UNIDAD I

INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE

COMUNICACIÓN

Definición de sistemas de comunicaciones electrónica

Diagrama de bloques de un sistema de comunicación genérico

El ruido y sus efectos

Ancho de banda y relación señal a ruido

Servicios de telecomunicaciones

INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES

ELECTRÓNICAS

El objetivo fundamental de un sistema electrónico de comunicaciones, es transferir

información de un lugar a otro. Por consiguiente, se puede decir que las comunicaciones

electrónicas son la transmisión, recepción y procesamiento de información entre dos o más

lugares, mediante circuitos electrónicos. La fuente de información puede estar en forma

analógica (continua), como por ejemplo la voz humana, o en forma digital (discreta), como por

ejemplo los números codificados en binario o los códigos alfanuméricos. Sin embargo, todas

las formas de información se deben convertir a energía electromagnética antes de ser

propagadas a través de un sistema electrónico de comunicaciones.

SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE COMUNICACIONES

La figura 1 muestra un diagrama de bloques simplificado de un sistema electrónico de

comunicaciones, que comprende un transmisor, un medio de transmisión y un receptor.

Un transmisor es un conjunto de uno o más dispositivos o circuitos electrónicos que

convierte la información de la fuente original en una señal que se presta más a su transmisión

a través de determinado medio de transmisión. El medio de transmisión transporta las

señales desde el transmisor hasta el receptor. Un receptor es un conjunto de dispositivos y

circuitos electrónicos que acepta del medio de transmisión las señales transmitidas y las

convierte a su forma original.

Figura 1. Diagrama simplificado de bloques de un sistema de comunicaciones electrónicas.

Los dos tipos básicos de comunicaciones electrónicas son analógico y digital. Un sistema

analógico de comunicaciones es aquel en el cual la energía se transmite y se recibe en forma

analógica: una variación continua, como por ejemplo una señal senoidal.

Las comunicaciones digitales abarcan una amplia variedad de técnicas de comunicación, que

incluyen transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es un sistema digital

verdadero, donde los pulsos digitales (con valores discretos) se transfieren entre dos o más

puntos en un sistema de comunicaciones. Los sistemas de transmisión digital requieren una

instalación física entre el transmisor y el receptor, como por ejemplo un conductor metálico o

un cable de fibra óptica.

ANCHO DE BANDA Y

CAPACIDAD DE INFORMACIÓN

Las dos limitaciones más importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones

son el ruido y el ancho de banda.

El ancho de banda de una señal de información se define como la diferencia entre las

frecuencias máxima y mínima contenidas en la información, y el ancho de banda de un canal

de comunicaciones es la diferencia entre las frecuencias máxima y mínima que pueden pasar

por el canal (banda de paso).

El ancho de banda de un canal de comunicaciones debe ser suficientemente ancho para pasar

todas las frecuencias importantes del a información, es decir, el ancho de banda del canal de

comunicaciones debe ser igual o mayor que el ancho de banda de la información.

TEORÍA DE LA INFORMACIÓN

La teoría de la información es el estudio muy profundo del uso eficiente del ancho de banda

para propagar información a través de sistemas electrónicos de comunicaciones. Esta teoría se

puede utilizar para determinar la capacidad de información de un sistema de comunicaciones.

La capacidad de información es una medida de cuánta información se puede transferir a

través de un sistema de comunicaciones en determinado tiempo.

La cantidad de información que se puede propagar en un sistema de transmisión es una

función del ancho de banda y del tiempo de transmisión. R. Hartley, desarrolló en 1920 la

relación entre el ancho de banda, el tiempo de transmisión y la capacidad de información. En

forma matemática, la ley de Hartley es:

I α B x t

Siendo I = capacidad de información

B = ancho de banda (Hertz)

t = tiempo de transmisión (segundos)

La ecuación anterior indica que la capacidad de información es una función lineal, y es

directamente proporcional tanto al ancho de banda del sistema como al tiempo de

transmisión.

C.E. Shannon publicó en 1948 un trabajo donde relacionó la capacidad de información de un

canal de comunicaciones, en bits por segundo (bps), con el ancho de banda y la relación de

señal a ruido. La expresión matemática del límite de Shannon de capacidad de información es:

I =Blog2(1 + S/N)

Es decir,

I = 3.32Blog10(1 + S/N)

Donde,

I = capacidad de información (bits por segundo)

B = ancho de banda (Hertz)

S/N = relación de potencia de señal a ruido (sin unidades)

EJEMPLO

Para un canal normal de comunicaciones en banda de voz, con una relación de potencias de

señal a ruido de 1000 (30dB) y un ancho de banda de 2.7kHz, calcule el límite de Shannon de

capacidad de información.

ANÁLISIS DE RUIDO

Se define al ruido eléctrico como

cualquier energía eléctrica indeseable

que queda entre la banda de paso de la

señal. La figura 2 muestra el efecto que

tiene el ruido sobre una señal eléctrica.

En términos generales cualquier

perturbación no intencional de la señal se

puede clasificar como “ruido”, y algunas

veces es difícil distinguir las diferentes

causas que originan una señal

contaminada. El ruido se puede clasificar

en dos categorías: correlacionado y no

correlacionado.

Distorsión: es la alteración de la señal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella

misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja

de aplicarse.

Interferencia: es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma

similar a las de la señal.

Figura 2. Efectos del ruido sobre una señal . [a] señal

sin ruido [b] señal con ruido

Ruido Correlacionado

El ruido correlacionado es aquel que se relaciona mutuamente (se correlaciona) con la señal, y

no puede estar en un circuito a menos que haya una señal de entrada, es decir, no hay señal,

no hay ruido.

Ruido no correlacionado

El ruido no correlacionado está presente independientemente de si haya una señal o no. Se

puede seguir subdividiendo en dos categorías generales: externo e interno.

Ruido externo: el ruido externo es el que se genera fuera del dispositivo o circuito. Hay tres

causas principales del ruido externo: atmosféricas, extraterrestres y generadas por el hombre.

Ruido interno: el ruido interno es la interferencia eléctrica generada dentro de un dispositivo

o circuito. Hay tres clases principales de ruido generado internamente: de disparo, de tiempo

de tránsito y térmico.

Ruido Térmico

Este ruido se asocia con el movimiento rápido y aleatorio de los electrones dentro de un

conductor, producido por la agitación térmica.

Los electrones en el interior de un conductor portan una carga negativa unitaria, y la velocidad

cuadrática media (medida de la velocidad de una partícula) de uno de ellos es proporcional a

su temperatura absoluta. En consecuencia, cada paso de un electrón entre choques con

moléculas produce un corto pulso de corriente, que produce un voltaje pequeño a través del

componente resistivo del conductor.

Como este tipo de movimiento del electrón es totalmente aleatorio y es en todas direcciones,

el voltaje promedio en la sustancia debido a esos movimientos es 0V cd. Sin embargo, ese

movimiento aleatorio sí produce una componente de ca.

En resumidas palabras, el ruido térmico es el movimiento aleatorio de los electrones libres

dentro de un conductor, causado por la agitación térmica.

En forma matemática la potencia del ruido es:

N = KTB

Donde,

N = potencia del ruido (watts)

B = ancho de banda (Hertz)

K = constante de proporcionalidad de Boltzman (1.38x10-23 joules por grado kelvin)

T = temperatura absoluta, en grados kelvin (la temperatura ambiente = 17 ºC o

290º K)

[Para convertir de ºC a grados kelvin sólo se suman 273º. Por consiguiente, T = ºC + 273]

Voltaje de ruido

La figura 3 muestra el circuito equivalente de una fuente de ruido, donde su resistencia interna

(RI) está en serie con el voltaje rms de ruido (VN). Para el peor de los casos, y para la

transferencia máxima de la potencia del ruido, se iguala la resistencia de la carga (R) con la RI.

Así, la caída de voltaje de ruido a través de R es igual a la mitad del voltaje de la fuente (VR =

VN /2), y según la ecuación anterior, la potencia de ruido (N) desarrollada a través del resistor

de carga es igual a KTB.

Figura 3. Circuito equivalente a una fuente de ruido.

La ecuación matemática de VN se deduce como sigue:

N = KTB = (VN/2)2 / R = VN2 / 4R

VN2= 4RKTB

VN = √4RKTB

EJEMPLO

Para un dispositivo electrónico que funciona a la temperatura de 17º C, con ancho de banda

de 10kHz, calcular:

(a) La potencia de ruido térmico, en watts y dBm

(b) El voltaje rms del ruido, para una resistencia interna de 100 Ω y una resistencia e carga de

100Ω.