REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

Transcripción

1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica TEMA I Introducción a las Comunicaciones Electronicas Vigencia Septiembre 2010 H. Romero

2 Sumario Elementos de un Sistema de Comunicaciones. Señales, Espectros y Filtros. Espectro Electromagnético y Bandas de Frecuencias. Longitud de Onda Teoría de Información. Modos de Transmisión. Clasificación de los diferentes tipos de ruido. Relación Señal a Ruido: S/N Factor de Ruido e Indice de Ruido. Cálculo de Decibeles. Clasificación de las Técnicas de Modulación.

3 Elementos de un Sistema de Comunicaciones Un sistema de comunicación, en forma general, está constituido por los siguientes elementos básicos:

4 Elementos de un Sistema de Comunicaciones FUENTE: Es el que origina el mensaje, -Voz humana. -Una imagen de televisión. -Un mensaje de texto. Simplemente datos. Esta se conoce como señal de Banda Base. TRANSMISOR: Convierte la señal de banda base en otra señal, con caracteristicas mas optimas para ser enviadas por el canal. F T Tx Rx

5 Elementos de un Sistema de Comunicaciones. CANAL DE COMUNICACIONES: Es el medio de transmisión: -Un alambre. -Un Cable Coaxial. -Guía de ondas. -Fibra óptica -Enlace de radio. RUIDO/INTERFERENCIAS: Son agentes extremos a nuestro sistema que añaden o modifican la información que se esta transmitiendo. Esto puede ser causado por los equipos utilizados, alambres, conductores, atmósfera, etc. Tx C R/I Rx

6 Elementos de un Sistema de Comunicaciones RECEPTOR: Procesa la señal proveniente del canal y lo transforma en banda base, intentando eliminar la interferencia o ruido introducido. R Tx Rx D DESTINATARIO: Es la unidad a la que se comunica el mensaje

7 Elementos de un Sistema de Comunicaciones Ejemplo de un Sistema de Comunicaciones

8 Señales Señales: Es la respuesta que tiene un sistema ante un estimulo externo. Ejemplos ESTIMULO SISTEMA RESPUESTA (Señal)

9 Ejemplo de Señales ESTIMULO SISTEMA RESPUESTA (Señal)

10 Espectro Espectro de Frecuencia: Las señales en el mundo de las comunicaciones, tiene un comportamiento que puede ser descritos en ecuaciones matemáticas usualmente existe en el dominio del tiempo, donde la variable independiente es t. Estas señales también tiene un comportamiento y ecuaciones en el dominio de la frecuencia, donde la variable independiente es f. El análisis espectral está basado en el uso de la Series y Transformadas de Fourier.

11 Filtros Filtros Electronicos Un filtro electrónico, es un elemento que discrimina una determinada frecuencia o gama de frecuencias de una señal eléctrica que pasa a través de él. Existen diferentes tipos de filtros, según los requerimientos necesarios.

12 Espectro Electromagnético Es la ubicación de todos los rangos de frecuencias de las diferentes señales, en un mismo sistema de referencia. Este puede subdividirse según su uso.

13 Espectro Electromagnético BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO RADIOELÉCTICO NOMBRE DE LA BANDA FRECUENCIAS LONGITUDES DE ONDA Banda VLF(Very Low Frequencies Frecuencias Muy Bajas) Banda LF(Low Frequencies Frecuencias Bajas) Banda MF(Medium Frequencies Frecuencias Medias) Banda HF(High Frequencies Frecuencias Altas) Banda VHF(Very High Frequencies Frecuencias Muy Altas) Banda UHF(Ultra High Frequencies Frecuencias Ultra Altas) Banda SHF(Super High Frequencies Frecuencias Super Altas) Banda EHF(Extremely High Frequencies Frecuencias Extremadamente Altas) 3 30 khz m khz m khz m 3 30 MHz m MHz 10 1 m MHz 1 m 10 cm 3 30 GHz 10 1 cm GHz 1 cm 1 mm

14 Longitud de Onda La longitud de onda de una onda describe cuán larga es la onda. La distancia existente entre dos crestas o valles consecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Se encuentra medida en metros λ = c f

15 Teoría de Información La información es, aquella que se produce en la fuente para ser transferida al usuario. La teoría de información es el estudio muy profundo del uso eficiente del ancho de banda para propagar información a través de sistemas electrónicos de comunicaciones. Ley de Hartley: I α B X t donde: I=Capacidad de Información B=Ancho de Banda (Hertz) t=tiempo de Transmisión (seg.) Esta ley no permite cuantificar la capacidad de información.

16 Teoría de Información Limite de Shannon de Capacidad de Información S I = B log N S I = 3,32B log N donde: I: capacidad de información [bits por segundo] B: ancho de banda [Hz] S/N: relación de potencia de señal a ruido [sin unidades] Esta expresión nos permite tener una idea de cuenta información puede ser transferida por un sistema en funcióndesu ancho de bandayla relación señal/ruido.

17 Modos de Transmisión La forma como se intercambia información entre emisor y receptor da como resultado cuatro formas generales de transmisión. Emisor Receptor

18 Modos de Transmisión Modos de Transmisión Simplex (SX). La transmisión solo puede ocurrir en un único sentido. Este sistema comprende un transmisor y un receptor sin que se pueda intercambiar estos roles. ORIGEN DESTINO Ejemplo: La radio comercial.

19 Modos de Transmisión Modos de Transmisión Half-duplex (HDX) Las transmisiones pueden ocurrir en ambas direcciones solo que no simultáneamente. ORIGEN DESTINO Ejemplo: Sistema de radios de comunicaciones portátiles.

20 Modos de Transmisión Modos de Transmisión Full-Duplex (FDX) Este tipo de transmisión permite el proceso de intercambio de información en ambos sentidos y simultáneamente. ORIGEN DESTINO Ejemplo: Sistema de comunicación telefónica.

21 El Ruido Se considera como ruido a todas las señales eléctricas no deseadas que provienen de una diversidad de fuentes. Clasificadas de manera general como interferencia hecha por el hombre o ruido que ocurre en forma natural.

22 Clasificación de los Ruidos Así tenemos la siguiente clasificación: Interferencia Hecha por el Hombre: - Otros sistemas de comunicación - Chispas de ignición en los automóviles - Zumbido de 60 Hertz de la red de alimentación - Interferencias de radio frecuencia Interferencias Naturales: - Disturbios atmosféricos - Radiación extraterrestre - Actividad solar.

23 Clasificación de los Ruidos Otro tipo de ruido existente es el denominado Ruido Térmico que es el voltaje de ruido debido al movimiento de partículas cargadas (por lo general electrones) en medios conductores. Matemáticamente la potencia del ruido térmico calcula bajo la ecuación: N = KT B Donde N es la potencia del ruido en wats B es el ancho de banda 23 K es la constante de Boltzman Joules x K T es la temperatura absoluta en grados Kelvin

24 Clasificación de los Ruidos Voltaje de ruido. La figura muestra el circuito equivalente de una fuente de ruido, donde su resistencia interna (R1) esta en serie con el voltaje rms de ruido (Vn). Para el pero de los casos R = R1, donde R es la resistencia de carga. Por tanto el Voltaje de Ruido se puede calcular, según la ecuación: R1 Vn R V = 4RKTB N Fuente de Ruido

25 Clasificación de los Ruidos Ruido Blanco Son tipos de fuentes de ruido Gaussiano y tienen una densidad espectral plana sobre un intervalo amplio de frecuencias. Tal espectro tiene todos los componentes de frecuencias en igual proporción y se le designa en forma correcta como ruido blanco por la analogía de la luz blanca.

26 Relación señal a Ruido (S/R) La relación señal ruido se denota como S/R e indica la cantidad de ruido que contiene una señal en cuestión. Está expresado en decibelios (db). Mientras más alto sea este valor, menor será la cantidad de ruido presente en la señal. S N R = S N

27 Factor de Ruido e Indice de Ruido El factor de ruido denotado como F y el índice de ruido, denotado como NF. Son índices que indican la degradación en la relación señal a ruido conforme la señal se propaga por un amplificador sencillo, una serie de amplificadores o un sistema de comunicaciones. El factor de ruido es la relación de S/N de entrada entre la relación S/N de salida. Esto es, el factor de ruido es una relación de relaciones.

28 Factor de Ruido e Indice de Ruido Matemáticamente se tiene: F = ( S / N ) i ( S / N ) o El índice de ruido es el factor de ruido expresado en db, es decir: NF (db) = 10log (F) NF(dB) = 10log ( S / N ) ( ) i S / N o

29 Qué son los Decibeles?

30 El Decibel Es una unidad logarítmica de medición usada para comparar dos niveles de potencia. Denotando con P r el nivel de referencia, el decibel (db) se define mediante la ecuación: db = 10log P P r donde P es una potencia conocida.

31 Cálculo de Decibeles Si se conoce la relación de potencias expresadas en decibeles. La razón de potencia puede hallarse del inverso de la ecuación anterior, esto es: db = 10log P P r P (db / 10 P r = 10 )

32 Cálculo de Decibeles. Los decibeles también se usan para indicar niveles de potencia absoluta. Para lo cual se agrega una tercera letra a la notación. Si el nivel de referencia P r es de 1 watt, la potencia P se expresa en decibeles por encima de un watt, denotado por dbw y se determina como: P d BW = 10log 1 0 P

33 Cálculo de Decibeles En caso que la señal de referencia sea de 1 mw, la potencia P se expresa en decibeles por encima de 1 miliwatt y se denota por dbm. Por otro lado, se sabe que: V 2 P= R Si sustituimos la potencia en nuestra ecuación de Decibeles, tenemos que la potencia en decibelios podemos calcularla como: db = 20log 1 0 V

34 Cálculo de Decibeles Convertir la siguiente relación de potencia a db : 4000 y 0,003. En ambos casos se conoce la relación de potencia, es decir: P P r P = 4000 y = 0,003 P r Si se aplica la ecuación original de decibel para ambos casos, se tiene: db = 10log 10 ( 4000 )= 36dB db = 10log 10 ( 0,003 ) = -25dB

35 Cálculo de Decibeles Se desea conocer el valor de potencia a partir del valor dado en db. Convertir a valores numéricos los siguientes valores en db: 29,3 db, -7dBW, 27 dbm En el primer caso se aplica la ecuación: para obtener: P (db / 10 P r P P r = 10 29,3 =10 10 = 851 )

36 Cálculo de Decibeles Para el segundo caso el valor en decibeles se encuentra dado con referencia a 1 watt, en este caso se aplica la ecuación para obtener: P dbw P d BW = 1 0lo g 1 0 P Pr 10log P = P watt = 7 P = = 0,2watt

37 Cálculo de Decibeles En el tercer caso el tratamiento es similar al segundo caso, solo que la referencia es respecto a 1 miliwatt. 27 P P dbm = 10log P= = 501miliwatt 1miliwatt

38 Tipos de Modulación La modulación puede ser clasificada en modulación digital y modulación analógica. Esta depende de la forma que tenga la señal que contiene la información: Analógica Digital ESTIMULO SISTEMA RESPUESTA (Señal) Según esto se puede hacer la siguiente clasificación: Modulación analógica y Modulación Digital.

39 Tipos de Modulación Modulación Analógica De onda continua PAM PWM De pulsos PPM TDM PCM Lineal AM Angular PM FM Digital ASK FSK PSK DPSK QAM

40 Actividades Realice una revisión del capitulo I del Tomasi Tarea Realizar los ejercicios 2, 3, 5 y 7 de la guía de ejercicios del blog. Para entregarse en la próxima clase escrita a mano.

41 Final del Tema 1