INTRODUCCIÓN 1.- PRESENTACIÓN DEL RAMO

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN I PRESENTACIÓN DEL RAMO Señal, es una canidad física que varía con el iempo. En la gran mayoría las aplicaciones la ingeniería elécrica y elecrónica, las señales presenes en un sisema son nauraleza elécrica. Hablamos una señal elécrica o simplemene señal.... Una señal, por lo general, nos ineresa porque ella coniene información, es la señal seada. También hay señales inseadas, por ejemplo el ruido y las inerferencias, que afecarán adversamene a la señal seada. Hablaremos f ( ) para simbolizar, manera general, un volaje o una corriene. Sabemos que una f ( ) pue represenarse en el ámbio l iempo, o dominio l iempo, y en el ámbio la frecuencia, o dominio la frecuencia. En forma gráfica esas represenaciones corresponn a la forma una onda y al especro frecuencia la señal, respecivamene. En nuesros sisemas elecrónicos la señal es afecada por la respuesa los sisemas y ello podría alerar la información que coniene la señal. Cuando la información conenida en una señal es requerida a disancia, bemos efecuar una ransmisión a ravés un canal comunicación. Dependiendo las caracerísicas l canal beremos efecuar algún proceso que adape la señal a las caracerísicas l canal. Así enemos la modulación (en un exremo l sisema elecomunicaciones) y

2 I - 2 su proceso inverso la modulación (en el oro exremo), exisiendo una gran variedad formas modulación que cumplen ese propósio. Pomos aprovechar un canal para enviar, no una, sino que varias señales; para ello empleamos la mulicanalización (muliplexación). Nos proponemos, enre oros: Conocer el ruido y las formas represenarlo. Conocer los fundamenos la Teoría la Información y las bases la codificación fuene y canal. Conocer los diferenes procesos que permien ransmiir a disancia una señal: o Formas modulación/modulación digial. o Formas modulación/modulación Conocer los esquemas que permien efecuar mulicanalización. 2.- RESUMEN DE DEFINICIONES DE SEÑALES Una señal pue ser clasificada varias maneras: # Periódica o Aperiódica Una señal es periódica si, para ella, exise un inervalo iempo T o (el menor) al que: ( ) ( ) f f ± nt 0, n= 0,1,2,... # Señal poencia o Señal energía Ya que f ( ) represena un v ( ) o una i ( ) enonces la poencia insanánea sería: ( ) ( ) ( ) i 2 R f 2 R k f 2

3 1 1 R R O bien: v 2 ( ) f 2 ( ) k f 2 ( ) Normalizando obenemos la poencia (insanánea) p ( ) f 2 ( ) La energía la señal en un inervalo, será: E, = p ( ) d = f ( ) d 1 1 Enonces oda la energía la señal será: E = lim T f ( ) 2 d T T la señal: I - 3 La poencia promedio P una señal en un inervalo, 1 2 será: p( ) = P = p( ) d f ( ) d = [ ], Generalizando para el inervalo, 1 2 endiendo a se obiene: 1 P = lim f ( ) 2 d T 2 T Cuando una señal es periódica en T 0 enonces: T0 T 0 T T 1 2 P = f ( ) d Con odo lo anerior cimos que una señal es: señal energía si: 0< E < y P= 0, y es señal poencia si: 0 < P< y E (sería, p. ej., el caso señales periódicas)

4 # Deerminísicas o Aleaorias I - 4 Cuando una señal iene valores que obecen a una scripción al que, con esa scripción, es posible esablecer el valor la señal para cualquier insane, enonces se dice que la señal es erminísica. Si en cambio, una señal iene valores que no se puen erminar o precir, enonces se dice que es aleaoria. Una señal ruido es aleaoria; una señal l ipo f ( ) = A cos( ω ) es erminísica. # Conínua o Disconínua (discrea) Cuando una señal iene, o pue ener, cualquier valor ampliud ( eje y ), aún nro un rango finio ampliud, para cualquier valor iempo, enonces se raa una señal coninua. En cambio, si la señal sólo pue ener algunos valores ampliud, aún nro un rango finio, o si sólo exise o iene valiz para algunos insanes en el iempo, cimos que es disconinua o discrea. # Análoga o Codificada Cuando los valores la señal f ( ) corresponn en forma proporcional a la canidad física que la señal elécrica represena, enonces se raa una señal. Si, en cambio, la forma una onda f ( ) es al que, sólo el conocimieno l código con el cual fue consruida nos da la información que ella represena. Se suele hablar una señal digial al caso en que la señal esá codificada en base a un código c

5 I - 5 dígios (números) binarios. Exisen códigos que no son binarios, como ambién exisen códigos que no son digiales (numéricos). 3.- ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE T.C. mi ( ) Transd. enrada fi ( ) ( ) φ i TRANSMISOR φ r ( ) RECEPTOR fo ( ) m Transd. salida o ( ) Canal comunicación SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES o Transducores: convieren mensajes señal elécrica o Transmisor: genera onda que coniene la información f ( ) y que es acuada al ipo canal. o Canal comunicación: adopa formas muy variadas. o Recepor: exrae la información conenida en la onda recibida regenerando la f ( ). Operaciones frecuenes en un sisema elecomunicaciones. Modulación Demodulación Amplificación Filraje Traslación (conversión) frecuencias: hacia arriba o hacia abajo Codificación Decodificación Aleraciones que puen ocurrir en un sisema elecomunicaciones Inerferencias Ruido Disorsión; por resricción BW, curva respuesa v/s frec. fecuosa, no linealidas, ec.

6 Configuraciones un sisema eleco: Sisema analógico T.C. para enviar señales s usando procesos análogos y méodos análogos modulación Sisema digial T.C. para enviar señales digiales usando procesos digiales y méodos digiales modulación. Sisema híbrido T.C. = Enrada salida analógica con sisema digial TC (requiere inercalar conversores A/D y D/A). = Enrada salida digial con sisema analógico TC (solución radicional requiere uso móms ) I - 6 Fuene información enrada Modulación CANAL sisema digial TC Demodulación salida Fuene Modulación información digial discrea enrada digial CANAL sisema híbrido TC Demodulación digial salida digial Fuene Muesreo información Cuanización Codificación enrada señal digial enrada Sisema digial T. C. señal digial salida Decodificación D A salida onda conínua modulación ( CLASES ) pulsos

7 Objeivos la Modulación adapar las caracerísicas la señal a las caracerísicas l canal. reducir ruido e inerferencia. enviar varias señales (mux) por un mismo canal. conrarresar limiaciones los equipos ec. Ejemplo específico: elemenos un sisema digial comunicaciones. I - 7 fuene información discrea codificador fuene codificador canal modulador sino secuencia símbolos codificador fuene secuencia binaria secuencia binaria codificador canal señal ruido modulador CANAL o La fuenes pue generar símbolos un alfabeo 27 leras más 5 oros caraceres; oal 32 (p. ej.) o Podríamos escoger un codificador 5 dígios binarios (5 [bis]) ya 5 que 2 = 32 cada combinación 5 "1` s " y "0` s " es un símbolo específico. Ese código es eficiene si odos los caraceres son equiprobables y esadísicamene inpendienes. En caso conrario, un código largo variable sería más eficiene. o El canal comunicación iene resricción BW. También es suscepible a conaminación por ruido elécrico cuya poencia N

8 I - 8 pue ser, o no, imporane según sea la poencia S la señal que, por el canal, lleva la información. La relación S N dará una ia los errores binarios que ocurrirán spués modular. o La codificación codificación canal permie realizar un conrol los errores, agregando bis redundancia en parones específicos. Así es posible, en el exremo recepor, ecar la exisencia bis erróneos e, incluso, corregir los bis erróneos.

9 ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DIGITAL DE TC I - 9 señal secuencia símbolos AD codif. fuene compresión compresión encripación codificación canal s oras fuenes MUX modulación código línea ransmisor señal secuencia símbolos DA codif fuene. expansión expansión señal binaria sencripación codificador canal error DEMUX hacia oros sinos señal modulación codif línea recepor. C AN A L

10 Codif. fuene: enrega señal binaria para cada símbolo según alfabeo, p. ej.: ASCII I - 10 AD: enrega señal binaria a parir muesras p. ej.: PCM, Ley A, CCITT. Compresión: écnica que persigue reducir la canidad bis y, por en, la velocidad binaria ransmisión, mediane la eliminación redundancia. Por ej.: redundancia enre muesras sucesivas como en DPCM o redundancia en el exo. Encripación: écnica orienada a alernar el orn y valor los bis según una clave. Codificación canal: mediane la adición bis redundanes generados sisemáicamene, permie verificar y, en lo posible, corregir errores en el lado recepor. MUX: muliplexor orienado a junar, ornadamene, varios flujos binarios en uno solo. Modulación: procedimieno sisemáico que alera una sinusoi mediane: ASK, FSK, PSK y varianes, o combinaciones ellas, a parir una señal binaria. Transmisor: efecúa raslación frecuencias, eleva nivel poencia, adapa impedancia, ec. Codificación línea: alernaiva para ransmiir la información binaria en banda base (sin raslación frecuencia); usado en disancias limiadas en medios meálicos.

11 I - 11 música voz vio fax ransmisíon daos eleipo elegrafía elecromedicina auomaismoindusrial meeorología SONIDOS IMÁGENES TEXTOS MISCELÁNEA modulación modulación muliplexación muliplexación digialización señales s procesamieno digial señales codificación : fuene, canal, linea ecualización, encripación aleaorización, ec. P R O C ES A M IE N T O FUENTES NORMAS APLICACIONES T R A N S MI S I O N Res servicioelefónico fijo Res servicioelefónico móvil Res compuadores, servicio ransm. daos,,. Enlaces fibra radio ec Serviciosradiodifusiónsonora,elevesiva, ec. líneas mealicas : coaxiales, paraleas, ec. guías onda fibras ópicas : aéreas, soerrada, submarina radioenlaces baja capacidad en : HF, VHF, ec. microondaserresres y saeliales ( gran capacidad)

12 4.- SEÑALES BINARIAS I - 12 Las señales binarias son, hoy día, las mayor inerés e imporancia. También se les suele llamar señales codificadas (que no es sinónimo binaria) o señales digiales (hay dígios que no son binarios). Una señal binaria (o bivalene) varía a lo largo l iempo ocupando sólo dos niveles volaje V 1 y V 2. Se dice que la señal es unipolar si V 1 es posiivo (o negaivo) y V2 0[ V ]. Es bipolar si V 1 es posiivo y V es negaivo (o viceversa) 2 V 1 V 1 V 2 τ τ V 2 τ τ Cada nivel la señal se asocia (según alguna norma) a cada valor l dígio binario (bi) por ej. V1 "1" yv2 "0". Si, en la figura arriba la secuencia, en el iempo, es: VVVVVVVVVV 2, 1, 2, 2, 1, 1, 1, 2, 1, 2,.,. enonces.. la información que la señal coniene será: Las señales binarias esán asociadas a algún código binario. Se puen disinguir dos siuaciones: Θ La fuene enrega la señal ya codificada, en un código fuene, como los códigos: ASCII, EBCDIC, BAUDOT, ec. El significado cada secuencia binaria se obiene inerpreando el código correspondiene. Θ La fuene enrega una señal analógica (voz, música, vio, ec.) que spués una conversión digial queda en forma binaria. Cada secuencia binaria represena los disinos valores que va eniendo la señal a lo largo l iempo.

13 La velocidad la señales binarias se expresa como rb [ bps ]: la canidad bis por segundo. En general para una señal que iene, o que pasa, por diversos esados a lo largo l iempo, y si τ es la duración l esado más breve (el menor duración) enonces, la velocidad esa señal es, en general: 1 v = [ bauds], velocidad un señal en general. τ Para el caso binario, la duración cada esado es la duración T b un bi; enonces se produce la coincincia que: τ = T b y v [bauds] = r b [bps] I - 13 El especro una señal binaria varía según como vaya ocurriendo la secuencia 1's y 0's. Se pue ener una ia general asimilándolo al caso un ren pulsos recangulares con T 2 0 1, 0,1, 0,1, 0,.... τ = ( ) La recepción una señal binaria supone el correco reconocimieno los dos esados, que corresponn al "1" y al "0". Ello se dificula si la señal llega alerada, al circuio ecor, bido a: disorsión, ruido e inerferencias. V 1 V 1 V 2 IN OUT ecor V 2 Para ese proceso reconocimieno o ección la señal binaria es imprescindible conar, en el exremo recepor, con una señal reloj, la cual be sincronizar el funcionamieno l ecor binario al mismo rimo o velocidad que la secuencia 1' sy0' srecibidas. En muchos

14 I - 14 casos, la señal reloj se exrae la misma señal binaria mediane circuios elecrónicos acuados. Si la señal esá muy alerada yo si el reloj no es el acuado, la señal obenida finalmene no corresponrá a la verdara secuencia ransmiida 1' sy0' s. Tenemos, por lo ano, errores binarios, o sea, errores en la información recuperada. Apunes: Profesor Raimundo Villarroel V. Ayudane Rodrigo Busos F. Año 2009.