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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
Sistemas de Comunicación
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]
Sistemas de Comunicación
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
Sistemas de Comunicación
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
Sistemas de Comunicación
Prerequisitos
Conocimientos de Sistemas Lineales Procesamiento digital Conocimientos básicos de Probabilidad Procesos Estocásticos
Sistemas de Comunicación
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
Sistemas de Comunicación
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.
Comunicaciones inalambricas
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.
Comunicaciones inalambricas
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
Sistemas de Comunicación
Sistemas de Comunicación
Sistemas de Comunicación
Comunicación
Transferencia de información de un lugar a otro lugar.
Debe ser : eficiente confiable segura
Sistemas de Comunicación
Sistemas de Comunicación
Definición: Componentes o subsistemas que permiten la transferencia / intercambio de información.
Elementos de un Sistema de Comunicación
Sistemas 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
Sistemas de Comunicación
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
Elementos de un Sistema de Comunicación
Sistemas de Comunicación
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
Elementos de un Sistema de Comunicación
Características de los medios físicos
Sistemas de Comunicación
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
Sistemas de Comunicación
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
Elementos de un Sistema de Comunicación
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
Sistemas de Comunicación
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.
Sistemas de Comunicación
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.
Sistemas de Comunicación
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.
Sistemas de Comunicación
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...
Sistemas de Comunicación
Referencias Bibliográficas
https://eva.fing.edu.uy/ ► Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2016 / ► siscom
Capitulo 1- Introducción- Carlson
Sistemas de Comunicación