetooth.com

X10 Powerline protocol first introduced in the 1970's. http://www.x10.com/technology1.htm

Z-wave Proprietary protocol for wireless home control networking. http://www.z-wavealliance.com/

INSTEON Peer-to-peer mesh networking product that features a hybrid

radio/powerline transmission http://www.insteon.net

nanoNET Proprietary set of wireless sensor protocols, designed to

compete with ZigBee. http://www.nanotron.com/

802.15.4/ZigBee Products

Control4 Home Automation Systemhttp://www.control4.com/products/components/complete.htm

Eaton Home HeartBeat monitoring systemwww.homeheartbeat.com

Chip Sets• Ember, http://www.ember.com/index.html • ChipCon, http://www.chipcon.com • Freescale, http://www.freescale.com

Software, Development Kits• AirBee,

http://www.airbeewireless.com/products.php

• Software Technologies Group, http://www.stg.com/wireless/

•

Motorola Activity

Implementation of 802.15.4 & ZigBee

Aimed at enterprises Asset Tracking Security Public Safety

Range: 10m Transmission interval: ~ 4

minutes Nodes move, Controller does

not Battery life: 1 week to

several years (nodes with 2 AA batteries)

Interfaces: machine-only

Motorola Activity

Implementation of 802.15.4 only

Aimed at consumers Home device control Location awareness Personal reminders

Range: 1 - 5m Phone is controller Both nodes and can

controller move Battery life: ~1 week years

(nodes with ~320 mAhr rechargeable battery)

Transmission interval: 1 second

Interfaces: machine and human

SmartButton

LoBe

Janus

Mas Información

IEEE 2003 version of 802.15.4 MAC & Phy standard http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.15.4-2003.pdf

ZigBee Specification http://www.zigbee.org/en/spec_download/download_request.asp

802.15.4 Tutorial http://grouper.ieee.org/groups/802/15/pub/2003/Jan03/03036r0P802-

15_WG-802-15-4-TG4-Tutorial.ppt

Slides 3 – 17 were adapted from this tutorial ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works

http://www.hometoys.com/htinews/oct03/articles/kinney/zigbee.htm ZigBee Technology: Wireless Control that Simply Works

http://www.hometoys.com/htinews/oct03/articles/kinney/zigbee.htm Home networking with Zigbee

http://www.embedded.com//showArticle.jhtml?articleID=18902431 Slides 19 – 21 were adapted from this article

Can the competition lock ZigBee out of the home? http://www.techworld.com/mobility/features/index.cfm?FeatureID=18

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