INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA. UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS.

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1 INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA. UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS. TEMA DE TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA, POR LA OPCIÓN DE TESIS COLECTIVA Y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL EMPLEO DE LA TECNOLOGIA DE ESPECTRO EXPANDIDO EN EL ANCHO DE BANDA DE 3 A 30 MHZ PRESENTAN: Juan Carlos Beerril Elías Moisés Ceballos Cortés JUNIO 2008 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

2 A MIS PADRES: En eterno agradeimiento por todos los dones que me dieron para lograr mis objetivos, así omo los prinipios inulados que me inspiraron a tener ideales ennobleedores y su onfianza sinera que me dio fuerza para realizar planes. A MIS AMIGOS: Por su amistad y apoyo que me brindaron A MIS PROFESORES: Por la dediaión en su enseñanza y por la experienia ompartida, prinipios eseniales para todo profesional. los uales son Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

3 INDICE PAG OBJETIVO, HIPÓTESIS, JUSTIFICACIÓN 1 INTRODUCCIÓN. 2 CAPITULO 1. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL COMUNICACIÓN INFORMACIÓN SEÑAL ELECTRICA SEÑALES DE ENERGIA, SEÑALES DE POTENCIA SEÑALES PERIODICAS Y NO PERIODICAS ALEATORIAS, DETERMINISTICAS SEÑAL DIGITAL VENTAJAS DE LAS SEÑALES DIGITALES CONVERSIÓN ANALÓGICO DIGITAL SISTEMAS CODIFICADOS Y NO CODIFICADOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL MODULACIÓN MODULACIÓN ANALOGICA AMPLITUD MODULADA MODULACIÓN EN FRECUENCIA MODULACIÓN DIGITAL RADIO DIGITAL MODULACIÓN POR DESVIACIÓN DE FRECUENCIA (FSK) TRANSMISIÓN FSK CODIFICACIÓN CODIFICADOR CODIFICACIÓN PARA COMUNICACIÓN CONFIABLE. 19 CAPITULO 2 CANAL INALAMBRICO DEFINICIÓN DE CANAL INALAMBRICO RANGO DE ESPECTRO ELECTROMAGNETICO ÚTILES PARA EL ESTUDIO MOCROONDAS TERRESTRES DESCRIPCIONES FISICAS APLICACIONES CARACTERISTICAS DE TRANSMISIÓN ONDAS DE RADIO DESCRIPCIONES FISICAS APLICACIONES. 21 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

4 2.3.3 CARACTERISTICAS DE TRANSMISIÓN INFRAROJOS TIPOS DE PROPAGACIÓN INALAMBRICAS FIJA PROPAGACIÓN SUPERFICIAL PROPAGACIÓN AEREA DE ONDAS PROPAGACIÓN DE LA TRAYECTORIA VISUAL FENÓMENOS QUE INFLUYEN EN LA TRANSMISIÓN DE LA TRAYECTORIA VISUAL PERDIDA EN EL ESPACIO LIBRE ADSORCIÓN ATMOSFERICA MULTITRAYECTORIA REFRACCIÓN EFECTOS DE PROPAGACIÓN EN RADIO MOVIL POTENICA DE LA SEÑAL DESVANECIMIENTO EN ENTORNOS MOVILES DIFRACCIÓN DISPERSIÓN REFLEXIÓN EFECTOS MULTITRAYECTORIA TIPOS DE DESVANECIMIENTO MECANISMO PARA COMPENSAR ERRORES. 31 CAPITULO 3 FACTORES INVOLUCRADOS EN LA TRANSMISIÓN DE CANAL INALÁMBRICO CONCEPTOS DE BÁSICOS DE LA TRANSMISIÓN DE DATOS CAPACIDAD DE CANAL ANCHO DE BANDA DE NYQUIST FORMULA PARA LA CAPACIDAD DE SHANNON EL COCIENTE E B /N DIFICULTADES TIPICAS EN LA TRANSMISIÓN ATENUACIÓN DISTORSIÓN DE RETARDO RUIDO Y TIPOS DE RUIDO CONCEPTOS BASICOS DE UN RECEPTOR/TRANSMISOR EN UN CANAL INALAMBRICO ANTENAS ANTENA ISOTOPICA VARIABLES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UNA ANTENA RECEPTOR/TRANSMISOR. 39 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

5 3.9.1 GANANCIA DE UNA ANTENA MODELO DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN DEFICICIÓN DE SISTEMA DE COMUNICACIÓN INALAMBRICA ELEMENTOS DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN INALAMBRICA TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN DIGITAL SOBRE UN CANAL INALAMBRICO MODELO DE COMUNICACIÓN INALAMBRICA CON PROBLEMAS MÁS COMUNES EN EL MEDIO DE TRANSMISIÓN INALAMBRICO. 43 CAPITULO 4 ESPECTRO EXPANDIDO DESCRIPCIÓN FUNDAMENTAL DEL ESPECTRO EXPANDIDO CONCEPTOS SECUENCIA PSEUDOALEATORIA CON MÁXIMA LONGITUD ESPECTRO EXPANDIDO EN SECUENCIA DIRECTA ANALISIS EN BANDA DE PASO ESPACIO DE SEÑAL Y GANANCIA PROBABILIDAD DE ERROR ESPECTRO EXPANDIDO POR SALTO DE FRECUENCIA (FHS FRECUENCY HOPPING SYSTEM) DESCRIPCIÓN DEL MODELO FHSS USANDO MFSK ANALISIS DE PRESTACIONES APLICACIONES DEL ESPECTRO EXPANDIDO ACCESO MULTIPLE POR DIVISIÓN DE CODIGO (CDMA) CDMA PARA SS DE SALTO DE FRECUENCIA APLICACIONES TECNOLOGICAS DEL ESPECTRO EXPANDIDO APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA CDMA VENTAJAS DE WLANS SOBRE LAS REDES ALÁMBRICAS, ORGANISMOS Y TECNOLOGÍAS SEGURIDAD EN REDES SEGURIDAD SEGURIDAD INFORMATICA ANALISIS DE RIESGOS POLITICA DE SEGURIDAD TECNICAS DE ASEGURAMIENTO DEL SISTEMA SERVICIOS Y MECANISMOS DE SEGURIDAD. 72 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

6 GESTION DE CLAVES SUPRESIÓN DE EL EFECTO DE MULTITRAYECTORIA. 74 CAPITULO 5 COMPARACIÓN DE TECNOLOGIAS EQUIVALENTES COMPARATIVAS DE TECNOLOGÍAS SUSTITUTAS EJERCICIO DE REVICIÓN DE CAPACIDADES TECNOLÓGICAS DEL IPN ESIME ESTUDIO DE PATENTES ANALISIS DE PATENTES DE RESIDENTES Y NO RESIDENTES MODELO DE BELL Y PAVIT DE CAPACIDADES TECNOLÓGICAS APLICADO AL PROTOCOLO DE RED INALAMBRICA CON ESPECTRO EXPANDIDO LA VIGILANCIA Y SUS ESPECIFICACIONES EL BENCHMARKING HERRAMIENTA DE LA IC ANÁLISIS DEL ENTORNO NACIONAL EN LA ESPECIALIDAD DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS. 85 CONCLUSIONES 95 GLOSARIO 97 BIBLIOGRAFIA 98 ANEXO 1: INTEGRACIÓN DEL SISTEMA A UN ENTORNO DE REDES 102 ANEXO 2: PROTOCOLOS UTILES EN LA INTERCONEXIÓN DE REDES 113 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

7 Objetivo: Identifiar el estado del arte, los elementos, y las tendenias de posibles proyetos de apliaión inalámbria a partir de entender sus problemátias y los posibles nihos de desarrollo. Busando generar una guía que sirva para entender la neesidad de aprovehar las apaidades tenológias en tenologías de espetro expandido dentro del país. Hipótesis Existe un niho de oportunidad en la apliaión del espetro expandido para tenologías de omuniaión inalámbria no utilizado dentro del país. Justifiaión Las tenologías inalámbrias representan una ventaja en versatilidad, tiempo de instalaión y flexibilidad, para diversas apliaiones de ontrol de sistemas, manejo de informaión y omuniaión entre sistemas. Una adeuada revisión de ellas puede enontrar nihos de oportunidad, además de iniiativas para su posible explotaión. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

8 INTRODUCCIÓN En el presente trabajo desarrollamos un estudio que pretende identifiar elementos neesarios para onformar un proeso de transmisión de datos a través de la ténia del espetro expandido para busar onsolidar a mediano plazo proyetos a partir de los puntos sobresalientes del estado del arte de la tenología inalámbria itados en este trabajo. Si en un iniio este estudio es austero, es debido a que se trata de inorporar las bases neesarias para que en posteriores estudios se tenga la opión de desarrollar plataformas de omuniaiones que permitan diseños tenológios de ontrol, manejo de datos, voz y video, on tenologías propias, lo ual permite una disminuión de los ostos de transferenia tenológia. Nuestra tesis está desarrollada en tres partes prinipales, en primer lugar realizamos un análisis oneptual de las omuniaiones digitales. En segundo lugar desglosamos los detalles del anal inalámbrio on sus problemas y los elementos que lo onforman, para introduir la tenología de espetro expandido omo una opión para atenuar los problemas de este anal. Por último en el apítulo 4 desarrollamos una extensa expliaión del espetro expandido y en apitulo 5 estableemos una omparativa de las virtudes del espetro expendido en ontraposiión on otras tenologías, omparativa itada dentro de nuestras investigaiones, además de inorporar el análisis un modelo de desarrollo de apaidades tenológias útil en la implementaión de esta tenología de auerdo a los riterios de Pavitt (1992) [8], haemos una exploraión de las ondiiones de reimiento del merado de las omuniaiones inalámbrias, onsideramos esto omo un muy buen argumento para justifiar desarrollos de esta área. El estudio está diseñado desde un panorama amplio que permite observar los prinipales argumentos y virtudes del espetro expandido sobre otras tenologías, además, también no podemos haer a un lado la integraión de sistemas, razón por la que inluimos un anexo donde se resumen las prinipales onfiguraiones de red, las uales onsideramos de gran importania para la realizaión de nuevos proyetos. Además se deben de onsiderar los estándares estableidos para el diseño y manejo del espetro expandido y de las omuniaiones en redes, por lo que también añadimos una breve expliaión de los protoolos TCP/IP dentro del anexo 2. La prinipal justifiaión de nuestro trabajo lo enontramos en la enorme disparidad de ompetenia existente entre el merado de pequeñas empresas internaional y el naional. El primero tiene aeso a soluiones tenológias de primer mundo, mientras que el osto de adquisiión tenológia de las empresas del país es elevado y no pasa de las etapas de adquisiión de tenología y apliaión de usuario final, esto resulta ser uno de los motivos por el que nuestro país depende en gran medida de países que dan el salto de la simple utilizaión tenológia omo usuarios finales a la adquisiión de tenología para su posterior integraión de apaidades tenológias de la empresa y por naión. Tratando de no dejar de lado este punto importante para el desarrollo tenológio, haemos énfasis en el apitulo ino de nuestro trabajo en el modelo de adquisiión de apaidades tenológias de Bell y Pavitt (1992) donde se abordan las etapas que debe seguir una aumulaión de onoimiento para onvertirse en una apaidad de produión útil para empresas naionales de todo tipo. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

9 CAPITULO 1 En este primer apítulo abordamos los oneptos generales útiles para las omuniaiones. Pretendemos on ello generar un doumento laro que sirva omo referenia para sustentar posibles proyetos futuros donde se trabaje on grupos de desarrollo espeializados en atividades de ingeniería inalámbria y on otros proyetos relaionados a la interonetividad de sistemas, entendemos la omplejidad de los proyetos de ingeniería, es por ello que empezamos justifiando oneptos básios que reafirmen las estruturas de desarrollo tenológio futuro. Sistemas de Comuniaión Digital En el desarrollo de toda soiedad difíilmente se puede negar la importania que juegan las omuniaiones en los ámbitos de la eonomía, polítia y soiedad. Toda la estrutura finaniera, administrativa, industrial, omerial y de serviios entre otros, de una naión se sustenta en las redes de omuniaiones. Las redes de omuniaiones de todo el mundo están onstituidas por gran variedad de sistemas de omuniaión, omo la telefonía, radiodifusión, televisoras, miroondas entre otros, en los que se emplean ténias diversas que van desde la transmisión de orriente ontinua modulada en un mirófono hasta las sofistiadas ténias de transmisión vía satélite, los fenómenos, proesos y prinipios que existen detrás de todos estos sistemas, así omo la tenología haen de las omuniaiones elétrias un ampo interesante en la atividad humana. El estudio de las omuniaiones se sitúa en la transmisión de informaión a través de distanias relativamente largas. El empleo de señales elétrias ha reemplazado asi ompletamente a todas las otras formas de transmisión de informaión a largas distanias. Esto se debe, prinipalmente, a que las señales elétrias son relativamente fáiles de ontrolar y viajan on veloidades omo la de la luz o eranas. Para largas distanias, pues, es apropiado el estudio de las omuniaiones a través de señales elétrias. El elemento esenial en los sistemas de omuniaiones, es la informaión y el objetivo de todos ellos es su transmisión. 1.1 COMUNICACIÓN La omuniaión es el proeso en el ual se transfiere informaión desde un punto llamado transmisor o fuente hasta otro punto llamado reeptor o destino. El termino omuniaión implia reiproidad en el proeso, y por lo tanto se requiere la transferenia de informaión en el otro sentido para onfigurar un verdadero anal de omuniaión. 1.2 INFORMACIÓN La interpretaión omún del término informaión es la de algo que proporiona ierto onoimiento o tiene algún signifiado, en omuniaiones el onepto de informaión se define en forma matemátia preisa y onstituye una antidad medible. La antidad medible C de informaión (o apaidad de anal) se exprese mediante la euaión de Shannon: S C = B log 2 ( 1+ ) N Bit Seg B S N es el anho de banda del anal (en Hz). es la relaión señal a ruido. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

10 La transmisión de informaión mediante un sistema elétrio de omuniaiones se hae utilizando señales elétrias, para la transmisión de informaión se neesita que las señales varíen en el tiempo. 1.3 SEÑAL ELECTRICA. Para que un sistema elétrio de omuniaiones pueda transmitir apropiadamente los mensajes (manifestaión físia de los mensajes), se requiere que estos adopten la forma elétria. Cuando la fuente de informaión entrega mensajes no elétrios se requiere el transdutor adeuado para onvertir el mensaje en señal; es deir una antidad elétria análoga o equivalente a la forma original del mensaje. Esta antidad elétria puede ser voltaje o orriente que se adaptan mejor, por su failidad de ontrol y alta veloidad de desplazamiento, a las operaiones que el mensaje debe sufrir en el sistema para su transmisión. En el extremo reeptor se requiere otro transdutor para regresar la señal a la forma original del mensaje. Definimos omo señal la manifestaión elétria de la informaión, es una antidad elétria, omo voltaje o orriente, que onstituye la analogía elétria del mensaje que se desea transmitir. El mejor método de representaión de señales en una situaión dada, depende del tipo de señal que se onsidere Señales de energía, señales de potenia. Una señal de energía es una señal en forma de pulso que normalmente existe sólo durante un intervalo finito de tiempo o, si está presente por un lapso infinito tiene, al menos, la mayor parte de su energía onentrada en un intervalo finito de tiempo. Para los sistemas elétrios, una señal es un voltaje o una orriente. La potenia instantánea disipada por un voltaje e(t) en una resistenia R es Y por una orriente i(t) 2 ( t) R p = e / Watts. P 2 ( t) R = i Watts. En ada aso, la potenia instantánea es proporional a la magnitud de la señal, al uadrado. Para una resistenia de un ohm, estas euaiones toman la misma forma, por lo que es usual, en el análisis de señales, referirse a la potenia instantánea asoiada on una señal dada f(t) omo ( t) 2 P = f Watts. Aunque esta euaión puede no pareer dimensionalmente orreta, la onvenión implia la multipliaión o división por una resistenia adeuada. De auerdo on esta onvenión, la energía disipada por la señal durante un intervalo de tiempo ( ) 1, t 2 t es E t = 2 t 1 f 2 ( t) dt Joules. Se define omo una señal de energía aquella para al ual la euaión (5) es finita, aun uando el intervalo de tiempo sea infinito; esto es, uando Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

11 f 2 ( t) dt En la figura 1.1 se muestran dos ejemplos. t t (a) Pulso retangular (b) Senoide Figura 1.1 señales de energía: a) pulso retangular, b) senoide. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 La potenia media disipada por la señal f ( t) durante el intervalo de tiempo ( ) t 1,t 2 es P = ( t t ) t2 t 1 f 2 ( t) dt Si el término de la dereha de la euaión (7) se mantiene finito pero no ero uando el intervalo de tiempo es infinito, es deir, 1 T 0 Lim T T 2 T 2 f 2 ( t) dt la señal f ( t) tiene potenia media finita y se llama señal de potenia Señales Periódias y no periódias. Una señal periódia es la que se repite exatamente a si misma después de un lapso fijo. Por lo f t es periódia si existe un número T tal que: tanto, la señal ( ) f ( t T ) f ( t ) + Para toda t El menor número positivo T que satisfaga la euaión (9) se llama periodo. El periodo define la duraión de un ilo ompleto de f ( t). Una señal periódia es una señal de potenia si su energía por ilo es finita, y entones la potenia media sólo neesita alularse en un ilo ompleto. Cualquier señal para la que no exista un valor de T que satisfaga la euaión (9), se die que no es periódia Aleatorias, deterministias. Una señal aleatoria es sobre la que hay algún grado de inertidumbre antes que ourra realmente. Esta señal puede onsiderarse perteneiente a un onjunto de señales, todas ellas diferentes. Si se elije una de estas señales, podría sueder que estuviera bastante bien definida omo, por ejemplo, una sinusoidal de freuenia fija pero uya fase de iniio es inierta. Sin embargo, si se eligiera una segunda sinusoidal de este onjunto, no podrías asegurarse que tienen la misma fase de iniio. En otros asos los valores futuros de la señal puede no ser predeible aún después de la observaión de Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

12 valores pasados. Un ejemplo de señal aleatoria es la salida de un reeptor de radio uando, al sintonizarlo, responde a ruido proveniente de alteraiones atmosférias y de sus iruitos internos. Una señal no aleatoria o deterministia es aquella sobre uyos valores no existe inertidumbre. En asi todos los asos, pueden esribirse una expresión matemátia explíita para tales señales Señal digital. Cuando la informaión es disreta y se onvierte a energía elétria (odifiaión) la señal que se obtiene también es de naturaleza disreta, la onda elétria que se produe es disontinua, la informaión disreta se puede transmitir mediante un pulso de amplitud distinta para ada símbolo. Otra forma de onvertir informaión disreta a la forma elétria es utilizando el ódigo binario para formar un grupo de pulsos que represente a ada símbolo en lugar de un pulso distinto para ada símbolo. Por ejemplo, supóngase que se requiere transmitir los símbolos A, B, C y D. Para la onversión de estos símbolos, asignamos un número del sistema binario a ada símbolo:. Intensidad de orriente A/2 A=00, B=01, C=10 y D= t A B C D Figura 1.2 Señal digital binaria. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 La señal que orresponde a los símbolos es la de la figura 1.2. Esta señal es Digital, se trata de una señal disreta a base de pulsos binarios que porta la informaión en el ódigo del patrón de ada símbolo. En general una señal digital es una señal disreta a base de pulsos digitales agrupados on base en un sistema de ódigo. Un pulso digital es aquél que es apaz de adoptar uno de sólo un número finito de posibles valores. Si en lugar de que los pulsos binarios de la figura 1.2 adopten el valor ero o A/2 se hae que tomen los valores A/2 y A/2 para 0 y 1 respetivamente, se obtiene un a señal digital binaria bipolar (figura 1.3a).En ontraste la figura 1.3b ilustra la forma típia de una señal analógia; omo sabemos, esta señal se arateriza por ser ontinua, pose un número infinito de valores de amplitud y se rige por dos variables ontinuas, la amplitud y el tiempo. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

13 Intensidad De orriente A/ A/2 a) Intensidad de orriente b) Figura 1.3 Señales típias. A) Digital, b) analógia. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 En la señal digital binaria ada uno de sus pulsos (digito) puede asumir uno de sólo dos posibles valores de amplitud (pulso o dígitos binarios), y es equivalente a uno de los dígitos del sistema binario. El envío de señales de este tipo a través de redes digitales se onoe omo transmisión digital. La señal digital de la figura 1.3a también se onoe omo señal de datos, que es el nombre que se da a la informaión que se almaena y proesa en las omputadoras. La figura 1.4 ilustra otros dos tipos de señales digitales: la bipolar on retorno a ero y la bipolar de uatro niveles. A 0 -A A A/2 -A/2 -A a b) Figura 1.4 Señales digitales: a) bipolar on retorno a ero, b) bipolar de uatro niveles. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

14 1.3.5 Ventajas de las señales digitales. Las señales digitales son fáiles de generar y regenerar y son fáiles de detetar. Lo primero permite la onstruión senilla y eonómia del transmisor y, además, permite el empleo de repetidores regenerativos que son dispositivos apaes de limpiar de ruido las señales digitales. Estos regeneradores se insertan a determinada distania en el enlae digital, reiben una señal ontaminada por ruido, se lo quitan virtualmente y entregan a su salida una nueva señal digital totalmente libre de ruido (véase la figura 1.5). Esta es la araterístia típia de los sistemas digitales de omuniaión que los vuelve invulnerables al ruido y hae que la distania deje de ser una limitante, la onstruión senilla y eonómia del reeptor, onsigue además, una operaión altamente onfiable del mismo. Siendo los pulsos de la señal digital más fáiles de detetar, habrá una probabilidad menor de que el reeptor onfunda un pulso por otro y entregue un dato erróneo. Como la naturaleza del ruido es similar a las de las señales analógias, uando el ruido se mezla on una señal analógia es imposible separarlos por lo que la distorsión de las señales es inevitable en la transmisión analógia, de esta manera la distania a la ual se puede transmitir un mensaje analógio depende de la potenia del transmisor Regenerador Digital Figura 1.5 Regeneraión de señales digitales. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 La tenología que se emplea en los sistemas de omuniaión también presenta una serie de benefiios. Por ejemplo, los sistemas digitales son ada vez más eonómios que los analógios debido a que los ostos de fabriaión de los iruitos digitales se reduen de manera importante on el tiempo. Así las señales digitales omo la tenología digital permiten obtener las prinipales ventajas de la omuniaión: 1. Niveles de Ruido y distorsión bajos. 2. Regeneradores que eliminan el ruido. 3. Uso de Miroproesadores, onmutaión digital y iruitos integrados a gran esala Conversión analógio digital. La señal analógia es ontinua en tiempo y amplitud dentro de un intervalo pequeño de tiempo y su amplitud se arateriza por un número infinito de valores finitos, por otra parte la señal digital es disreta y su transmisión es de un número finito de valores de la señal. La transmisión digital se requiere que el mensaje se onvierta en señal elétria y posteriormente en forma digital, y para la digitalizaión es neesario realizar la disretizaión de ella, on el muestreo de la señal y el proeso de uantifiaión. El muestreo manejara valores de la señal que orresponden a instantes aislados de tiempo (figura 1.6a). Las muestras que resultan de este proeso son analógias (MAP) ya que la amplitud puede adoptar un número infinito de posibles valores de alturas, el proeso de uantifiaión sustituye este número infinito por un número finito de muestras, esto es la disretizaión en amplitud. (Figura 1.6b) Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

15 mp mp t -mp 1 2B seg -mp a) Figura 1.6 Muestreo y uantifiaión de una señal. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones SISTEMAS CODIFICADOS Y NO CODIFICADOS Una vez que la muestra analógia se disretiza en amplitud (se uantifia), en los sistemas odifiados se onvierte a muestra digital o odifiada. Esta onversión se onsigue reemplazando la muestra uantifiada por un grupo odifiado de pulsos digitales, un pulso digital es aquel que puede adoptar alguno de un número finito de estados o valores disretos. El pulso binario es aquel que adopta uno de solo dos valores. El pulso binario se onoe también omo dígito binario o bit. Los sistemas de transmisión no odifiados manejan muestras analógias sin odifiar y, en onseuenia, emplean un número muy grande de formas de onda (amplitudes) para transmitir la informaión. Cada altura de pulso, según se trate del sistema, MDP o MPP respetivamente, que son sistemas no odifiados. El teorema de muestreo de Nyquist establee que si la señal de informaión es de espetro limitado a B Hz, entones sus muestras ontendrán toda la informaión de la señal siempre que se tome a una veloidad no menor a 2B muestras/segundo. Este postulado signifia que para transmitir la informaión de una señal ontinua sólo hay que transmitir sus muestras tomadas a la razón de Nyquist. Sin embargo, las amplitudes de las muestras no son aun digitales pues se enuentran dentro de un rango ontinuo y pueden tomar uno ualquiera del número infinito de valores del rango, la uantifiaión resuelve este problema. En el proeso de la uantifiaión, el rango de amplitud de la señal (de m p a m p de la Figura 1.6) se subdivide en L intervalos de uantifiaión, ada uno de magnitud υ = 2m p / L. El punto medio de ada intervalo se onoe omo nivel de uantifiaión. (L niveles). La uantifiaión onsiste en asignarle el mismo nivel de uantifiaión a todas las muestras uyo valor ae en el intervalo de uantifiaión orrespondiente, la uantifiaión aproxima el valor de la muestra al nivel de uantifiaión del intervalo en el ual se enuentra el valor de la muestra. Cada muestra queda asi representada por alguno de los L números. La señal uantifiada es una aproximaión de la señal original, aproximaión que se puede mejorar tanto omo se desee mediante el inremento del número L de niveles de uantifiaión, para la omuniaión telefónia, por ejemplo, el valor prátio para L es 128 a 256. La transmisión de una muestra uantifiada, que puede adoptar ualquiera de L valores posibles, requiere L formas de onda distintas, ada una de duraión T 0. Este onjunto de ondas se puede onstruir on base en el pulso retangular p(t) de amplitud A/2 de la figura 1.7 on sus múltiplos, el grupo de pulsos de amplitud ± A, ± 3A, ± 5A,... ± ( L 1 ) A ; ada pulso de una muestra uantifiada de amplitud espeifia. b) Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

16 p(t) A/2 T 0 Figura 1.7 Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 Digito Equivalente Binario Forma de onda de ódigo de pulso Figura. 1.8 Codifiaión Binaria, Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 1 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

17 1.5 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL. La omuniaión digital es la transmisión de informaión por medio de señales y sistemas digitales, un sistema digital puede adoptar diferentes onfiguraiones de auerdo on la on la fuente de informaión y el anal de transmisión, por ejemplo, si la fuente genera informaión digital y el anal es analógio se neesita la onfiguraión del siguiente sistema (Figura 1.9) Fuente Digital Modulador Tx Rx Demodu- Lador detetor Destino Portadora Canal analógio Figura 1.9 Transmisión de informaión digital sobre un anal analógio. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 En este sistema el modulador (parte transmisora de un módem) onvierte las señales digitales a la forma apropiada (analógia) para su transmisión sobre un anal analógio. Este elemento es neesario uando el anal, de los sistemas, es analógio. En el extremo distante del sistema el demodulador (parte transmisora del módem) onvierte la señal analógia en digital y el detetor de nivel genera un pulso de valor positivo uando la señal de salida del demodulador sea mayor que ierto valor de umbral y genera un pulso de valor negativo uando la señal del demodulador sea menor que ese nivel, la señal que entrega el detetor es la réplia exata de la señal digital que se transmitió. Es evidente que esta onfiguraión esta por desapareer debido a la digitalizaión de las redes pues el anal que inluyen los sistemas de transmisión son digitales, bajo esta ondiión el modem ya no son neesarios en la figura 1.10 se muestra la onfiguraión de un sistema digital, base de las omuniaiones modernas. Fuente digital Destino Figura 1.10 Sistema ompletamente Digital. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones MODULACIÓN La omuniaión digital tiene su origen en el telégrafo, en El mensaje al ser enviado, origina una fuente analógia o digital. La modulaión analógia se divide en dos seiones; modulaión en amplitud (AM) y la modulaión en freuenia (FM). Dentro de la modulaión digital existen varias ténias para transmitir los datos de manera digital: Desplazamiento de Fase Binaria (BPSK), Desplazamiento en Fase Cuaternaria (QPSK), Desplazamiento en Freuenia (FSK), entre otras para omprensión de nuestro estudio de Espetro expandido solo estudiaremos las ténias arriba desritas. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

18 1.6.1 Modulaión analógia El empleo de portadoras moduladas en un anal inalámbrio de omuniaión tiene omo objetivo failitar la propagaión en el anal e inrementar la antidad de informaión transmitida Amplitud Modulada La AM uenta on un anho de banda de MHz que se enuentra entre 535 khz y 1606 khz, su longitud de onda va desde 550 mts a 186 mts. La banda se subdivide en sub-bandas on un anho de banda de ada una de estas de 10 khz y un inremento de longitud de onda de 3.49 mts. AM uenta on una portadora en donde se monta la informaión on su respetiva amplitud para poder radiarla al espaio expresada por: e ( t ) = A Cos ( 2 π f t ) Donde A es la amplitud de la portadora, f es la freuenia de la portadora y t es el tiempo. Al ombinarla on una señal de informaión se tendrá a la salida de una portadora, la ual estará variando en su amplitud lo ual podemos ver en el siguiente figura. e ( t ) A Cos ( 2π f t ) 0 = Amplitud modulada ( t) = [ A + A Cos( 2πf t ) ][ Cos( 2πf t ) ] m m Donde Figura 1.11 portadora AM a la salida del sistema. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 A es la amplitud de portadora y e m ( t ) = A Cos ( 2πf t ) m A m es la amplitud de la señal modulante. La modulaión resulta de las dos señales. AM uenta on un anho de banda de 2 f m,la figura 1.12 ilustra la señal modulante y la portadora al pasar por el generador de señales de AM. m Señal Modulante ( ) t e m Portadora e ( t) Onda Modulada e ( t) Figura 1.12 Esquema de AM Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 AM onsiste prinipalmente en ambiar la amplitud de una portadora de informaión on una freuenia relativamente alta de auerdo a la señal modulante. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

19 1.6.3 Modulaión en freuenia. FM tiene una freuenia de trabajo que va de 88.1 MHz a 107.9MHz y una longitud de onda que baria entre 3.5 mts a 2.5 mts, esta freuenia es dividida en sub-bandas y ada una de ellas tiene un anho de banda de 200 khz. Su longitud de onda va inrementada en 81mm por ada sub-portadora, donde se tuene un total de 98 anales para su transmisión dentro del espetro eletromagnétio. La modulaión FM onsiste en variar la freuenia de la onda portadora de auerdo on la intensidad de la onda de informaión. La amplitud de la onda modulada es onstante al igual que la de la onda portadora. FM utiliza un osilador ontrolado por voltaje (VCO) para orrelaionar la portadora en el que se transmiten los datos y la señal modulante. Al apliar un voltaje externo a este dispositivo el efeto es que la freuenia entral del VCO es desplazada en mayor o menor proporión, La figura 1.13 muestran las etapas en un sistema de modulaión FM. S m ( t) = V Cosω t 0 m VCO K S FM ( t) = V Cosθ ( t) S ( t ) = V Cos ω t Figura 1.13 etapas en un sistema de modulaión FM. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 Donde V es el voltaje de la portadora, V 0 es el voltaje de la señal de entrada y ω es la freuenia de la señal portadora. Gráfiamente, al momento de generar la modulaión su portadora así omo la forma de onda que lleva su señal de salida van osilando on mayor o menor freuenia, omo se muestra a ontinuaión: Señal de entrada Portadora FM Figura 1.14 Esquema de FM Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 Las interferenias que alteran la amplitud de la onda no afeta a la informaión transmitida en FM, puesto que la informaión se extrae de la variaión de freuenia y no de la amplitud, que es onstante, por lo tanto, la alidad de sonido o imagen es mayor. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

20 1.6.4 Modulaión digital. La transmisión digital se enarga del envío de informaión mediante la utilizaión de pulsos digitales que se transmiten a través de un medio alambrio o inalámbrio, sin embargo si el únio anal que se dispone para la transmisión de señales digitales es un anal de radio, entones se debe haer que las señales se modulen a una portadora de radiofreuenia on el objetivo de aoplarlas al anal para su transmisión efiientes. Con la modulaión es posible situar el rango de freuenias de la señal digital dentro del rango partiular de freuenias que el anal aepta. Así el termino modulaión digital se refiere al proeso de modulaión en el que una portadora analógia es modulada por una señal digital de banda base. El proeso se emplea en el sistema de radio digital (miroondas digitales) para el envío de informaión entre dos puntos enlazados a través del espaio atmosfério. Entradas Salidas Modulaión digital Modulaión analogia A/D Terminal Digital Espaió atmosfério Terminal Digital D/A Digital analogia Figura 1.15 Transmisión Digital: Radio Digital. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones Radio Digital. Los sistemas de miroondas (o de radio transmisión) son sistemas de gran anho de banda que sirve para transmitir a larga distania gran antidad de informaión, fundamentalmente estos sistemas han sido analógios, pero se está proesando su digitalizaión. El radio digital emplea portadoras analógias, en esenia existen tres ténias de modulaión digital que se emplean en los radios digitales: 1. La modulaión por desviaión de freuenia (FSK). 2. La modulaión por desviaión de fase (PSK). 3. La modulaión de amplitud de uadratura. Para efeto de la investigaión y omo herramienta de la misma se expliara solamente la modulaión por desviaión de freuenia Modulaión por desviaión de freuenia (FSK). La FSK es una ténia de modulaión digital que puede onsiderarse omo una forma de modulaión en ángulo on envolvente onstante donde la moduladora es un tren de pulsos binarios on amplitud que varía entre dos niveles disretos de voltaje, en lugar de una onda on variaión ontinua. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

21 La expresión general para la señal FSK binaria es: Donde: m ( t ) ( t ) sm ω = A os ω + t 2 ( t) = m Onda FSK binaria. A = Amplitud pio de la portadora sin modular. ω = Freuenia en radianes/seg. de la portadora. s m ( t) = Señal modulante digital binaria. ω = Cambia de freuenia en la salida. En esta euaión FSK binario la amplitud A de la portadora se mantiene onstante on la modulaión pero la freuenia ω de la portadora ambia en la antidad ± ω / 2, este ambio de freuenia es proporional a la amplitud y polaridad de la moduladora binaria, si el uno binario es +1 ω Volt y el ero binario es -1Volt se produen los ambios de freuenia de + ω 2 y. 2 La veloidad a la que ambia la freuenia de la portadora es igual a la veloidad de ambio de la s m t (taza de bit de entrada), la freuenia de la portadora de salida se señal binaria de entrada ( ) ω desvía entre ω + 2 y Transmisión FSK. ω ω a la veloidad de m 2 f. El FSK binario la freuenia de la portadora se desvía en funión de los datos binarios de entrada, por lo tanto, la salida de un modulador FSK es una funión esalón en el tiempo. A medida que la señal de entrada ambia de lógio 0 a lógio 1 y vieversa, la salida FSK ambia entre dos freuenias: la mara f m (lógio 1) y la de espaio f (lógio 0). Cada vez que la ondiión lógia de la señal binaria de entrada ambia, existe un ambio en la freuenia de la salida de la señal FSK. La veloidad de ambio de la salida es igual a la veloidad de ambio de la entrada, la veloidad de ambio de la entrada del modulador se onoe omo veloidad de bit y se mide en bit por segundo (bps). La veloidad de ambio a la salida del modulador se onoe omo veloidad de bauds y es igual al reiproo de la duraión de un elemento de señalizaión de salida, en resumen la veloidad de bits y de bauds son iguales. En la Figura 1.16 ilustramos estos oneptos. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

22 Lógio 1 +V Freuenia de Mara f m Lógio 0 -V a) Freuenia de Espaio f e Entrada Binaria Entrada analógia f f e f =freuenia de mara e m f f e m f = freuenia de espaio e Figura 1.16 señales FSK binario. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 Las ténias de modulaión digital para omuniaiones inalámbrias son ténias efiientes para la radiaión, propagaión y reepión a través de la atmósfera. Entre algunas ténias de modulaión de señales digitales se pueden enontrar: BPSK que genera un ambio en la fase de 0 y 180 QPSK que usa un ambio de fase de 90 FSK donde se toman dos posibles estados de nivel alto y bajo (ya desrita esta ténia anteriormente). Los sistemas BPSK transmiten señales digitales donde la portadora sinusoidal ambia la fase en 0 y 180, esto dependiendo de la ondiión lógia de la señal de entrada, la representaión binaria por dos señales on diferente fase omo se muestra en las expresiones: S1 ( t ) = A os 2π f t S t = A os 2π f ( ) t 2 Donde A es la amplitud, f es la freuenia y t representa el tiempo. Cada una de estas señales se enuentra desfasadas 180 entre ellas, on esto se representa la ondiión binaria para interpretar informaión de auerdo on la figura 1.14 donde se genera la odifiaión de informaión y se muestra el ambio de fase que sufre la salida del sistema BPSK, uando existe una variaión entre el ódigo transmitido y el anterior se genera el ambio de fase de 180. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

23 Entrada Binaria Portadora Salida BPSK Figura 1.17 Diagrama de Modulaión BPSK. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 La portadora transmitida puede sufrir ualquier número de ambios de fase, de manera que la modulaión llamada QPSK, se representa de manera similar a la modulaión BPSK, solo que aquí el desfasamiento es de 90. En la figura 1.15 se representa los posibles estados que puede representar esta modulaión digital, este ambio de fase depende diretamente de la ondiión lógia generada para la representaión de informaión. Entrada Binaria Salida QPSK Figura 1.18 Diagrama de modulaión QPSK. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 El método usado por la modulaión FSK es similar al sistema de modulaión analógia FM, solo que aquí es en forma digital y sólo se tomarán dos estados, los niveles alto y bajo para produir una salida binaria se representan en la figura Esta modulaión se genera por medio de un VCO on el ual se generarán los dos posibles estados de la señal que portará la informaión. Al momento que en el sistema se deteta un nivel alto en la salida del sistema 1, se tendrá una mayor osilaión de freuenia durante ese periodo. Inversamente uando el sistema detete un nivel bajo a la salida del sistema 0, se generará una menor osilaión on respeto a la del nivel alto. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

24 Entrada Binaria Portadora Salida FSK 1.8 CODIFICACIÓN. Figura 1.19 Diagrama de modulaión FSK. Fuente: William Staling Comuniaiones inalámbrias La informaión una vez proesada y manejada en las redes de omuniaión, espeialmente la informátia reibe el nombre de datos. Su naturaleza es disreta y se presenta en la forma de símbolos, al proeso de onvertir la informaión de datos en señal elétria se onoe omo odifiaión. El proeso de la odifiaión onsiste en onvertir la señal de informaión en una señal digital (la ual es neesaria para los sistemas digitales de omuniaión) a través de un ódigo base, uando el ódigo en el ual se basa esta odifiaión es el binario, se trata de una odifiaión binaria. El ódigo binario es un sistema para representar números a base de solo dos dígitos: 0 y 1, la importania del ódigo binario se enuentra en que onstituye la base para la odifiaión de la informaión de datos, dado que se puede representar la informaión en símbolos neesarios y representativos en el proeso de odifiaión basado en una serie de símbolos estableidos por las diferentes ombinaiones de los dígitos 0 y 1. Para la odifiaión binaria de la informaión de datos, a ada símbolo se le asigna un número binario y después el equipo eletrónio se enarga de generar el pulso elétrio binario que orresponda a ada uno de los dígitos del número binario asignado, por ejemplo, la señal que orresponde al binario es de la figura 1.17 se trata de una señal digital binaria de enendido y apagado (ya que se trata de niveles de voltajes detetados en los sistemas orrespondientes); a este proeso se le llama odifiaión binaria. ½ S v 0v Figura 1.20 proeso de odifiaión binaria Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

25 1.8.1 Codifiador. Cuando se uantifia una señal, el odifiador se enarga de onvertirla en un patrón espeífio de n binarios (palabras odifiadas). El fundamento del odifiador se basa en haer n omparaiones seuéniales para generar una palabra de ódigos de n bits, el valor de la muestra se ompara on el voltaje que se obtiene de la ombinaión de voltajes de referenia proporionales a 2 7,2 6, 2 0. Los voltajes de referenia se generan onvenionalmente on un bano de resistores R, 2R, 27R,..,2 0 R. El odifiador determina si el valor de la muestra se enuentra en la mitad superior o inferior del rango estableido. Así, se genera el primer digito 1 o 0 del ódigo, dependiendo de si la muestra está en la mitad superior o inferior del rango. La segunda por resultado que se genere otro digito 1 o 0 según que la muestra se enuentre en la mitad superior o inferior del subintervalo en el que se ha loalizado, este es el mismo proeder hasta generar el ultimo digito binario del ódigo. En el deodifiador se proede de manera inversa, ada uno de los n dígitos se aplia a un resistor de valor distinto. El k-ésimo dígito se aplia a un resistor 2 k R. Las orrientes de todos los resistores se suman y la suma es proporional al valor de la muestra uantifiada Codifiaión para omuniaión onfiable. En la modulaión de ódigo de pulso binario, ada una de las muestras de la señal se representan por una palabra ódigo de, por ejemplo, k bits. Estos bits se transmiten y el reeptor debe reonoer ada palabra ódigo para reonstruir la muestra. Sin embargo, debido al ruido, pueden ourrir errores en la transmisión. Una forma de aumentar la onfiabilidad de la omuniaión en presenia de ruido, es inrementar la razón señal a ruido. Una opión es agregar bits, a expensas de un mayor anho de banda, para detetar y posiblemente orregir los errores. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

26 Capitulo 2 Canal inalámbrio En este apítulo se revisan las prinipales ondiiones del anal inalámbrio. Donde se busa generar un panorama objetivo de los elementos de análisis del anal inalámbrio. Se dan los tipos más omunes de propagaión inalámbria. También es sobresaliente en el apítulo, los análisis desarrollados por Okumura y Hata quienes desriben la propagaión inalámbria a través de sus modelos de propagaión para medios urbanos y suburbanos, desarrollos que pueden servir en otras apliaiones y que preferimos integrar a un estudio de este tipo, también se da la desripión de algunos de los problemas a los que se enfrenta la transmisión inalámbria omo la dispersión y los efetos multitrayetoria. 2.1 Definiión de anal inalámbrio. Es el medio a través del ual una onda eletromagnétia viaja libre de ondutores sólidos omo la fibra óptia o el ableado estruturado, espeialmente para el ampo de las omuniaiones la parte del espetro utilizado es el de las ondas de radio, pero no es limitado úniamente ha esta parte del espetro. 2.2 Rangos de espetro eletromagnétio útiles para el estudio. El objetivo de un sistema de omuniaiones es transferir informaión entre dos o más lugares, esto se logra onvirtiendo la informaión original en energía eletromagnétia para transmitirla. La energía eletromagnétia se puede propagar en forma de ondas de radio emitidas haia el espaio libre A ontinuaión llevaremos a abo una revisión de los rangos de espetro eletromagnétio que interesan al estudio Miroondas terrestres. Se ha difundido muho el uso de enlaes terrestres de miroondas para estables enlaes de omuniaiones, uando no resulta prátio o osteable instalar medios de transmisión físios; por ejemplo, de un lado al otro lado de un rió. Debido a que el haz de miroondas olimado viaja a través de la atmósfera, la omuniaión por miroondas en línea reta a través de la atmósfera terrestre puede ser onfiable hasta distanias de más de 50 kilómetros Desripiones físias. Se utilizan normalmente on una antena tipo plato, de diámetro aproximadamente de 3 metros, esta antena debe seguir una trayetoria de vista on la antena reeptora, por tal motivo estas antenas omúnmente son instaladas en puntos altos donde los obstáulos no impiden su alineaión perfeta Apliaiones. Dentro de sus prinipales apliaiones se enuentran, la transmisión de datos a larga distania, omo una alternativa a la fibra óptia y el able oaxial. Una ventaja sobre estos últimos es que on antenas de miroondas se requieren menos repetidoras que on el oaxial, sin embargo estas últimas exigen una perfeta alineaión entre ellas. También son utilizadas para la transmisión de señales de TV. y la transmisión de voz. Una de las apliaiones de este tipo de ondas es el de enlazar por medio de ellas a pequeñas redes de edifiios on apliaiones punto a punto. Una apliaión utilizada en otros países es la bypass en Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

27 la ual el usuario puede onetarse diretamente on el proveedor de serviios de larga distania, sin estableer un ontrato on la ompañía telefónia loal Caraterístias de transmisión. El rango de aión de este espetro eletromagnétio se enuentra entre 1 y 40 GHz, a mayor freuenia se tiene mayor anho de banda y por tanto se pueden obtener mayores veloidades de transmisión. Tabla 2.1 araterístia de las miroondas digitales Freuenia (GHZ) Anho de banda (MHz) Veloidad de transmisión (Mbps) Fuente: Comuniaiones y redes de omputadores, William Stallings (2004) 2.3 Ondas de radio. También se usan ondas de radio de baja freuenia en lugar de enlaes fijos para ubrir distanias más modestas on transmisores y reeptores terrestres. Estas ondas pueden servir para transmitir informaión en un área rural extensa, omo el osto de instalar ables fijos para tales apliaiones sería muy alto, a menudo se usan ondas de radio para estableer un enlae inalámbrio entre un punto de terminaión Desripiones físias. De las araterístias más notables de las ondas de radio que haen la diferenia on las miroondas es que las primeras son omnidireionales y las miroondas poseen una radiaión muho más direional. Esta ualidad de las ondas radio hae que sean independientes de antenas parabólias o que tengan que instalarse sobre plataformas rígidas para estableer una línea de vista LOS Apliaiones. Las ondas de radio se aplia a todo el anho de banda omprendido entre los 3 khz y 300 GHz, a vees se emplea una lasifiaión informal la ual omprende la banda VHF y parte de la banda UHF, entre 30 MHz a 1GHz. Empleado este, para omuniaiones de la radio omerial FM, así omo la televisión, otra de las apliaiones de este anho de banda es para manejar algunos envíos de datos Caraterístias de transmisión. Es ideal para transmitir simultáneamente en varias direiones instantáneamente. La ionosfera es transparente también para ondas on freuenia superior a los 30MHz, por tal motivo no se produen interferenias debido a las reflexiones en la atmósfera. La transmisión es solo posible uando las antenas están alineadas, además las ondas de radio son menos sensibles a la atenuaión produida por la lluvia que las miroondas. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

28 Esta atenuaión esta dada por la euaión: ( 4 pid / ) 2 10 log lambda En ontraste un fator que afeta en forma importante a las ondas de radio es la reflexión por multitrayetoria on la superfiie terrestre o el agua por menionar algún ejemplo. Este efeto es pereptible en la reaión de fantasmas en imágenes sobre los reeptores de TV Infrarrojos. La omuniaión en este tipo de onda se da mediante transmisores y reeptores de nombre transeivers, su funión esta en modular la luz infrarroja no oherente, estos dispositivos deben de estar visibles o estar posiionados en algún sitio donde la reepión se pueda dar, a partir de la reflexión de las ondas. Estos rayos no pueden atravesar las paredes a diferenia de las miroondas lo ual los hae ideales para la transmisión en pequeñas redes Lan en ofiinas. Otro punto importante es que para operar en esta banda no se requieren de permisos. TABLA 2.2 COMPARATIVA DE ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO BANDA Freuenias altas HF (High Freueny) Freuenias muy altas (VHF, Very High Freueny) Freuenias ultra altas (UHF, Ultra High Freueny) Freuenias extremadam ente altas (EHF, Extremely High Freueny) Infrarrojos RANGO DE FRECUENCI A RANGO DE LONGITUD DE ONDA EN EL ESPACIO LIBRE CARACTERISTICAS DE PROPAGACIÓN De 3 a 30 MHz 100 a 10m SW la alidad varia durante el día, las estaiones y la freuenia 30 a 300MHz 10 a 1 m LOS: dispersión (sattering) Debido a la inversión de temperaturas; ruido ósmio. 300 a 3000MHz USO TIPICO Usado por radio afiionados, radiodifusión omuniaiones militares, navegaión aérea Televisión VHF; radiodifusión FM, omuniaiones AM en aviones, ayudas a las navegaión de aviones 100 a 10 m. LOS; ruido ósmio Televisión UHF, telefonía elular; radar, enlaes de miroondas; sistemas de omuniaión personal 30 a 300GHz 10 a 1mm LOS; atenuaión atmosféria debido al vapor de agua y oxigeno 300GHz a 400THz Experimental, bules loales inalámbrios 1 a 770 nm LOS Lan infrarrojas; apliaiones de eletrónia de onsumo Fuente: Comuniaiones y redes de omputadores, William Stallings (2004) Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

29 2.4 Tipos de Propagaión inalámbria fija. Para poder llevar a abo las omuniaiones requerimos de un medio de propagaión el ual determina el onepto de dihas omuniaiones: alambias o inalámbrias las uales son de interés por las diversas apliaiones y avanes que se están destaando. Entendamos el onepto de propagaión omo el onjunto de fenómenos físios que onduen las ondas eletromagnétias de un punto a otro punto a distania. Diho onepto india pues una trayetoria definida por el tipo de espaio por el ual se onduirán las ondas eletromagnétias por tal razón analiemos tres tipos de propagaión Propagaión superfiial. También llamada GW por sus siglas en ingles (Ground Wave), este tipo de propagaión de las ondas eletromagnétias sigue on más o menos preisión el ontorno de la Tierra. Esto permite alanzar grandes distanias más allá de la línea visual. Este efeto lo presentan las ondas de hasta 2MHz. La razón por la que ourre este fenómeno es que la onda eletromagnétia indue una orriente en la superfiie de la Tierra haiendo que esta se frene en el frente de la onda, este efeto hae que la onda se urve haia la Tierra. También ontribuye a este fenómeno el que las ondas de estas freuenias son dispersadas por la atmósfera. La apliaión más onoida de este tipo de ondas es la radio AM Propagaión aérea de ondas. Es llamada SW por sus siglas en inglés (Sky Wave) esta es utilizada omúnmente por los afiionados a la transmisión de radio libre. E n este rango de ondas eletromagnétias, de 2 a 30MHz, la señal se propaga y se refleja en la apa ionizada de la atmósfera alta (ionosfera), aunque en estrito sentido el fenómeno de la SW se presenta no por la reflexión de ondas sino por la refraión de ellas. Onda reflejada por la atmosfera Antena transmisora Onda transmitida línea vista Antena reeptora Figura 2.1 Modos Superfiie normales terrestre de propagaión de ondas. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, Propagaión de la trayetoria visual. Cuando la propagaión de ondas se da en un rango de freuenias que es superior a los 30MHz, no se presentan los fenómenos de de GW y de SW, para ello se requiere una línea de visión llamada LOS (line of sight). Las omuniaiones de satélite son utilizadas para librar el obstáulo de la línea Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

30 de vista dado por el horizonte en este rango de freuenias. Para omuniaiones terrestres la línea de vista es llamada línea visual efetiva entre dos terminales. Se utiliza este término pues las miroondas son pandeadas por la atmósfera. Normalmente la línea efetiva de vista permite una onexión entre dos terminales más larga que la línea de vista óptia pues estas ondas siguen la urvatura de la tierra. Figura 2.2 Ondas espaiales y horizonte de radio. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, Fenómenos que influyen en la transmisión de la trayetoria visual. Como fue menionado en la propagaión de la trayetoria visual la ual se requiere una línea de visión llamada LOS ((line of sight) la ual es una linea visual efetiva entre dos terminales, pero indudablemente tenemos que menionar los fenómenos que atúan sobre diha trayetoria los uales son: 1) perdida en el espaio libre, 2) absorión atmosféria, 3) multitrayetoria y 4) refraión Pérdida en el espaio libre. Este fenómeno se debe a que una señal se dispersa on la distania, por tanto entre más alejada se enuentre la antena reeptora de la emisora, aptará una señal de muho menos potenia. Por tanto podemos deir que una señal se atenúa on la distania pues la señal oupa ada vez un área mayor. Para una antena isotrópia la pérdida en el espaio libre esta dada por la siguiente euaión: Donde: pt P r ( 4 Pid ) = Lambda 2 2 = ( 4 Pifd ) 2 2 p t = potenia de la señal en la ante emisora p r = potenia de la señal en una antena reeptora Lambda= longitud de onda de la portadora d = Longitud de separaión entre las antenas = veloidad de la luz Para antenas distintas a la isotrópia se debe de tomar en uenta a la ganania de la misma. Pt = Pr ( 4 Pi ) d 2 ( Gr Gt lambda ) 2 2 = ( lambda ( d ) ) ( Ar At ) 2 = ( d ) 2 2 ( f Ar At ) Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

31 Donde: G t = ganania de la antena emisora G r =ganania de la antena reeptora A = área efetiva de la antena emisora t A = área efetiva de la antena reeptora r La euaión de pérdida también se puede esribir de la siguiente forma: ( lambda ) + 20 log ( d ) 10log( Ar At ) L db = 20log Una onlusión importante es que a mayor longitud de onda de una portadora, es deir a menor freuenia, se presenta una mayor pérdida en el espaio libre. Sin embargo al aumentar la ganania de la antena se ompensa la pérdida en el espaio libre. Esto se puede obtener de manera simple aumentando la freuenia de la portadora Absorión atmosféria. Existe una pérdida generada por la atmósfera sobre todo en la freuenia de 22GHz donde se reporta un pio de absorión, esta es debido al vapor de agua. En freuenias menores a los 15GHz este fenómeno diminuye notablemente. El oxígeno y también es otra de las ausas de la absorión atmosféria, en presenia de este elemento existen pérdidas alrededor de los 60 GHz. A la freuenia de 30 GHz o menos existe una disminuión en presenia del oxigeno. Otro de los fatores son la lluvia y sus gotas de agua, estas interfieren dispersando las ondas de radio, este fenómeno es llamado sattering. Expresado de un mejor modo el sattering el fenómeno se refiere al ambio de direión o freuenia que sufre una onda al enontrarse on partíulas de materia. Una medida a tomar en uenta es que en zonas altamente lluviosas se deben de aortar las distanias entre antenas emisoras y reeptoras, o de otra manera bajar la freuenia de transmisión de la señal. Oxigeno Vapor de agua Atenuaión (db/km) Figura 2.3 Absorión atmosféria de las 50 ondas eletromagnétias. 200 Freuenia, f (Ghz) Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

32 2.5.3 Multitrayetoria. En los sistemas punto a punto no existe normalmente obstáulos entre el sistema de omuniaión, sin embargo en sistemas omo los de telefonía móvil se presentan obstáulos onstantemente entre los dos puntos de el sistema, esto oasiona que las señales que reibe la antena sean repetidas y se reiban on un retardo distinto. El reale o anulaión de la señal que debe aptar el reeptor depende de las múltiples trayetorias en las que se refleja la señal antes de llegar a su destino. Multitrayetoria Onda en estado libre Frente de onda en Direión normal Refraión. Objeto de Interferenia De la onda Figura 2.4 Direión multitrayetoria. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Las ondas de radio se pueden refletar uando viajan a través de la atmosfera. Normalmente la veloidad de la señal aumenta on la altura, este efeto se tradue en un desvió de las ondas de radio haia la superfiie terrestre. Pero esto no se presenta siempre de manera uniforme, pues las ondiiones varían en la medida en que las ondiiones meteorológias ambian. Onda refratada Medio Atmosferio Linea normal Onda inidente Figura 2.5 refraión en una frontera atmosféria. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, Efetos de propagaión en radio móvil. Las omuniaiones inalámbrias móviles tienen algunas araterístias que no presentan las omuniaiones inalámbrias fijas. Prinipalmente son dos los problemas que tienen que ver on la potenia de señal y los problemas de propagaión en la misma. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

33 2.6.1 Potenia de la señal. La potenia de la señal debe ser lo sufiientemente buena entre el dispositivo móvil y la estaión base (BS). Para ello se deben de umplir algunos puntos, por ejemplo, esta señal no puede ser muy intensa, pues puede interferir on otras eldas que utilien la misma freuenia. La potenia varía en funión de la distania entre la BS y la unidad móvil. Para llevar a abo un diseño de las eldas y sus espaios de obertura, los modelos de pérdida de la señal son úniamente aproximaiones. El modelo que se presenta a ontinuaión es el modelo de Okumura pero refinado por Hata. Este modelo se toma omo una aproximaión que onsidera un determinado número de variables ellas toman en uenta a los entornos y a ondiiones. Este modelo predie ual será la perdida en un entorno urbano esta dada por: L db = log f logh A t ( h ) + ( logh ) logd r t Donde los elementos onsiderados signifian: f =freuenia de la portadora en MHz desde 150 hasta 1500MHz. h t =altura de la antena emisora (estaión base) en m., desde 30 hasta 300 m. h r =altura de la antena reeptora (estaión móvil), en m, desde 1 hasta 10 m. d =distania de propagaión entre las antenas en Km., de 1 a 20 Km. A(h r )=fator de orreión para la altura de la antena móvil. Para el aso de una iudad pequeña o mediana, se tiene un fator de orreión dado por: A h = 1.1 log f 0.7 h 1.56 log f 0. ( ) ( ) ( )db r r 8 El fator de orreión para grandes iudades es: A A ( h ) 8.29 ( log 1.54 f ) 2 1. db = Para f menores que 300MHz r 1 ( h ) 3.2 ( log 11.75h ) 2 4. db = Para f mayores que 300MHz r r 97 Para entornos suburbanos las pérdidas estimadas son representadas a partir de la euaión de pérdidas para entornos urbanos de la siguiente manera: L db log f ( suburbano ) = L ( urbano ) Para el aso de zonas abiertas la expresión se modifia de la siguiente forma: L db db 2 ( abierto) L ( urbano) 4.78 ( log f ) ( log f ) = db Desvaneimientos en entornos móviles Uno de los problemas más omplejos a resolver en las omuniaiones inalámbrias móviles son los desvaneimientos del entorno móvil, es llamado así a la variaión temporal de potenia de la señal reibida, esto es ausado por ambios en las ondiiones en los medios de transmisión o en Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

34 las trayetorias. Para un entorno fijo de las ondiiones de desvaneimiento se dan debido a las ondiiones atmosférias, omo los fenómenos meteorológios. Sin embargo para entornos en movimiento la ambiante geografía influye en la transmisión reando fenómenos omplejos. Estos son menionados a ontinuaión Difraión Es un fenómeno que aparee uando la onda viajera se enuentra on un objeto signifiativamente más grande que la longitud de onda de la de radio. Este heho oasiona que la onda se propague en todas direiones teniendo al vértie omo fuente de emisión. Así este fenómeno puede oasionar que se reiba una señal de omuniaión aunque no se tenga línea de vista (LOS por sus siglas en ingles) libre de obstáulos entre los puntos del sistema de omuniaión. Frente de onda avanzada Dispersión. Ondas inidentes Ondulaión seundaria Figura 2.6 Difraión de las ondas eletromagnétias. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Este efeto se presenta uando el obstáulo que se enuentra en línea de vista es aproximadamente del mismo tamaño o menor de la longitud de onda de la señal. La onseuenia de este fenómeno es que la señal se diluye en varias señales más débiles que se propagan en varias direiones. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

35 Ondas reflejadas en el obstáulo Ondas inidentes Ondas reflejadas Obstaulo Zona de sombra (no hay anulaión) Abertura Ondas inidentes Anulaión de ondulaión Obstáulo (a) (b) Reflexión Figura 2.7 Difraión de las ondas eletromagnétias: (a) frente de las ondas finitas a través de una abertura; (b) frente de onda rodeando una arista. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Se oasiona uando una señal es de longitud de onda pequeña omparada on el obstáulo on el ual inide. Este fenómeno oasiona el defasamiento de la señal on respeto a la señal origen, si el defasamiento de esta es de 180 grados, la señal original y la reflejada tienden a anelarse. También puede generarse un tipo de interferenia onstrutiva entre ellas al desfasarse 360 grados. Otro de los efetos es la multitrayetoria, el fenómeno se vuelve aún más omplejo si el emisor de la señal se enuentra en movimiento, y se enuentra on estruturas omo edifiios en la zona. Frente de onda inidente Frente de onda reflejada Medio 2 Figura 2.8 Reflexión eletromagnétia y el oefiiente de reflexión. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Coefiiente de reflexión: Γ = E E r r e e jθr jθr = E E r i = e j( θr θ i ) Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

36 Γ = Coefiiente de reflexión (adimensional). E = Intensidad de voltaje inidente (volts). i Er = Intensidad de voltaje reflejado (volts). θ = Fase inidente (grados) i θ = Fase reflejada (grados). r 2.7 Efetos multitrayetoria. Tanto en sistemas fijos omo en entornos móviles los efetos multitrayetoria son originados por múltiples reflexiones de la señal en los entornos donde se propaga, esto oasiona una indeseable reepión de la misma señal solo que desfasada en un determinado número de vees. Esto da lugar a la existenia de interferenia onstrutiva, pero también destrutiva por parte de la señal. Frente de onda espeular Frente de onda inidente Onda inidente 2.9 Figura Reflexión en una superfiie semiaspera. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias,2003 Otro de los fenómenos que se presentan en la transmisión de tipo digital es interferenia íntersimbólia. Esta se presenta uando se emite un pulso a través de una anal, una vez en el anal, la magnitud del pulso puede ser modifiada por diversos fatores omo la atenuaión atmosféria, además la pérdida de señal aumenta en la medida en que la unidad móvil se aleja de la BS. Pero adiional a estos fatores, existe la posibilidad de reibir múltiples pulsos adiionales, debido a los fenómenos de reflexión, difraión y dispersión. Ahora hay que onsiderar el aso en el que se emiten dos pulsos ontinuos. Con todos los fatores anteriores influyendo sobre ellos, la antena reeptora podría aptar un tren de pulsos retardados que podrían haer ruido para deodifiar adeuadamente a la señal digital. Este problema es difíil de soluionar debido a que en la medida que la antena móvil avanza la separaión entre estos pulsos generados aleatoriamente varía. Por tal motivo difiulta el diseño de algoritmos que den soluión a la propagaión multitrayetoría. 2.8 Tipos de desvaneimiento. Reflexión difusa Los tipos de desvaneimiento pueden lasifiarse de lento o rápido. Esto depende en gran medida de las freuenias empleadas y del entorno donde se propaga diha señal. Para entornos urbanos un desvaneimiento de la señal rápido se da uando la onda viaja a una freuenia de 900 MHz, on una longitud de onda de aproximadamente 0.33 m. existen variaiones Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

37 de potenia de hasta media longitud de onda. Esta variaión se presenta en el orden de los 20 a 30 db. Este efeto es peribido tanto en autos omo en usuarios del serviio a pie. Un desvaneimiento lento es debido a que el entorno urbano ambia a medida que nos desplazamos, pues la variaión de los edifiios y de las zonas abiertas influye sobre la potenia media reibida. Otra de las lasifiaiones de los efetos del desvaneimiento es la de desvaneimiento plano y desvaneimiento seletivo. El primer aso las omponentes de la freuenia son afetadas en forma simultanea, en el segundo aso, se llama desvaneimiento seletivo debido a que se afeta de forma desigual a las omponentes espetrales de la señal. 2.9 Meanismos para ompensar errores. Los modelos para lograr orregir los errores generados por los desvaneimientos multitrayetoria, pueden ser estudiados en tres ategorías: orreión de errores haia adelante, eualizaión adaptativa y ténias de diversidad. Ninguna de estas ténias es exluyente una de la otra, inlusive la ombinaión de las tres, es utilizada para enontrar una mejor soluión en las omuniaiones móviles. La orreión de errores haia adelante es utilizada en la transmisión de señales digitales, en esta ténia, se generan redundanias de adenas de datos de tal forma que la razón entre el total de bits enviados y los datos enviados es de 2 o 3 omúnmente. Esto es debido a que la pérdida de datos es muy alta en anales inalámbrios móviles. Esto hae disminuir la apaidad del sistema en una terera parte. La eualizaión adaptativa es una ténia que ombate la interferenia ínter simbólia, este proeso utiliza método para reunir la energía dispersa entre símbolos y agruparla en el tiempo orrespondiente. Para ello se utilizan iruitos analógios de nudos y algoritmos de proesamiento de señales digitales. Diversidad es una ténia basada en que los anales independientes sufren desvaneimientos diferentes e individuales. Por tanto se puede rear un proedimiento que ompense los errores, si se envía una parte de la señal por ada anal. Aunque está ténia no elimina los errores, si los disminuye. Una de las ténias de diversidad es la llamada de diversidad espaial, en esta se manejan distintos aminos físios para la transmisión. La diversidad puede ser en freuenia o en tiempo. La ténia que plantea nuestro trabajo es la diversidad en freuenia llamada espetro expandido en freuenia donde un amplio anho de banda es utilizado para mandar la informaión por los distintos anales on distintas portadoras a diferentes freuenias. En apítulos posteriores prouraremos analizar las prestaiones y difiultades en diseño, seguridad y osto, de la implementaión de esta ténia a freuenias de dominio públio omo la banda ivil. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

38 Capitulo 3 FACTORES INVOLUCRADOS EN LA TRANSMISIÓN DE CANAL INALÁMBRICO. En el presente apitulo introduimos los oneptos de los elementos que omplementan a un anal inalámbrio, tenologías guiadas y no guiadas, que sirven para análisis y omparaión. Además introduimos los oneptos de ruido y la problemátia que representa para la transmisión de informaión. Inorporamos también los elementos que onforman un anal inalámbrio. 3.1 CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TRANSMISIÓN DE DATOS Los medios de transmisión son los aminos físios por medio de los uales viaja la informaión y en los que usualmente lo hae por medio de ondas eletromagnétias. Los medios de transmisión vienen divido en guiados (por able) y no guiados (sin able). Normalmente los medios de transmisión vienen afetados por los fatores de fabriaión, y enontramos entones unas araterístias básias que los diferenian: Anho de banda: mayor anho de banda proporiona mayor veloidad de transmisión. Problemas de transmisión: se les onoe omo atenuaión y se define omo alta en el able oaxial y el par trenzado y baja en la fibra óptia. Interferenias: tanto en los guiados omo en los no guiados y oasionan la distorsión o destruión de los datos. Espetro eletromagnétio: que se enuentra definido omo el rango en el ual se mueven las señales que llevan los datos en iertos tipos de medios no guiados. Medios Guiados: Se onoe omo medios guiados a aquellos que utilizan unos omponentes físios y sólidos para la transmisión de datos. También onoidos omo medios de transmisión por able. par trenzado: Normalmente se les onoe omo un par de ondutores de obre aislados entrelazados formando una espiral. Es un enlae de omuniaiones. En estos el paso del trenzado es variable y pueden ir varios en una envoltura. able oaxial: Físiamente es un able ilíndrio onstituido por un onduto ilíndrio externo que rodea a un able ondutor, usualmente de obre. Es un medio más versátil ya que tiene más anho de banda (500Mhz) y es más inmune al ruido. fibra óptia. Es el medio de transmisión más novedoso dentro de los guiados y su uso se está masifiando en todo el mundo reemplazando el par trenzado y el able oaxial en asi todos los ampos. En estos días lo podemos enontrar en la televisión por able y la telefonía. Medios no guiados: De manera general podemos definir las siguientes araterístias de este tipo de medios: La transmisión y reepión se realiza por medio de antenas, las uales deben estar alineadas uando la transmisión es direional, o si es omnidireional la señal se propaga en todas las direiones. miroondas terrestres: Las miroondas están definidas omo un tipo de onda eletromagnétia situada en el intervalo del milímetro al metro y uya propagaión puede efetuarse por el interior de tubos metálios. Es en si una onda de orta longitud. Ondas de radio: Son las más usadas, pero tienen apenas un rango de anho de banda entre 3 Khz y los 300 Ghz. Son poo preisas y solo son usados por determinadas redes de datos o los infrarrojos CAPACIDAD DE CANAL Se llama así a la apaidad máxima de transmisión de datos a través de un medio. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

39 Existen uatro elementos importantes que influyen en la apaidad de anal: El primero de ellos es la veloidad de transmisión de los datos: esta veloidad es expresada en bits por segundo (bps). El segundo elemento es el anho de banda: se limita por el transmisor y por el medio de transmisión, sus unidades son los ilos por segundo o herios. El terero de los elementos es el ruido, existen varios tipos de ruido y on orígenes diferentes ellos son expliados en temas anteriores de este trabajo, aquí solo menionaremos uales son: ruido térmio, ruido de ínter-modulaión, diafonía y ruido impulsivo. El último elemento a onsiderar es la tasa de errores. Esta mide la tasa en la que ourren los desperfetos, se onsidera error en el momento en que se reibe un dato diferente del que se esperaba reibir en una transmisión. El prinipal objetivo en un sistema de omuniaiones es el de aprovehar el anho de banda que por naturaleza es limitado, además entre más amplio sea el espetro de freuenias utilizado omo anho de banda su renta será más ara, por otro lado el anho de banda se limita intenionalmente por parte de organismos gubernamentales y por los ingenieros en los diseños de sistemas transmisores para evitar traslapes. Por ultimo el anho de banda es una limitante direta de la veloidad de transmisión de datos sin una tasa de errores grande. Este tema es tratado por Nyquist y onstituye una onlusión fundamental en los diseños de los sistemas de este tipo. 3.2 ANCHO DE BANDA DE NYQUIST Dado un anho de banda B la máxima veloidad permitida es la de 2B, pues al sobrepasar este límite se provoa una interferenia ínter símbolos provoada por la distorsión de retardo. Para una señal binaria, on dos niveles de señalizaión que tiene un anho de banda B la veloidad máxima es de 2B Mbps, pero si utilizamos señales on más de dos niveles es deir ada elemento de una señal tiene la posibilidad de representar a más de dos bits, la apaidad de anal de Nyquist esta dada por: C = 2 B log2 M Donde M representa el número de señales disretas o niveles de tensión. Esta impliaión es interesante pues implia que para un anho de banda determinado, la apaidad de anal se puede inrementar onsiderando una mayor antidad de señales on voltajes diferentes, aunque esto inrementa la difiultad del reeptor para distinguir un mayor número de datos transmitidos. 3.3 FÓRMULA PARA LA CAPACIDAD DE SHANNON Establee una relaión entre la veloidad de transmisión, el ruido y la tasa de errores. Debido a que la euaión de Nyquist es úniamente válida solamente para uando las demás ondiiones son estables, es deir no toma en uenta al ruido. Un ejemplo de ello es onsiderar que uando aumenta la veloidad de transmisión el tamaño del bit es más orto, por lo ual un patrón de ruido afeta más bits en una señal que posee mayor veloidad de transmisión, se meniona entones que una mayor veloidad de transmisión afeta en forma proporional a una mayor tasa de errores. El matemátio Claude Shannon analizó esta relaión, se busa que dado un nivel de ruido, se espera que aumentando la energía de la señal, se mejorará la reepión de los datos en presenia de ruido. El oiente es llamado la relaión señal-ruido (SNR o S/N). Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

40 La relaión señal-ruido, se define omo el oiente de la potenia de la señal entre la potenia del ruido presente en un punto determinado en el punto de transmisión. La relaión se expresa omúnmente en deibelios, una relaión señal ruido alta, representa a una señal de lata alidad y por tanto una disminuión de los repetidores de señal. SNR db = 10 log 10 Potenia de señal potenia de ruido Una relaión señal ruido es importante en la transmisión de datos, pues influye de manera direta en la máxima veloidad de transmisión de datos que se puede onseguir. C = Blog 2 1+ ( SNR ) Una veloidad de transmisión máxima es representada en esta euaión sin embargo en la prátia no se alanzan veloidades menores pues en esta euaión solo se onsidera el tipo de ruido blano y no toma en uenta los otros tipos de ruido omo el impulsivo, la distorsión de atenuaión y la distorsión de retardo. 3.4 EL COCIENTE E b /N o Es el oiente de la energía de la señal por bit entre la densidad de potenia del ruido por herio. Si poseemos a una señal analógia que transmite datos a una veloidad R, y la energía por bit de la señal será Eb = STb, donde S es la potenia de la señal y Tb es el tiempo neesario para transmitir un bit. Por tanto la veloidad de transmisión es: S E b R = N N 0 = 0 S ktr Esta euaión on deibelios se representa: ( E N ) = S 10 log R dbw 10 log T b 0 db dbw se meniona en la teoría que el oiente es importante para los datos digitales porque la tasa de error por bit es una funión dereiente de este oiente. Debe notarse que uando la veloidad de transmisión R de la señal se aumenta, la potenia de la señal transmitida, relativa al ruido, debe aumentarse para mantener diho oiente. Una ventaja de esta relaión on respeto de la SNR es que esta última depende del anho de banda. Existe una relaión entre el oiente E b N 0 y la SNR dado por: E b N 0 = S N ( R) 0 Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

41 Otra formulaión que implian estos álulos es el de la efiienia espetral relaionada on el oiente E b N 0 donde: E N 0 B C = 2 1 C 0 B 3.5 DIFICULTADES TIPICAS EN LA TRANSMISIÓN Estos problemas se presentan en las transmisiones inalámbrias al propagarse a través de un medio. Representan un obstáulo para la transmisión y reepión de la informaión emitida a través de las ondas eletromagnétias. De tal modo que no se puede dejar de lado a estos fenómenos que disminuyen la efiienia en una transmisión de informaión por medios inalámbrios. Desde el iniio de las transmisiones de señales en un sistema de omuniaiones, se debe de aeptar que la señal emitida será algo distinta a la señal que aptará el reeptor en el otro extremo del sistema. Esto es en mayor o menor grado determinado por las difiultades sufridas en la transmisión. Tanto en señales analógias omo digitales se sufren los inonvenientes de las difiultades durante la transmisión de datos. En una señal analógia la señal disminuye la alidad de reepión debido a estas difiultades y en una señal de tipo digital se ven alterados los datos pues hay modifiaiones en el ódigo binario ambiando 0 por 1 y 1 por 0. A ontinuaión se repasan las difiultades y sus araterístias que haen que una señal se degrada o genere errores. Las más importantes son las siguientes: la distorsión por atenuaión la distorsión de retardo el ruido Atenuaión La primera de estas difiultades es la atenuaión. No importa ual sea el medio de transmisión de la señal, siempre esta última tendrá un disminuión en amplitud debido a la distania reorrida. Para medios guiados la atenuaión es una funión exponenial por lo ual la forma omún de expresarla es en términos de deibelios por unidad de longitud. Otro tipo de irunstanias enfrentan los medios no guiados. Pues además de depender de la distania, la atenuaión es funión de otras variables omo las ondiiones atmosférias. La atenuaión genera algunos puntos a onsiderar en las omuniaiones. El primero de ellos refiere que los sistemas de omuniaiones deben ser lo sufiientemente sensibles para poder aptar una señal on potenia mínima. Por tanto la señal debe tener un límite inferior en potenia, que si no logra alanzar será invisible al sistema. El segundo punto a onsiderar es que para poder reibir una señal inteligible debe de poseer una intensidad mayor que el ruido generado en el medio de transmisión. Y el terer elemento a onsiderar es que la atenuaión es una funión proporional de la freuenia. Las dos primeras onsideraiones anteriores son elementos que tienen soluión al regularse la energía de la señal transmitida. A partir de amplifiadores y de repetidores se salvan estas difiultades. Estos problemas se inrementan si se toma en onsideraión que las distanias entre Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

42 emisores y reeptores son variables y que en una red de omuniaión de datos lo que se tiene es normalmente un sistema multipunto y no uno punto a punto úniamente. Para una señal analógia el último punto es más importante, debido a la relaión existente entre la atenuaión y la freuenia, las señales en el reeptor son afetadas volviéndose poo inteligibles. Una soluión al problema es eualizar la señal para freuenias determinadas. Las bobinas de arga son la soluión prátia para las líneas de omuniaión telefónia suavizando los efetos que genera la atenuaión. Otra de las ténias empleadas es el uso de amplifiadores para haer una diferenia entre las freuenias altas y bajas. Amplifiando muho más las primeras. 3.6 DISTORSIÓN DE RETARDO Este fenómeno se presenta debido a que la veloidad de propagaión de la señal será diferente dependiendo de la freuenia utilizada, por tal motivo para una señal aotada en su anho de banda, la veloidad será mayor en la freuenia entral y disminuirá era de los extremos de la banda. Lo ual genera un problema obvio, las distintas omponentes de la señal llegan desfasadas unas on respeto de otras. Es de espeial interés para las omuniaiones digitales en las uales su veloidad máxima es limitada por este fenómeno en un anal de transmisión determinado. 3.7 RUIDO Y TIPOS DE RUIDO Son señales no deseadas en la transmisión de datos. Existen distintos orígenes de estas, a partir de los uales se lasifian en: Ruido térmio Ruido de ínter-modulaión Diafonía Ruido impulsivo El ruido térmio también llamado ruido blano es generado a partir de la osilaión de los eletrones, depende de la temperatura en forma diretamente proporional. El ruido térmio es espeialmente dañino para las omuniaiones débiles omo las de satélite. Este ruido esta definido por: N 0 Donde las variables representan: W = k T B Hz N 0 = densidad de potenia del ruido, en vatios. k = onstante de Boltzmann = 1.38 x10-23 T = temperatura absoluta, en grados Kelvin B = anho de banda de B herios También esta la euaión que representa a la densidad de potenia de ruido en deibelios- vatio, la ual viene dada por: N = 10 log k + 10 log T + 10 log B El ruido de ínter-modulaión se presenta uando dos señales omparten el mismo anal de transmisión, este tipo de ruido se genera por superposiiones de señales, esta superposiión puede ser onstrutiva o destrutiva. Estas omponentes pueden influir en otros anales on distinta freuenia, generando señales no deseadas. Las señales en sistemas ideales tienen un omportamiento lineal, en Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

43 el ual la señal de salida es la señal de entrada multipliada por una onstante de proporionalidad, sin embargo, en la realidad las señales de salida son sistemas muho más omplejos que una funión lineal. Los omportamientos no lineales son oasionados por sobreargas del sistema debido al exeso de energía en las señales, oasionando el ruido por ínter-modulaión. La diafonía es el aoplamiento no deseado entre dos líneas que llevan señales. Este fenómeno es oasionado a partir de aoplamientos elétrios entre líneas ondutoras o por ables oaxiales que pueden transportar varias señales en un solo able. La diafonía no es exlusiva de señales que viajan por medios guiados, también se presenta en medios no guiados, en ellos se presenta debido a que la señal de un anal inalámbrio se dispersa en el espaio, a pesar que algunos tipos de señales inalámbrias son en teoría muy direionales en la realidad este fenómeno se sigue presentando. Por último, la diafonía es del orden o menor en magnitud que el ruido térmio. 3.8 CONCEPTOS BÁSICOS DE UN RECEPTOR/TRANSMISOR EN UN CANAL INALMBRICO Antenas Se define omo un ondutor elétrio, para radiar o aptar energía eletromagnétia, en este ondutor la energía elétria se onvierte a eletromagnétia para transmitir la señal por un medio erano (agua, aire o el vaío) y umple justo el proeso inverso para reibir la señal. En los sistemas de omuniaión es usual utilizar la misma antena omo reeptor y emisor, esto es fatible porque la efiienia de transmisión es la misma que la de reepión. Esto suponiendo que se maneja la misma freuenia en ambas direiones, aunque en sistemas de omuniaiones móviles se emplea dos anhos de banda distintos para los datos transmitidos y reibidos. Se asume que las antenas radian energía en todas direiones, pero depende de la onfiguraión de esta para que se transmita más efiientemente en una direión más que en otra. Para identifiar en que seiones del espaio la transmisión de la antena es más efiiente se utiliza el diagrama de radiaión. Figura 3.1 Una antena orta tiene una distribuión de orriente lineal y puede haerse funionar por medio de una línea bialámbria. Fuente: Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, Antena isotópia Este es el modelo de antena ideal y desribe un patrón de radiaión perfeto en todas direiones. Se onsidera omo un punto en el espaio on potenia uniforme en todas las direiones, en tal aso, el modelo del patrón de radiaión es una esfera onéntria al punto de emisión. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

44 3.9 VARIABLES A CONSIDERAR EN EL DISEÑO DE UNA ANTENA RECEPTOR/TRANSMISOR Ganania de una antena Es una medida de la direionalidad de una antena, para una direión determinada se define a la ganania de una antena omo la potenia de salida, omparada on la potenia transmitida por una antena isotrópia. Una mejora en potenia en una direión siempre se onsigue a expensas de la disminuión en otros setores radiados por la antena. La ganania de una antena no hae referenia a la variaión de potenia transmitida on respeto a la potenia de entrada en la antena, sino más bien espeifia que tanto es la direionalidad de esta La ganania de una antena se relaiona de manera omún on el onepto de área efetiva que hae referenia on el tamaño físio de la antena y on la onfiguraión geométria de la misma. Pero también G = 4 PI A / lambda 2 G = Pi f A / Donde: G = ganania de la antena A e = área efetiva f = freuenia de la portadora = veloidad de la luz en el vaío Lambda = longitud de onda de la portadora 3.10 MODELO DEL SISTEMA DE COMUNICACIÓN Un sistema de omuniaión es un onjunto de elementos interonetados que se utiliza para transmitir una señal de un lugar a otro. La señal transmitida puede ser elétria, óptia o de radiofreuenia. Algunos sistemas de omuniaión están dotados de repetidores que amplifian la señal antes de volver a retransmitirla. En el aso de las señales digitales estos repetidores reiben el nombre de regeneradores ya que la señal, deformada y atenuada por su paso por el medio de transmisión, es reonstruida y onformada antes de la retransmisión. Los elementos básios de ualquier sistema de transmisión son la pareja de multiplexor/demultiplexor, que pueden ser analógios o digitales, los equipos terminales de línea y, en su aso, los repetidores o regeneradores. Los multiplexores pueden ser de división de freuenia o de división de tiempo. El equipo terminal de línea onsta de los elementos neesarios para adaptar los multiplexores al medio de transmisión, sea este un ondutor metálio, fibra óptia o el espaio radioelétrio. En el equipo terminal se inluyen además los elementos de supervisión de repetidores o regeneradores así omo, en aso de ser neesario, el equipo neesario para alimentar elétriamente (tele- alimentar) a estos repetidores o regeneradores intermedios uando ello se hae a través de los propios ondutores metálios de señal. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

45 Definiión de sistema de omuniaión inalámbria. Los sistemas de omuniaión utilizan un anal de transmisión para la propagaión de la informaión, por lo general suelen ser medios físio los uales transportan señales elétrias a través de ellas en forma de Voltaje, Corriente o un haz luminoso usado en la fibra óptia (los uales fueron desritos en el apitulo 1), en las omuniaiones inalámbrias el medio de propagaión de la informaión es el espaio libre, la informaión es onvertida en energía eletromagnétia, por lo tanto podemos definir a un sistema de omuniaión inalámbria omo los sistemas que utilizan radiofreuenias para estableer enlaes entre el transmisor y el reeptor, por lo ual tenemos definidos el espetro total útil de radiofreuenias El espetro total útil de radiofreuenias (RF) se divide en bandas de freuenias más angostas, a las que se dan nombres y números desriptivos, y algunas y algunas de ellas se subdividen a su vez en diversos tipos de serviios. Las designaiones de banda según el omité onsultivo internaional de radio son las siguientes: Freuenias extremadamente bajas N (ELF, extremely low frequenies). Son señales en el intervalo de 30 a 300 Hz, y omprende las señales de distribuión elétria (60Hz). Freuenia de voz (VF, voie frequienies). Son señales en el intervalo de 300 a 3000Hz, e inluyen a las que generalmente se asoian a la voz humana. Los anales telefónios normales tienen un anho de banda de 300 a 3000Hz y se les llama anales de banda de voz. Freuenias muy bajas (VLF, de very low frequenies).son señales dentro de los limites de 3 a 30 khz. Se usan dentro de algunos sistemas espeiales, del gobierno y militares, omo por ejemplo las omuniaiones por submarinos. Freuenias bajas (LF, Low frequenies). Son señales dentro de los limites de 30 a 300 khz y se usan prinipalmente en la navegaión marina y aeronáutia. Freuenias intermedias (MF, médium frequenies). Son señales de 300 khz a 3 MHz, y se usan prinipalmente para emisiones omeriales de radio AM (535 a 1605 khz). Freuenias altas (HF, high frequenies). Son señales en el intervalo de 3 a 30 MHz, llamadas de ondas ortas. La utilizan las radioomuniaiones, los radioafiionados y la banda ivil. Muy altas freuenias (VHF, very high frequenies). Son señales 30 a 300MHz, se usan en radios móviles emisiones omeriales en FM (88 a 108 MHz) y en la emisión de televisión. Freuenias ultra altas (UHF, ultrahigh frequenies). Son señales entre los límites de 300 MHz a 3 GHz, la usa la emisión omerial de televisión, los serviios móviles de omuniaiones terrestres, teléfonos elulares y algunos sistemas de radar y navegaión y los sistemas de radio por miroonda y por satélite. Freuenias extremadamente altas (EHF, extremely high frequenies). Son señales entre 30 a 300GHz, asi no se usan para radioomuniaiones solo en asos de apliaiones muy ostosas. El IEEE ha evaluado las regulaiones del uso del espetro eletromagnétio en tres regiones por las que se enuentra dividido el mundo de auerdo en ITU (Internaional Teleommuniation Union): Méxio, Latinoaméria y E.U. se enuentran en la región 2. Europa en la región 1. Asia se enuentra en la región 3. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

46 Figura 3.2 Las tres regiones del mundo. Fuente: Elementos del sistema de omuniaión inalámbria. El sistema de omuniaión inalámbrio esta onstituido por un transmisor que tiene omo funión proesar la informaión y posteriormente radiarla al medio de transmisión (En este aso el espaio libre). El reeptor tiene omo funión aptar la señal radiada por el transmisor y reuperar la informaión, el espaio libre es el medio de transmisión para la omuniaión inalámbria. Dentro de este medio inalámbrio o anal existen dos maneras de estableer omuniaión entre el transmisor y el reeptor, En el primer aso lo tenemos uando entre el transmisor y el reeptor reibe al menos una señal diretamente, a este proeso se le llama enlae Línea de Vista (LOS, Line o f Sight). El otro aso se da uando la señal entre el transmisor y el reeptor llega en forma indireta, al ual se le onoe omo enlae sin línea de vista (NLOS, Non Line of Sight). Para estableer un esquema ompleto por bloques que represente un sistema de omuniaión inalámbria tendremos que tomar en uenta los oneptos de odifiaión modulaión y demodulaión de la señal inalámbria. Codifiaión: Al proeso de de onvertir la informaión a una onda elétria (Señal Digital) se llama odifiaión. Cuando el ódigo en el ual se basa esta odifiaión es binaria, se trata de odifiaión binaria. En la modulaión de ódigo de pulso binario, ada muestra de la señal se representa por un a palabra ódigo, de por ejemplo K bits. Estos bits se transmiten y el reeptor debe reonoer ada palabra ódigo para reonstruir las muestras. Modulaión: Con freuenia es neesario modular la informaión de la fuente, on una señal analógia de mayor freuenia, llamada portadora, la señal portadora transporta la informaión a través del sistema. La señal de informaión modula a la portadora, ambiando su amplitud, su freuenia o su fase. Modulaión es el proeso de ambiar una o más propiedades de la portadora, en proporión on la señal de informaión. Demodulaión: Es el proeso inverso de la modulaión, y reonvierte a la portadora modulada en informaión original (es deir, quita la informaión de la portadora). La demodulaión se hae en un reeptor, on un iruito llamado demodulador. Las etapas de la transmisión son seis las que se tienen interatuando entre si: La entrada de datos, Codifiaión de datos, Proeso de multianalizaión, Modulaión, amplifiaión de la señal y su radiaión. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

47 Dentro del sistema la odifiaión es utilizada para reduir el ruido generado por el anal inalámbrio e inrementar la seguridad de transmisión, en la odifiaión enontramos dos métodos efiientes los uales son DSSS y FHSS. Una vez odifiada la señal es multianalizada para transmitir una mayor antidad de informaión y la modulaión es empleada para failitar la radiaión de la señal al espaio libre en la manifestaión de energía eletromagnétia, para ello utilizamos una portadora. Los datos ontenidos en la señal portadora son enviados a un amplifiador de potenia on el únio objetivo de tener una mayor obertura de transmisión, finalmente los datos son mandados a una antena para su radiaión al espaio libre y estos son reibidos por la antena de un reeptor. Esta desripión en la figura 3.2. En la utilizaión de un anal inalámbrio para la omuniaión se presentan varios fenómenos físios que afetan a la señal transmitida los uales son la perdida por trayetoria, dispersión del ampo y reflexión de la señal entre otros. Otros de los fatores que se deben onsiderar para un anal inalámbrio es el área donde se va a propagar la señal debido a que en los diferentes medios, el omportamiento y degradaión de la señal no es el mismo, por lo tanto debemos onsiderar las zonas de propagaión las uales son tres las definidas: Urbanas, suburbanas y rural. En primer plano representamos un esquema de transmisión de una señal sin la implementaión expliita de un sistema que permita robusteer la transmisión de datos. Este modelo presentado omo una síntesis de la omuniaión inalámbria redue los dispositivos y su funionamiento a un diagrama de bloques, lo que se busa en el, es onjuntar de una manera general los puntos que deberá reunir un omplejo sistema robusto y útil para la transmisión de datos on la integraión del FHSS. Codifiador Modulador T X R X Fuente Digital Demodulador Deodifiador Destino Figura 3.3 Elementos de un sistema de omuniaión inalámbria. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN DIGITAL SOBRE UN CANAL INALAMBRICO. En este modelo a diferenia del anterior, se detalla la fase de modulaión aunque si bien nuestra prinipal aportaión será evaluar la implementaión de el FHSS omo una soluión en el espetro eletromagnétio omprendido entre los 3 a 30 MHz en el anho de banda llamado de High freueny o HF. Para ello nos entramos en el bloque de odifiaión y su ontra parte en el deodifiador, en los uales se enuentra la integraión del FHSS al sistema. Como lo haemos ver en la figura siguiente. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

48 Modulador Codifiador T X R X Muestreado Deodifiador Figura 3.4 odifiaión y deodifiaión de un sistema inalámbrio. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 En este diagrama referimos la tenología del espetro expandido apliada al proeso dentro de la odifiaión de la señal, esto previo a la modulaión de la señal en el transmisor del sistema. Datos en forma binaria Codifiaión para multianalizaión DSSS FHSS Modulaión Analógia AM FM Digital BPSK QPSK Figura 3.5 Diagrama a bloques de la odifiaión de una señal. Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones MODELO DE COMUNICACIÓN INALAMBRICA CON PROBLEMAS MÁS COMUNES EN EL MEDIO DE TRANSMISIÓN INALAMBRICO. El anal inalámbrio representa un obstáulo para la omuniaión efiaz debido a los fenómenos generados por el entorno donde se propaga la onda. En el diagrama siguiente integramos los fenómenos más omunes que afetan el desempeño de una transmisión efiiente. Este punto da la pauta para el iniio de la búsqueda de una soluión robusta y eonómia para implementarse en diversos dispositivos para el manejo de voz y de datos. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

49 RADIACION RUIDO DEL CANAL RECEPCION MODULACION CODIFICACION INFORMACION Unidad Móvil Zonas Urbanas Zonas Suburbanas Zonas Rurales Interiores de Edifiios CANAL INALAMBRICO Unidad Móvil Perdidas por trayetoria. Dispersión Reflexión Multiples Reflexiones Absorión DEMODULACION DECODIFICACION INFORMACION Figura 3.6 Sistema de omuniaión on los problemas más freuentes en el medio de transmisión Fuente: Herrera Pérez, Comuniaiones 11 La integraión al modelo de la tenología de espetro expandido en freuenia será en el apitulo siguiente donde se revisan los prinipales modelos y posibilidades de esta tenología que en el ámbito ivil no se emplea freuentemente, y muho menos en nuestro país. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

50 CAPITULO 4 ESPECTRO EXPANDIDO Si bien la tenología del espetro expandido es una soluión onoida, nosotros estableemos a esta omo una soluión probable para eliminar los problemas del anal inalámbrio dentro del anho de banda de 3 a 30 MHz en alguna posible implementaión no desarrollada para este estudio de exploraión, on esta intenión proponemos básiamente el análisis y los modelos del espetro expandido, on la intenión de imentar posibles desarrollos de esta tenología inalámbria en el futuro. 4.1 Desripión fundamental del espetro expandido El prinipio fundamental del espetro expandido onsiste en que la señal es transmitida sobre una banda de freuenia muho mayor que la neesaria para transmitir la informaión enviada, de éste prinipio observamos tres aspetos básios que se pueden aprovehar los uales son: 1) difiultar las interferenias, 2) disminuir la interepión, 3) rear mayor apaidad para generar un anal multiusuario. En los sistemas de omuniaión que emplean la ténia de espetro expandido, los elementos lave son el odifiador de anal puesto que produe una señal analógia en base de los datos de entrada on un anho de banda estreho en torno on su freuenia entral, posteriormente esta señal se modula usando una seuenia de dígitos aparentemente aleatorios, la ual es denominada seuenia pseudo- aleatoria. De esta forma se pretende aumentar el anho de banda (expandir el espetro) de la señal que se transmite. En el reeptor, se usa la misma seuenia de dígitos para demodular la señal de espetro expandido. Y por último, la señal demodulada se deodifia para reuperar los datos originales. 4.2 Coneptos En el diseño de los sistemas de omuniaión el aspeto más importante a optimizar es la potenia de transmisión y el anho de banda, puesto que ambos son reursos limitados en las omuniaiones, sin embargo, en determinados diseños de sistemas de omuniaión se llegan a sarifiar estos reursos para la obtenión de objetivos onretos, omo por ejemplo, la omuniaión segura en medios hostiles de tal forma que la señal transmitida no sea detetada fáilmente. Este requerimiento de omuniaiones seguras es utilizado por un onjunto de ténias que se engloban en la tenología de modulaión de espetro expandido (Spread Spetrum modulation, SS). Las señales denominadas de espetro expandido utilizadas para la transmisión de señales digitales, son distinguidas por tener un anho de banda mayor al requerido para transmitirlas. Las señales de espetro expandido son de gran benefiio en los asos: Cuando se desea suprimir o minimizar los efetos de la interferenia intenionada, la interferenia debido a los mismos usuarios. Obtener privaidad en la informaión. Haer una señal difíil de detetar los usuarios no deseados. La araterístia más importante de las señales de espetro expandido es la pseudo-aleatoriedad, esta araterístia da la aparienia de una señal similar al ruido la ual le da la propiedad de difiultad en su deteión y las hae difíiles de modular a los usuarios no deseados. Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

51 En sus iniios el espetro expandido, requería de una ténia basada en un sistema denominado sistema de referenia transmitida donde se emplea una señal de expansión que es aleatoria omo ruido de banda anha, se envían dos señales de una misma portadora: una modulada por los datos y la otra sin ser modulada, transmitiéndola en anales separados. Al ser detetadas las señales por el reeptor, utiliza la portadora sin modular para reuperara los datos. Ventajas. Desventajas. No se tiene problema de sinronizaión. El ódigo de expansión puede ser intereptado Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Otra ténia utilizada en los sistemas atuales es la onoida omo referenia almaenada, en esta ténia el ódigo de expansión se genera independientemente en el transmisor y reeptor, el ódigo generado en un sistema referenia almaenada no puede ser realmente aleatorio por que se genera independientemente del transmisor y el reeptor, por lo tanto debe ser deterministia, estas señales on aparienia de aleatorias son denominadas omo señales pseudo-aleatorias (Pseudo-noise). Las señales aleatorias no se pueden determinar, por lo tanto, su omportamiento es estadístio, mientras que las señales pseudo-aleatorias son deterministias, periódia y es onoida por el transmisor tanto omo por el reeptor. Las ualidades de las señales de espetro expandido nos sirven para definir los sistemas de omuniaión basados en estas señales, así, omo la modulaión a emplear. Las ventajas de la modulaión en espetro expandido se enuentran en el rehazo de las interferenias: Intenionadas: provoadas por un transmisor invasor u hostil busando obstruir la omuniaión. No intenionadas: generadas uando los usuarios quieren transmitir en el mismo anal. Un sistema de espetro expandido se arateriza por los siguientes tres aspetos: Las señales en un sistema de espetro expandido oupan un anho de banda mayor del mínimo requerido para transmitirlas. Se genera una señal de expansión llamada señal ódigo que es independiente de la señal de datos, para la expansión del espetro. La reuperaión de la señal original de los datos se realiza hallando la orrelaión de la señal reibida en el reeptor on una replia de la sinronizaión de la señal ódigo. A demás de estas tres araterístias, la modulaión de espetro expandido relevante, pues dentro de sus apliaiones más importantes tenemos las siguientes: es muy 1. Las investigaiones están enfoadas a onseguir sistemas de omuniaiones on alta resistenia a las interferenias, on mayor interés en el desarrollo militar y sugerido en apliaiones iviles. Fuente: Sistemas de transmisión, Begoña Aha Piñero, Da omuniaiones por aeso múltiple, para una determinada antidad de usuarios ompartan un anal de omuniaión. Las ténias de los sistemas de espetro expandido las enontramos divididas en dos tipos eseniales: Juan Carlos Beerril Elías, Moisés Ceballos Cortés Junio

52 Espetro expandido de seuenia direta (DSSS): Los datos se modulan on un ódigo de banda anha y se realiza una modulaión en fase PSK. Espetro expandido de salto de freuenia (FHSS): se hae anho el espetro una portadora modulada por los datos ambiando la freuenia de una manera pseudoaleatoria. Como ya se ha menionado, es neesario trabajar on una señal ódigo, la ual debe generar una seuenia deterministia, pero aparee para los usuarios no autorizados omo aleatoria, generando así una seuenia de naturaleza pseudoaleatoria o de pseudo-ruido. La seuenia pseudoaleatoria o PN esta definida omo una seuenia odifiada de números binarios. Es omún que para el espetro expandido estas seuenias sean periódias. Existen algunas propiedades de aleatoriedad que dan aparienia de ruido a la seuenia de pseudo-ruido, son tres las propiedades básias que nos sirven para evaluar la seuenia de un ódigo pseudoaleatorio: 1. Propiedad de balane: Esta propiedad espeifia que el número de unos y eros en la seuenia debe variar a lo más en un digito. 2. Propiedad de serie: Para entender esta propiedad primero se define el onepto de serie, esta es una seuenia on un solo tipo de digito binario. Cuando se alterna un digito omienza otra serie. La longitud de la serie es el número de dígitos que esta posee. La propiedad de serie meniona de un periodo se debe de busar que la mitad de la serie de ada tipo tenga longitud uno, un uarto tenga longitud dos, y un otavo tenga longitud tres, et. 3. Propiedad de orrelaión: Cuando en una seuenia se tiene un periodo y se ompara termino a termino on un desplazamiento ílio del mismo, es deseable que el número de oinidenias y el número de no oinidenias difieran en no más de uno Seuenia pseudoaleatoria on máxima longitud. Las araterístias más importantes de este tipo de seuenias son: Son los periodos más largos. Implementaión fáil por medio de registros de desplazamientos lineales de retroalimentaión. Este método de generaión posee el periodo más largo posible: N=2m-1 donde m representa el número de etapas del registro. 4.3 Espetro expandido en seuenia direta. En los sistemas donde usan esta ténia, en primer lugar se modula una señal portadora on una señal de datos b(t), y en segundo lugar, la señal modulada se vuelve a modular on una señal de expansión on araterístias de banda anha y alta veloidad C(t). Es neesario un análisis en la banda base el ual es el siguiente. El Espetro Expandido provee proteión frente a interferenias on potenia finita. La proteión se lleva a abo haiendo que la señal oupe un anho de banda mayor al requerido para su transmisión, dando omo resultado un efeto de aparienia de ruido en la señal transmitida de nuestro interés, de forma que se onfunda on el ruido de fondo, y la señal se transmite sin ser detetada, por lo tanto, podemos resumir que la ténia de Espetro expandido es un método de amuflaje de una señal que se transmite. 52

53 El otro aspeto a onsiderar es el expander el anho de banda de una señal, el ual se logra en la modulaión de la señal de datos b(t) y la señal de expansión (t), y es neesario que ambas señales estén en forma polar (±1). b( t) m( t) ( t) Figura 4.1 Modulaión de la señal de datos y la señal de expansión. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. es de banda anha, la onvoluión de ambas señales nos da omo resultado una señal de banda anha, uyo anho de banda es proporional al de la señal de expansión, la ual se representa on una PN. Tenemos que la señal b ( t) es de banda estreha y ( t) N 0 w f a) N 0 w ss f b) Figura 4.2 señales que resultan de la modulaión de banda anha y estreha en la freuenia: a) antes de la expansión del espetro, b) después de la expansión del espetro. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Al realizar la multipliaión de las señales b(t) y (t) la informaión se divide en un mínimo de pequeños inrementos de tiempo denominados hip. 53

54 Figura 4.3 grafias de las señales en modulaión en el tiempo. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. La señal transmitida esta dada por la siguiente expresión: m ( t ) = b ( t ) ( t ) La señal que reibimos se expresa de la siguiente manera: ( t ) = m( t ) + j ( t ) = ( t ) b( t ) j ( t ) r + Tenemos interferenia adiionada en la reepión de la señal transmitida la ual la j t. representamos por ( ) La forma omo reuperamos la señal original en r(t) que es la señal reibida, la apliamos a un demodulador, que onsiste en la multipliaión por (t) y en un filtro pasa baja, suponemos que la transmisión y reepión están sinronizados, esto signifia que la seuenia PN trabaja al mismo tiempo en el reeptor y en el transmisor. Y la señal demodulada que obtenemos la observamos en la siguiente expresión: 2 ( t ) = ( t ) r ( t ) = ( t ) b( t ) ( t ) j ( t ) z + Consideramos que 2 (t) = 1, para todo t, dejamos de tener la alternania en el signo y obtenemos: ( t ) = b( t ) ( t ) j ( t ) z + Donde b(t) es una señal de banda estreha y (t)j(t) es una señal de banda anha, ya que (t) atúa sobre j(t) igual que en b(t). Posteriormente, al pasar por el filtro pasa baja, la señal (t)j(t) se hae de banda estreha disminuyendo su potenia. 54

55 b ( t) m ( t) ( t) ( a ) Esquemadeltransmisor m ( t) r( t) r( t) j ( t) ( b) Esquemadel anal z ( t) LP b ( t) ( t) ( ) Esquemadel reeptor Figura 4.4 Esquema de un sistema de espetro expandido en la banda base. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. La apliaión de (t) nos da omo resultado una señal de banda base que da una aparienia de ruido para los que no onoen la señal (t), por lo ual entre mayor sea N, más aleatoria paree la seuenia PN por lo ual de difiulta la deteión de la señal, pero la desventaja es que el sistema aumenta su omplejidad y el retrazo de proesamiento Análisis en banda de paso. Realizamos un análisis en la banda de paso, estudiando el esquema de la figura 4.5 Canal b ( t) s( t) BPSK x ( t) ( t) Generador de Código PN j ( t) y( t) u ( t) ( t) Generador de Código PN Demodulador oherente v Portadora loal Deisor Figura 4.5 esquema de un sistema de espetro expandido en la banda de paso. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. 55

56 Los bloques del esquema de la figura 4.5 del modulador BPSK y el generador PN están en orden inverso, para la failidad del análisis, pero realmente son equivalentes, ya que sus operaiones de modulaión en fase y expansión del espetro son lineales. x(t) es una señal DS/BPSK uya modulaión de fase ( t) θ toma uno de dos posibles valores los uales son (0 ó π), lo ual depende de de la polaridad de b(t) y (t), de auerdo on esta tabla de valores: Polaridad + t - de ( ) Polaridad de b ( t) π π 0 Tabla de valores 4.1 polaridad de b(t) y (t). Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. m ( t) Portadora T b ( a) t A 0 A ( b) t s( t) A = 2E T b b A 0 t A ( ) Figura 4.6 (a) Señal m(t). (b) Portadora sinusoidal. () Señal DS/BPSK. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. 56

57 Del mismo modo que en el análisis de banda base, en este modelo, suponemos que la interferenia j(t) omo efeto de ruido en el anal podemos ignorarla. Por lo tanto, la salida del anal de transmisión la tenemos representado por la expresión siguiente: ( t ) = x ( t ) + j ( t ) = ( t ) s ( t ) j ( t ) y + por lo ual en el reeptor reibimos : 2 ( t ) = ( t ) y ( t ) = ( t ) s ( t ) + ( t ) j ( t ) = s ( t ) ( t ) j ( t ) u + Siendo s(t) una señal de banda estreha y (t)j(t) una señal de banda anha. 4.4 Espaio de señal y ganania. Fuente: Sistemas de transmisión, Begoña Aha Piñero, De auerdo a la fuente estudiaremos la dimensión espaial de la señal transmitida e interferida. Tomamos en uenta el onjunto de funiones ortonomales: φ k ( t ) = 2 T os 0, e. o.. ( ω t ), k T t ( k + 1 ) T ~ φ k ( t ) 2 sen ( ω t ), k T t ( k + 1 ) T = T k = 0,1,..., N 1 0, e. o.. donde T es la duraión del hip y N el número de tramas por bit (N=Tb/T). La señal transmitida es: χ N E E = 2 1 Tb N k = 0 b b ( t ) ( t ) s ( t ) = ± ( t ) os ( ω t ) = ± k φk ( t ), 0 t Tb donde Eb es al energía por bit, por lo ual el signo + de indiaión de un 1 y el signo de un 0, y nos india que la señal transmitida es N-dimensional, puesto que requiere de N funiones ortonormales para su representaión. 57

58 Para determinar la señal interferente, onsideremos que el usuario que interfiere situé la energía de j ( t) en el mismo espaio N-dimenional que la señal x ( t) de otra forma se tendrá perdida de energía, pero lo más que puede llegar a onoer el usuario que interfiere es el anho de banda de x(t), y no tiene la manera de onoer la fase, por lo ual la señal j(t), la podemos tener de la siguiente forma: donde: j N 1 N 1 = k = 0 k = 0 ( t ) jk φ k ( t ) + jk φk ( t ), 0 t Tb ~ ~ j T b = j N k φ k 0 ( t ) ( t ) dt, k = 0,1,..., 1 ~ j T b ~ = j N k φ k 0 ( t ) ( t ) dt, k = 0,1,..., 1 Por lo tanto, j(t) es 2N- dimensional, requiere el doble de dimensión que la señal DS/BPSK. La potenia media de j(t) : j = T Tb N 1 N j ( t ) dt = j + ~ k jk b T 0 b k = 0 Tb k= 0 Puesto que el usuario que interfiere no onoe la fase de la señal, lo ual situé la misma antidad de energía en le oseno y en el seno: N 1 k = 0 j N 1 2 = ~ 2 k jk k = 0 Por lo tanto: j = 1 2 N b k = 0 T j 2 k Representaremos la relaión señal a ruido de la entrada y salida del reeptor, por lo ual veremos los distintos bloques del reeptor junto on sus señales. De la figura 4.5, la salida del modulador oherente es: b T b 2 v = T 0 u ( t ) os ( ω t ) dt = vs + vj 58

59 Donde tenemos vs son los omponentes debido a la señal reuperada (s(t)) y vj la omponentes debido a (t)j(t). v s = 2 T b T b 0 s ( t ) os ( ω t ) dt v j = 2 T b T b 0 ( t ) j ( t ) os ( ω t ) dt Como s 2 E T b ( t ) = ± os ( ω t ), 0 t Tb b Entones v s = ± E b ( sup oniendo que ω es múltiplo entero de 2π T ) b Sustituyendo (t) en funión de los oefiientes k ({ 0, 1,, N-1 } v j = ( k+ 1) N 1 T T T b b N 1 2 T T k j ( t ) os( ω t ) dt = k j b k= 0 T kt b 0 T 0 b k= 0 T ( t ) φk ( t ) dt = k j k y utilizamos las euaiones 4.7 y Aproximando la seuenia PN omo una seuenia binaria independiente e idéntiamente distribuida, redefiniendo la euaión 4.21 en funión de variables aleatorias: v j = T T b N 1 k= 0 C k j k Donde V j y C k son variables aleatorias de valores muestras v j y k, en la euaión el usuario que interfiere es fijo. Obteniendo la media de la variable aleatoria V j se tiene: 59

60 E [ C j ] 1 j p( C = 1) + ( 1) j p ( C = 1) = j j = 0 E[ V ] = 0 k k = k k k k k k j para un vetor j fijo j ( j [ j j,... j ]) = 0, 1, N 1 [ V j ] j N 1 1 = N k = 0 Var j = 2 k, la varianza de V j esta dada por: j T 2 donde se uso la euaión 4.15 y N = T T b De las deduiones ya obtenidas definimos la relaión señal a ruido a la salida del reepto r oherente ( S N R ) o = Var v 2 s b [ V j ] J T j 2 E = La relaión señal a ruido a la entrada del reeptor es: ( S N R ) 1 = E b J T b por lo tanto, la razón SNR a la salida/snr a la entrada del reeptor es 2 T b ( S N R ) = ( S N R ) 1 2 N ( S N R ) 1 o = T y expresada en deibeles donde ( N R ) = 10 log ( S N R ) ( PG ) 10 log10 + log S PG = T T b = N La ganania de proeso (PG: proessing Gain). El termino 10log10 (PG) es la ganania que se toma en uenta para la ganania obtenida en la SNR debido al espetro expandido (los demás términos no son debidos al espetro expandido). Y omo PG es proporional a N, uanto mayor sea N, más ganania obtenemos. 60

61 4.4.1 Probabilidad de error Consideramos que v es el valor de la muestra de la variable aleatoria V a la salida del detetor oherente de la figura 4.5 V = ± E b + V j la deisión a tomar será: si si V V Y suponemos que: p e 1 = p ( E 1 ) + p ( E 0 ) = p ( E 0 ) = p ( V 0 ) = p ( V E ) j b V j es la suma de N variables aleatorias representa la suma de N variables aleatorias. Apliando el teorema entral del límite, para N grande, V j tenderá a una distribuión gaussiana. Por tanto, la omponente de ruido V j puede aproximarse por una variable aleatoria gaussiana on media ero y varianza JT 2. Calulando la probabilidad de error: p e Q 2E JT b Considerando a la interferenia omo un ruido de banda anha y teniendo que N 2 = J E b = PT b (donde P es la potenia media de la señal) = J T 2 Por lo ual podemos obtener la relaión E N b 0 T = T b p J = N p J y el margen de interferenia 61

62 J P = PG E b N 0 El margen de interferenia nos da la razón potenia de interferenia a potenia de señal, es deir, el máximo valor de J/P para se umpla una determinada probabilidad de error. En deibeles: ( J P ) = 10 log 10 ( PG ) ( Eb 0 ) min 10log 10 log N donde E b / N0 mín representa la mínima relaión E b / N0 Pe. E b / N0 4.5 ESPECTRO EXPADIDO POR SALTO DE FRECUENCIA (FHS FRECUENCY HOPPING SYSTEM) para alanzar una determinada En el esquema de espetro expandido por salto de freuenias (FHSS, Frequeny Hopping Spread Spetrum), la señal se genera sobre una serie de radiofreuenias aparentemente aleatorias, los saltos de estas freuenias son en intervalos fijos de tiempo. El reeptor reibirá y entenderá el mensaje saltando de freuenia en freuenia sinróniamente on el transmisor. Por otro lado, los reeptores no autorizados esuharán una señal ininteligible. Si se intentase intereptar la señal, sólo se onseguirá para unos poos bits. Figura 4.7 Salto de freuenia. Fuente: William Stallings, Comuniaiones y redes de omputadores Desripión del modelo. El esquema más ilustrativo de un sistema on salto de freuenia se muestra en la figura 4.7 en el se reservan anales para la señal FH, en el es omún que existan 2k freuenias portadoras que dan lugar a 2k anales. El espaiado entre freuenias portadoras y el anho de banda de ada anal, se orresponde generalmente on el de la señal de entrada. El autor Stallings, William en su libro Comuniaiones y redes de omputadores, desribe el funionamiento de un sistema de FHSS y meniona que el emisor opera on un anal durante un intervalo fijo, según el estándar IEEE onsidera un intervalo de 300 ms. Durante este intervalo se transmiten varios bits haiendo uso de esquemas de odifiaión. La seuenia de 62

63 anales esta espeifiada por un ódigo expansor, de tal manera el emisor y el reeptor utilizan el mismo ódigo a fin de sinronizar la seuenia de anales. En la Figura 4.8 se desribe un diagrama de bloques típio orrespondiente a un sistema basado en el salto de freuenias. En la transmisión, los datos binarios onstituyen la entrada de un modulador que usa algún tipo de esquema de odifiaión digital a analógio, omo por ejemplo desplazamiento en freuenias (FSK) o desplazamiento en fase binaria (BPSK). La señal generada estará entrada en torno a una freuenia base. Se utiliza un generador de números pseudoaleatorios o pseudoruido (PN, pseudonoise) que servirá omo puntero en una tabla de freuenias. Cada k bits del generador PN espeifian una de las 2k freuenias portadoras por la señal generada en el modulador iniial, dando lugar a una nueva señal on la misma forma pero ahora entrada en torno a la freuenia elegida. En el reeptor, la señal de espetro expandido se demodula haiendo uso de la misma seuenia de freuenias derivadas de PN y, posteriormente, se demodula la señal resultante para produir los datos de salida. La figura 4.9 india que las dos señales se multiplian. Veamos un ejemplo de funionamiento haiendo uso del esquema de modulaión BFSK. Podemos definir la entrada FSK al sistema FHSS omo: Donde: A= f b i 0 = = f = S d ( 2 ( f + 0,5 ( b + ) f ) t ) = A os π 0 i 1 para i T t ( i + 1 )T amplitud de la señal. freuenia base. valor del i ésimo dato separaión en freuenia T = duraión de bit; veloidad = ( + 1 para el valor binario1, 1 para el 0) 1 T De este modo, durante el i-ésimo intervalo de bit, la freuenia de la señal de datos es f si el bit de datos es y f + f siel bit de datos es Figura 4.8 Diagrama a bloques de un sistema basado en el salto de freuenia Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. 63

64 Figura 4.9 Sistema de espetro expandido por salto de freuenia. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. El sintetizador de freuenias genera un tono a freuenia onstante uya freuenia salta entre un onjunto de 2k freuenias posibles, estando determinado el patrón de salto por k bits de la seuenia PN. Por simpliidad, se supone que la duraión de un salto es la misma que la de un bit y se ignoran diferenias de fase entre la señal de datos, Sd(t), y la señal expandida, también llamada señal de minibits (hips), C(t). Así, la señal produto durante el i-ésimo salto (durante el i-ésimo bit) es ( 2π ( f + 0,5 ( b + 1 ) f ) t ) os ( 2π f t ) p ( t ) = S ( t ) ( t ) = A os 0 d donde fi es la freuenia de la señal generada por el sintetizador de freuenias durante el i- ésimo salto. Haiendo uso de la identidad trigonométria i ( os ( x + y ) + ( x y ) ) os ( x ) os ( y ) = ( 1/ 2 ) os, [ os( 2π ( f + 0,5 ( b + 1) f + f ) t ) + os( 2 ( f + 0,5 ( b + ) f f ) t ) ] p t) = 0,5 A 1 ( 0 i i π 0 Se utiliza un filtro pasa-banda (ver Figura 4.9) para eliminar la freuenia diferenia y preservar la freuenia suma, dando lugar a una señal FHSS: s ( 0 ( 2π ( f + 0,5( b + ) f f ) t ) t ) = 0,5 Aos 1 i + De este modo, durante el intervalo del bit i-ésimo la freuenia de la señal de datos será f + f f f f 0 i si el bit de datos es -1 y 0 + i + si el bit de datos es +1. En el reeptor se reibirá una señal de la forma s(t) definida previamente, la ual se multipliará por una replia de la señal expandida para obtener una señal produto de la forma ( 2π ( f + o,5( b + 1 ) f f ) t ) os( 2π f t ) p( t ) = s( t ) ( t ) = 0,5 Aos 0 + i i i i i i i Reurriendo de nuevo a la identidad trigonométria, tendremos 64

65 [ os( 2π ( f + 0,5 ( b + 1) f + f + f ) t ) + os( 2 ( f + 0,5 ( b + ) f ) t ) ] p t ) = s( t ) ( t ) = 0,25 A 1 ( 0 i i i π 0 Se usa un filtro paso-banda (ver Figura 4.9) para eliminar la freuenia suma y preservar la freuenia diferenia, dando lugar a una señal de la forma Sd(t) definida: FHSS USANDO MFSK ( 2π ( f + 0,5( b + 1 ) f ) t ),25 Aos i Una ténia de modulaión usual empleada en onjunión on FHSS es la llamada FSK múltiple (MFSK), MFSK utiliza M=2L freuenias diferentes para odifiar L bits de entrada de una vez. La señal transmitida es de la forma: i S i ( t ) = A os 2π f t, 1 i i M donde: f i ( 2 i M ) f d = f + 1 f f d M = = = freuenia portadora. freuenia diferenial. número de elementos de señal dist int o = 2L Para FHSS, la señal MFSK se traslada a una nueva freuenia ada T segundos mediante la modulaión de la señal MFSK on la señal portadora FHSS. El efeto es la traslaión de la señal MFSK al anal FHSS apropiado. Para una veloidad R, la duraión de un bit es T = 1/R segundos y la duraión de un elemento de señal Ts = LT segundos. Si T es mayor o igual que Ts, la modulaión expandida se denomina espetro expandido por salto de freuenia lento; en aso ontrario, se denominará espetro expandido por salto de freuenias rápido. Tabla 4.2 omparativa de tipos de FHSS Espetro expandido por salto de freuenias lento T C T S Espetro expandido por salto de freuenias rápido T C T S Fuente: Wiliam Stalling, Comuniaiones y redes de omputadores Análisis de prestaiones Para el estudio de el FHSS se utilizan un gran número de freuenias, de modo que el Ws es muy superior a Wd una ventaja es que un valor elevado de k (indiador de números de anales 2k) da una gran proteión ontra interferenias, si se tiene un emisor MFSK on anho de banda W de interferenia de ruido de igual anho de banda y una potenia de Sj sobre la freuenia portadora. Entones se puede generar una señal por bit frente a densidad de potenia de ruido por herio. Eb Eb W = N j S j d 65

66 Donde: E = energia dela señal por bit. Nj = denidad de potenia por bit. W b s = anho dela banda total del esquema FHSS. Sj = potenia. También se utiliza un esquema de salto de freuenia, se espera que la interferenia debe de afetar a las 2k freuenias. Para potenias fijas se redue la interferenia en ualquier banda de freuenias a Sj/2k. La ganania en la relaión señal ruido o también llamada ganania de proesamiento, es : k Gp = 2 = W W s d donde: Gp W W s d = = = ganania de proesamiento. anho debandatotal del esquema FHSS. anho debanda de anal. 4.7 APLICACIONES DEL ESPECTRO EXPANDIDO ACCESO MULTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO (CDMA) El término CDMA es desrito por sus siglas en inglés de Code-Division Multiple Aess. Una de las ualidades de las ténias de espetro expandido de aeso múltiple es que presentan la posibilidad de que múltiples señales puedan oupar el mismo anho de banda para transmitir simultáneamente sin interferir unas on otras. Las ténias utilizadas de aeso múltiple de auerdo al texto Sistemas de transmisión, Begoña Aha (2007) son: FDMA (aeso múltiple por división de freuenia). Todos los usuarios pueden aeder al anal de omuniaiones transmitiendo simultáneamente en tiempo, pero utilizando distintas bandas de freuenia. PSD FDMA Tiempo ( a) freuenia Figura 4.10 grafia de aeso múltiple por división de freuenia Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. 66

67 TDMA (aeso múltiple por división de tiempo). Todos los usuarios oupan el mismo anho de banda, pero transmiten seuenialmente en tiempo. PSD TDMA tiempo ( b) freuenia Figura 4.11 Grafia de aeso múltiple por división de tiempo. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. CDMA (aeso múltiple por división de ódigo). Se permite transmitir simultáneamente en tiempo y en freuenia. Se basa en espetro expandido. Para separar a un usuario de otro se le asigna un ódigo únio, que se utiliza para llevar a abo la modulaión de seuenia direta (DS) o de salto de freuenia (FH). PSD CDMA tiempo Figura 4.12 Grafia aeso múltiple por división de ódigo Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Algunas omparativas entre las ventajas de la ténia de aeso múltiple de CDMA sobre las otras las dos ténias son presentadas a ontinuaión en la siguiente tabla. TABLA 4.3 COMPARATIVA DE TECNOLOGÍAS DE ACCESO MÚLTIPLE Tenología Privaidad Canales on Resistenia a desvaneimiento interferenias Flexibilidad Un usuario al que Puede ser se le asigne ese Es fatible de FDMA vulnerada la espaio de interferenia al seguridad más freuenia, tendrá manejarse sobre un fáilmente. una transmisión mismo anal. muy degradada. TDMA Puede ser Sufre el mismo Es fatible de Neesita ( ) freuenia 67

68 CDMA loalizado patrón tiempo el de Provee privaidad en las omuniaiones otorgando un ódigo a un grupo de usuarios autorizados. Si se aree del ódigo, la omuniaión no podrá ser fáilmente intereptada por usuarios no autorizados. efeto que la transmisión por FDMA Si se utiliza un esquema FH/CDMA, es deir, CDMA de salto de freuenia, sólo durante el tiempo en que el usuario salte dentro del rango de freuenias on desvaneimiento, se verá afetada su omuniaión. Por tanto, en CDMA, esa degradaión se omparte entre todos los usuarios interferenia al manejar el mismo intervalo en tiempo. Como CDMA es una apliaión de la modulaión de espetro expandido, omparte su ventaja de ser muho más robusta frente a interferenias. Al ensanhar su anho de banda, la señal expande su potenia en un anho de banda extenso, haiéndose pareer a un ruido. Cuando llega al reeptor y la señal se deodifia, la potenia del interferente es fuertemente reduida, mientras que la de la señal no. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA Y DATOS DEL ESTUDIO DE Begoña Aha (2007) sinronizaión No tiene por qué existir una sinronizaión preisa entre los usuarios que transmitan simultáneamente. La ortogonalidad entre las transmisiones de los usuarios on ódigos diferentes no se ve afetada por variaiones en los tiempos de transmisión. En el siguiente diagrama itado por el autor Begoña Aha (2007), desribe un diagrama de bloque típio de un sistema DS/CDMA. Portadora ( f ) Aos ω 0 Modulador ( t) = A ( t) ( ω t + ( t) ) s1 1 os 0 φ1 2 ( t) s ( t)... N ( t) sn ( t) 2 Demodulador Informaió n Codigo 1 ( t) Codigo 1 ( t) Transmisor Canal Re eptor Figura 4.13 desripión matemátia de un diagrama de bloques. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Begoña Aha (2007) detalla en su artíulo, la desripión matemátia del diagrama de bloques, de este desribe que el bloque número uno, está formado por el modulador, en el se da la modulaión de una portadora y los datos, donde la salida, para un usuario del grupo 1, se muestra en la expresión de s1(t). La forma de onda representada es estándar, no se ha impuesto ningún tipo de restriión en la modulaión que puede ser usada: 68

69 ( t ) = A ( t ) ( ω t + ( t ) ) S1 1 os 0 ϕ1 El siguiente paso onsiste en la multipliaión de la señal modulada por el ódigo de expansión 1(t), perteneiente en este aso al usuario 1, y es la señal resultante 1(t)s1(t) la que se transmite por el anal. Paralelamente, los usuarios de los demás grupos multiplian sus señales por sus propios ódigos de expansión. Comúnmente, ada funión ódigo se mantiene en sereto y su uso es restringido a la omunidad de usuarios autorizados. La señal presente en el reeptor es el resultado de la ombinaión lineal de las señales de ada usuario. Despreiando retrasos en la señal, la ombinaión lineal resulta 1 ( t ) s ( t ) + ( t ) s ( t ) ( t ) s ( t ) N La multipliaión de 1(t) por s1(t) produe una señal uyo espetro es la onvoluión del espetro de s1(t) on el espetro de 1(t). Suponiendo que la señal s1(t) es de banda estreha omparada on 1(t), el produto 1(t)s1(t) tendrá el anho de banda aproximadamente omo el de 1(t). Vamos a suponer que el reeptor se onfigura para reibir los mensajes del grupo 1 de usuarios, tal omo se ha representado en la figura anterior. También se supone que el ódigo generado en el reeptor está perfetamente sinronizado on la señal reibida del grupo 1. La primera parte del reeptor onsiste en la multipliaión de la señal reibida por el ódigo 1(t). La salida de este multipliador estará ompuesta por: Señal deseada: 2 1 ( t ) s ( t ) Señales no deseadas: ( t ) ( t ) s ( t ) + ( t ) ( t ) s ( t ) Si las señales ódigos, { i (t)} se han esogido on propiedades ortogonales, la señal deseada puede ser obtenida perfetamente, suponiendo ausenia de ruido, ya que T 0 2 i 1 N N ( t ) dt = 1 y las señales no deseadas serán rehazadas puesto que T ( t ) ( t ) dt = para i j i j 0 0 En la prátia, los ódigos no son ompletamente ortogonales entre sí, lo que degrada al sistema, limitando el número máximo de usuarios simultáneos CDMA para SS de salto de freuenia En un sistema FH/CDMA ada par transmisor-reeptor tendrá un patrón de salto de freuenia pseudoaleatorio propio. Por lo demás, todos los transmisores y reeptores de todos los usuarios estarán formados por los mismos odifiadores, deodifiadores, moduladores y demoduladores. Los sistemas FH/CDMA se utilizan muho para usuarios móviles debido a que los requerimientos de tiempo no son tan estritos omo en seuenia direta. Como FH onsigue N 69

70 gananias de proesado, y por tanto, anhos de banda, mayores que DS, la apaidad de FH/CDMA es mayor que en DS/CDMA. Uno de los primeros sistemas de CDMA basados en FH se onstruyó para proveer aeso múltiple tátio a las omuniaiones por satélite para terminales móviles pequeños (por tierra, mar y aire), ada uno de los uales transmitía mensajes relativamente pequeños sobre el anal intermitentemente. El sistema se denominó Sistema de Transmisión Tátio (TATS: TAtial Transmission System). 4.8 APLICACIONES TECNOLOGICAS DEL ESPECTRO EXPANDIDO. Las diversas atividades que se desarrollan en el mundo, prinipalmente las enfoadas a la produtividad y ompetitividad están básiamente delineadas por el aprovehamiento del tiempo y efiienia de su apliaión. La pregunta de mayor importania para los fatores produtivos y ompetitivos es Cómo se puede aprovehar el tiempo? Y la siguiente en importania, Cuál es la mejor manera de una omuniaión efiiente, en términos de tiempo? La respuesta más efetiva para estas dos preguntas es: la tenología apliada en términos de omuniaiones en su aspeto de movilidad. La flexibilidad que la movilidad de las omuniaiones ofree es ideal para el aprovehamiento del tiempo, las empresas dediadas y orientadas en la área de las omuniaiones y proesamiento de informaión (empresas de equipos de omputadoras), invierten gran antidad de su apital para equipos de omuniaiones móviles tales omo la telefonía elular, la ual ofree serviios de onetividad on equipo de omputo y apliaiones de software, omputadoras portátiles on diversas apliaiones para mayor veloidad de omuniaión y proesamiento de informaión y la onetividad on Internet móvil que en esta atualidad las empresas busan expandir en todo lugar posible de apliaión omo reepión de señales en movimiento (transmisión y reepión de informaión haia una omputadora), las apliaiones de estas tenologías, son omprendidas en el ambiente empresarial donde el onepto de movilidad esta dando mayor resultado en uanto al aprovehamiento del tiempo y efiienia de ompetitividad, observándose en las tiempos de espera para alguna atividad omo una junta o evitar los traslados de los involurados de diha junta por medio de la videoonferenia. Este nuevo ause de la tenología en términos de movilidad, demanda nuevas estruturas para su apliaión, puesto que las redes de omuniaión omo las redes de ómputo se enuentran ya estruturadas, se da la tendenia de definir oneptos derivados de un análisis de funión. Las redes inalámbrias (WLAN) es una estrutura heha para la apliaión direta de la movilidad, donde los usuarios tienen aeso a la informaión y reursos en tiempo real, sin neesidad de estar físiamente en un solo lugar. Elimina la neesidad del ableado dando una mayor flexibilidad a la red y el aspeto más importante inrementa la produtividad y efiienia en las atividades diarias de la empresa. Un usuario dentro de una red inalámbria puede transmitir y reibir voz, datos y video dentro de edifiios, entre edifiios o ampus universitarios e inlusive sobre áreas metropolitanas a veloidades de hasta 11 Mbps. Muhos de los fabriantes de omputadoras y equipos de omuniaiones omo PDAs (Personal Digital Assistants), módems, miroproesadores inalámbrios, letores de punto de venta y otros dispositivos están introduiendo apliaiones en soporte a las omuniaiones inalámbrias. Las nuevas posibilidades que ofreen las WLANs son permitir una fáil inorporaión de nuevos usuarios a la red, ofreen una alternativa de bajo osto a los sistemas ableados, además de la posibilidad ubiua para aesar ualquier base de datos o ualquier apliaión loalizada dentro de la red. A ontinuaión se resumen algunas de estas ventajas de las WLANs, onernientes a produtividad, onvenienia y osto. 70

71 4.8.1 Apliaiones de la tenología CDMA "Code Division Multiple Aess" (CDMA) es la tenología digital inalámbria más moderna que ha abierto la puerta a una nueva generaión de produtos y serviios de omuniaión inalámbria. Utilizando odifiaión digital y ténias de freuenias de radio de espetro amplio (RF), CDMA provee una mejor alidad de voz y más privaidad, apaidad y flexibilidad que otras tenologías inalámbrias. El CDMA permite que ada estaión transmita en el espetro ompleto de freuenia todo el tiempo. Las transmisiones múltiples simultáneas se separan usando la teoría de odifiaión. El CDMA supone que las señales múltiples se suman linealmente. En CDMA, ada tiempo de bit se subdivide en m intervalos ortos llamados hips. Comúnmente hay 64 o 128 hips por bit, pero en el ejemplo dado a ontinuaión usaremos por failidad 8 hips/bit. A ada estaión se asigna un ódigo únio de m bits, o seuenia de hips. Para transmitir un bit 1, una estaión envía su seuenia de hips; para transmitir un bit 0, envía el omplemento a 1 de su seuenia de hips. No se permiten otros patrones. Por tanto, para m=8, si la estaión A tiene asignada la seuenia de hips , envía un bit transmitiendo , y un bit 0 enviando El aumento en la antidad de informaión a ser enviada de b bits/seg a mb hips/seg sólo puede lograrse si el anho de banda disponible se inrementa por un fator de m, haiendo de CDMA una forma de omuniaión de espetro amplio (suponiendo que no hay ambios en la ténia de modulaión ni de odifiaión). Si tenemos una banda de 1 MHz disponible para 100 estaiones, on FDM ada una tendría 10 KHz y podría enviar a 10 kbps (suponiendo 1 bit por Hz). Con CDMA, ada estaión usa la totalidad del 1 MHz, por lo que la razón de hips es de 1 megahip por segundo. Con menos de 100 hips por bit, el anho de banda efetivo por estaión es mayor para CDMA que para FDM y se resuelve también el problema de reparto del anal. En un sistema CDMA ideal sin ruido, la apaidad (es deir el número de estaiones) puede haerse arbitrariamente grande, de la misma manera que puede haerse arbitrariamente grande la apaidad de un anal Nyquist sin ruido usando más y más bits por muestra. En la prátia, las limitaiones físias reduen onsiderablemente la apaidad. Primero se ha supuesto que todos los hips están sinronizados en el tiempo. En realidad esto es imposible. Lo que puede haerse es que el transmisor y el reeptor se sinronien pidiendo al transmisor que envíe una seuenia de hips onoidas, de longitud sufiiente, a la que se pueda enganhar el reeptor. Todas las demás transmisiones no sinronizadas son vistas entones omo ruido aleatorio. Cuanto mayor es la seuenia de hips, mayor es la probabilidad de detetarla orretamente en presenia de ruido. Si se desea seguridad extra, la seuenia de bits puede usar un ódigo de orreión de errores. Las seuenias de hips nuna utilizan ódigos de orreión de errores. Los benefiios del uso de la tenología para los usuarios en asuntos de alidad y seguridad son los siguientes: Calidad en omuniaión de voz: CDMA proporiona una alidad de voz buena, la ual se ompara on la omuniaión físia de una línea alambria, (onsiderando que CDMA la apliamos para omuniaiones inalámbrias), realiza un filtrado de ruido de fondo e interferenia y el resultado es la mejora de la privaidad y alidad de la llamada. Menos onsumo de energía y mayor tiempo de uso: Los teléfonos de tenología CDMA, utilizan un onsumo de energía muho menor que los teléfonos que no uentan on esta 71

72 tenología, dándonos omo resultado el uso de baterías más pequeñas lo ual proporiona a los fabriantes la apaidad de produir teléfonos más pequeños, otras de las ventajas se enuentra en el tiempo mas prolongado en las llamadas realizadas y tiempo en espera. Menos llamadas interrumpidas: CDMA inrementa la apaidad del sistema, eliminando señales de oupado, llamadas que se ruzan y llamadas interrumpidas por un ongestionamiento del sistema y en aspetos de privaidad redue onsiderablemente la alteraión de llamadas o interrumpidas en el periodo de realizaión. Seguridad y privaidad: Las transmisiones de espetro expandido y odifiadas digitalmente de CDMA son intrínseamente resistentes a los intrusos y otros tipo de fraude. Los benefiios para los proveedores son estos: Mayor apaidad del sistema: CDMA provee una apaidad de vees en omparaión on las tenologías análogas inalámbrias; y tres vees la apaidad de las demás tenologías digitales, permitiendo a los proveedores de serviios mayor antidad de subsriptores y serviios inalámbrios. Cobertura más amplia: CDMA mejora la obertura al aire libre y loalidades enerradas, las redes CDMA redue el uso de eldas en omparaión on las demás tenologías inalámbrias por lo ual los proveedores reduen onsiderablemente sus ostos en adquisiión, mantenimiento y operaión onsiderando equitativamente los ostos ofreidos a los usuarios Ventajas de WLANs sobre las redes alámbrias, organismos y tenologías. Movilidad: Las redes inalámbrias pueden proveer a los usuarios de una LAN aeso a la informaión en tiempo real en ualquier lugar dentro de la organizaión. Esta movilidad inluye oportunidades de produtividad y serviio que no es posible on una red alámbria. Simpliidad y rapidez en la instalaión: La instalaión de una red inalámbria puede ser tan rápida y fáil y además que puede eliminar la posibilidad de tirar able a través de paredes y tehos. Flexibilidad en la instalaión: La tenología inalámbria permite a la red ir donde la alámbria no puede ir. Costo de propiedad reduido: Mientras que la inversión iniial requerida para una red inalámbria puede ser más alta que el osto en hardware de una LAN alámbria, la inversión de toda la instalaión y el osto del ilo de vida puede ser signifiativamente inferior. Los benefiios y ostos a largo plazo son superiores en ambientes dinámios que requieren aiones y movimientos freuentes. Esalabilidad: Los sistemas de WLANs pueden ser onfigurados en una variedad de topologías para satisfaer las neesidades de las instalaiones y apliaiones espeifias. Las onfiguraiones son muy fáiles de ambiar y además es muy fáil la inorporaión de nuevos usuarios a la red. Las tenologías apliadas en las redes inalámbrias dependen de su apliaión, de las uales tenemos tres fundamentales: Infrarrojo (infrared). Banda angosta (Narrowband). Espetro Extendido (Spread Spetrum) 72

73 Infrarrojo Los sistemas de omuniaión por infrarrojo utilizan muy altas freuenias, justo abajo del espetro de la luz visible para transportar datos. Como la luz, el infrarrojo no puede penetrar objetos opaos. El alto desempeño del infrarrojo direto es imprátio para usuarios móviles pero su uso es prátiamente para onetar dos redes fijas. Banda Angosta Un sistema de radio de banda angosta transmite y reibe informaión en radio freuenia espeífia. La banda amplia mantiene la freuenia de la señal de radio tan angostamente posible para pasar la informaión. El ruzamiento no deseado entre anales es evitado al oordinar uidadosamente diferentes usuarios en diferente anal de freuenia. La desventaja de esta tenología es el uso amplio de freuenias, uno para ada usuario, lo ual es imprátio si se tienen muhos. Espetro extendido La gran mayoría de los sistemas inalámbrios emplean la tenología de Espetro Extendido (Spread Spetrum), una tenología de banda amplia que provee omuniaiones seguras, onfiables y de misión ritia. La tenología de Espetro Extendido está diseñada para interambiar efiienia en anho de banda por onfiabilidad, integridad y seguridad. Es deir, más anho de banda es onsumida on respeto al aso de la transmisión en banda angosta, pero el anho de banda/potenia produe una señal que es en efeto más fuerte y así más fáil de detetar por el reeptor que onoe los parámetros de la señal de espetro extendido que está siendo difundida. Si el reeptor no está sintonizado a la freuenia orreta, una señal de espetro extendido se miraría omo ruido en el fondo. Otra araterístia del espetro disperso es la reduión de interferenia entre la señal proesada y otras señales no eseniales o ajenas al sistema de omuniaión. Para tener una apliaión verifiquemos la tabla de espeifiaiones de las WLAN: Tabla 4.4 de espeifiaiones de la WLAN Espeifiaión Estatus Máxima tasa de bits Freuenia de operaión IEEE Utilizado por la mayoría de fabriantes de WLANs 2 Mbps 2.4 GHz IEEE b Espeifiaión reiente 11 Mbps 2.4 GHz IEEE a En desarrollo 24? 54 Mbps 5.0 GHz HiperLAN Desarrollado por ETSI 24 Mbps 5.0 GHz Bluetooh Promovido por 3Com, Erison, IBM, Intel Mirosoft, Motorola, Nokia y Toshiba. IEEE: Institute of Eletrial and Eletroni Engineers ETSI: European Teleomuniations Standards Institute 1 Mbps 2.4 GHz Debido al gran reimiento de las redes inalámbrias han surgido nuevas organizaiones en esta industria, las uales se enargan de proponer estándares y definir nuevas tenologías. Se pueden dividir estas organizaiones en tres ategorías: alianzas de tenología, organizaiones de estándares y asoiaiones de la industria. 73

74 Alianzas de tenología: Típiamente, una alianza de tenología está formada para introduir al merado una tenología o protoolo espeífio y proveer interoperatibilidad y ertifiaión de produtos de diferentes ompañías que utilizan esa tenología o protoolo. Ejemplos de este tipo de organizaiones están las siguientes: Bluetooth SIG: basado en la espeifiaión Bluetooth TM espeifiaión que utiliza la tenología de radio para proveer onetividad a Internet a bajo osto a omputadoras portátiles, teléfonos móviles o otros dispositivos portátiles. HiperLAN1, HiperLAN Alliane e HiperLAN2 Global Forum: organizaiones europeas que utilizan enlaes de radio de alto desempeño a freuenias en el rango de 5 GHz. HomeRF: Basada en una espeifiaión para omuniaiones inalámbrias en hogares onoida por sus siglas en inglés SWAP (shared wireless aess protool). El HRFWG (homerf Working Group) fue fundado para proveer los imientos para un amplio rango de dispositivos al estableer una espeifiaión abierta a la industria para omuniaiones digitales inalámbrias entre PCs y dispositivos doméstios alrededor de los hogares. OFDM: Esta organizaión está basada básiamente en una tenología patentada onoida omo W-OFDM (Wide-band orthogonal freueny división multiplexing). WLI forum: WLIF estableió un estándar interoperable en 1996 onoido omo OpenAir, el estándar está disponible a ualquier ompañía que se une al Forum. OpenAir es una tenología de espetro extendio on salto en freuenia a 2.4 GHz WECA: La misión de la WECA (Wireless Ethernet Compatibillity Alliane) es ertifiar la interoperatibilidad del estándar onoido omo Wi-Fi TM que es una versión de alta veloidad del estándar b de la IEEE. Organizaiones de estándares: Este tipo de organizaiones rean, definen y proponen estándares internaionales ofiiales abiertos a la industria a través de un proeso abierto a todas las ompañías. Ejemplos de estas organizaiones: La IEEE (Institute of Eletrial and Eletronis Engineers) y La ETSI (European Teleommuniations Standards Isntitute) Asoiaiones de la industria: estas organizaiones son readas para promover el reimiento de la industria a través de eduaión y promoión, proveyendo informaión objetiva sobre la industria en general, tenologías, tendenias, organizaiones, oportunidades independientemente de la tenología. La organizaión más importante en esta ategoría es la WLANA (Wireless LAN Assoiation) uya misión es ayudar y fomentar el reimiento de la industria a través de la eduaión que puede ser araterizada por asoiaiones industriales y omeriales. Organizaiones omo estás promueven la ompetenia y avanes tenológios lo ual signifia mejores soluiones para los usuarios de redes inalámbrias e inrementar el reimiento de la industria. La fuerza del merado deidirá el valor de ada organizaión. 4.9 SEGURIDAD EN REDES. Las redes de omuniaión son diversas en uanto a los aspetos de los sistemas impliados, tales omo los sistemas omputaionales, y los sistemas de telefonía, independientemente de los enfoques en los que son utilizados. En ambos sistemas tenemos en omún un elemento de vital importania, que es la informaión, que se genera, proesa y almaena en dihos sistemas de auerdo a su naturaleza. Los sistemas de omuniaión al haerlos interatuar entre otros sistemas, se rean las redes de omuniaión, las uales están destinadas a la transmisión y reepión de la informaión la ual es el motivo de los sistemas tan omplejos, para su proesamiento. 74

75 La informaión siendo el elemento de vital importania debe ser efiaz en su onsulta, generaión o proesamiento también inluido transmisión y reepión de la misma, por lo tanto el sistema de omuniaión que se destine para diho fin debe proporionar seguridad en los aspetos generales de la informaión, estos sistemas de omuniaión (prinipalmente sistemas de omputaión) interatúan para formar redes de omuniaión para proporionar seguridad a la informaión, por lo ual es neesario onoer que es la seguridad de un sistema y omo onseguirla a través de polítias que proporione esta seguridad tan neesaria para la onfiabilidad de las omuniaiones SEGURIDAD Podemos entender esta definiión omo una araterístia de ualquier sistema que nos india que ese sistema esta libre de todo peligro, daño o riesgo, y que en ierta manera, infalible. Como esta araterístia tan partiular es difíil de onseguir en las redes de omputadoras y sus respetivos sistemas operativos y dispositivos, definimos un onepto mas real on respeto a las apliaiones de la omuniaión, que es la fiabilidad entendida omo la probabilidad de que un sistema se omporte tal y omo se espera de él, por lo tanto podemos hablar de sistemas o redes de omuniaión fiables. Podemos entender que mantener un sistema o red de omuniaión fiable onsiste en tres aspetos: Confidenialidad. Integridad. Disponibilidad. La onfidenialidad nos die que los objetos de un sistema han de ser aedidos úniamente por elementos autorizados a ello, y que esos elementos autorizados no van a onvertir esa informaión en disponible para otras entidades. En el aso de las redes de omputadoras la informaión podrá ser utilizada úniamente por los elementos de diha red (omputador usuario dado de alta en el dominio de la red) y no podrá ser autorizada para otra red o omputador usuario (al menos que se disponga de esa manera). La integridad signifia que la informaión sólo puede ser modifiada por elementos autorizados, y de una manera ontrolada. La disponibilidad india que la informaión de la red de omputadoras tiene que permaneer aesibles a elementos autorizados; es el ontrario de la negaión de serviio. Puesto que estos son tres aspetos de la fiabilidad de los sistemas de omuniaión, los debemos onsiderar para la generaión de las polítias de seguridad, si definimos un sistema de omuniaión en base a la informaión que proesa una omputadora, rearemos los sistemas omputaionales, los uales nos dan las redes informátias al interatuar tales sistemas. Entones podemos definir lo que se onoe omo seguridad informátia y lo que implia este termino SEGURIDAD INFORMATICA La seguridad informátia generalmente onsiste en asegurar que los reursos del sistema de informaión (material informátio o programas) de una organizaión sean utilizados de la manera que se deidió y que la informaión que se onsidera importante no sea fáil de aeder por ualquier persona que no se enuentre areditada. 75

76 Para diho fin debemos onsiderar tres aspetos que sugieren una plataforma de direión en la elaboraión de la seguridad informátia la ual nos servirá para la seguridad de una red o sistema de omuniaión, los uales son: Ativos. Análisis de riesgos. Polítia de seguridad. Ativos Los ativos son los elementos que la seguridad informátia tiene omo objetivo proteger. Son tres elementos que onforman los ativos: Informaión: Es el objeto de mayor valor para una organizaión, el objetivo es el resguardo de la informaión, independientemente del lugar en donde se enuentre registrada, en algún medio eletrónio o físio. Equipos que la soportan. Software, hardware y organizaión. Usuarios: Individuos que utilizan la estrutura tenológia y de omuniaiones que manejan la informaión Análisis de riesgos El ativo más importante que se posee es la informaión y, por lo tanto, deben existir ténias que la aseguren, más allá de la seguridad físia que se estableza sobre los equipos en los uales se almaena. Estas ténias las brinda la seguridad lógia que onsiste en la apliaión de barreras y proedimientos que resguardan el aeso a los datos y sólo permiten aeder a ellos a las personas autorizadas para haerlo. En la seguridad informátia se toma en uenta que lo que no se permite debe estar prohibido y esto es lo que debe haer ésta seguridad lógia. Los objetivos para onseguirlo son: 1. Restringir el aeso (de personas de la organizaión y de las que no lo son) a los programas y arhivos. 2. Asegurar que los operadores puedan trabajar pero que no puedan modifiar los programas ni los arhivos que no orrespondan (sin una supervisión minuiosa). 3. Asegurar que se utilien los datos, arhivos y programas orretos en/y/por el proedimiento elegido. 4. Asegurar que la informaión transmitida sea la misma que reiba el destinatario al ual se ha enviado y que no le llegue a otro. 5. Asegurar que existan sistemas y pasos de emergenia alternativos de transmisión entre diferentes puntos. 6. Organizar a ada uno de los empleados por jerarquía informátia, on laves distintas y permisos bien estableidos, en todos y ada uno de los sistemas o apliaiones empleadas. 7. Atualizar onstantemente las ontraseñas de aesos a los sistemas de omputo Polítia de seguridad Generalmente se oupa exlusivamente a asegurar los derehos de aeso a los datos y reursos on las herramientas de ontrol y meanismos de identifiaión. Estos meanismos permiten saber que los operadores tienen sólo los permisos que se les dio. 76

77 La seguridad informátia debe ser estudiada para que no impida el trabajo de los operadores en lo que les es neesario y que puedan utilizar el sistema informátio on toda onfianza. Por eso en lo referente a elaborar una polítia de seguridad, onviene: 1. Elaborar reglas y proedimientos para ada serviio de la organizaión. 2. Definir las aiones a emprender y elegir las personas a ontatar en aso de detetar una posible intrusión 3. Sensibilizar a los operadores on los problemas ligados on la seguridad de los sistemas informátios. Los derehos de aeso de los operadores deben ser definidos por los responsables jerárquios y no por los administradores informátios, los uales tienen que onseguir que los reursos y derehos de aeso sean oherentes on la polítia de seguridad definida. Además, omo el administrador suele ser el únio en onoer perfetamente el sistema, tiene que derivar a la diretiva ualquier problema e informaión relevante sobre la seguridad, y eventualmente aonsejar estrategias a poner en marha, así omo ser el punto de entrada de la omuniaión a los trabajadores sobre problemas y reomendaiones en término de seguridad Ténias de aseguramiento del sistema 1. Codifiar la informaión: Criptología, Criptografía y Criptoienia, 2. Contraseñas difíiles de averiguar a partir de datos personales del individuo. 3. Vigilania de red. 4. Tenologías repelentes o protetoras: ortafuegos, sistema de deteión de intrusos - anti-spyware, antivirus, llaves para proteión de software, et. Mantener los sistemas de informaión on las atualizaiones que más impaten en la seguridad Serviios y meanismos de seguridad. Hasta este momento hemos definido la onfidenialidad e integridad de la informaión, ahora es neesario en estos aspetos desribir los problemas asoiados a la onfidenialidad e integridad de la informaión, autentifiaión y serviio de gestión de laves y veremos la apliaión de la tenología de espetro expandido en forma prátia. La veloidad a la que irulan los datos en una red de banda anha es muy elevada, lo ual supone que el proeso de ifrado de datos deba ser muy rápido; de otra forma onstituiría un uello de botella y se perderían tramas. En onseuenia, paree evidente que se preisa un ifrador que trabaje a veloidades muy elevadas. Atualmente, los ifradores en flujo pareen ser la mejor opión para onseguir implementaiones rápidas de los serviios que deben apliarse sobre la informaión sensible (onfidenialidad, integridad, autentiidad,...). Las ténias de ifrado en flujo onsisten en generar una seuenia pseudoaleatoria (PN) que se suma al mensaje (módulo 2), y así se obtiene el texto ifrado. La misma seuenia pseudoaleatoria se genera en el reeptor, y al sumarle el texto ifrado se obtiene el mensaje en laro. Como se ha diho anteriormente, determinadas apliaiones omo audio y video pueden ser no fiables (no inorporar meanismos de orreión de errores durante la transmisión), de modo que no se garantiza el orden ni la llegada de todas las tramas. En tales irunstanias, si se seleiona un ifrador en flujo, debería ser apaz de trabajar en modo autosinronizante. La siguiente figura muestra el esquema de un ifrador en flujo asínrono y un ifrador autosinronizante. 77

78 Figura 4.14 ifrado sinrono y autosinronizante. Fuente: Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Una de las araterístias de los ifradores sínronos es que si se pierde un bit en el texto ifrado, el mensaje restante a partir de diho bit se reibirá inorretamente. Sin embargo, en los ifradores autosinronizantes la seuenia pseudoaleatoria depende del texto ifrado, permitiendo que uando hay pérdidas el sistema sea apaz de reuperarse al abo de n bits, siendo n la memoria del ifrador Gestión de laves. Las ténias de ifrado en flujo requieren laves para proteger los datos. Estas laves denominadas de sesión, deben ser negoiadas entre los dos terminales antes de estableer una omuniaión segura. Además, estas laves deben ser renovadas ada ierto tiempo para dar mayor robustez al sistema, siguiendo una polítia de seguridad. En onseuenia, es preiso un protoolo de gestión de laves para estableer omuniaiones seguras. Las prinipales onsideraiones que debe satisfaer diho protoolo son las posibles amenazas que puede sufrir el sistema de seguridad en uestión, y la arquitetura del sistema. Entre los distintos requisitos podríamos itar los Siguientes: Confidenialidad de laves: Las laves deben mantenerse seretas durante su Transmisión. Deteión de modifiaiones : Cualquier modifiaión realizada por un usuario no autorizado debe ser detetada. Deteión de repetiiones. Un posible ataque onsiste en la réplia de tramas, on el objetivo de onseguir la ejeuión de un mismo proeso más de una vez. Cualquier repetiión ilíita de tramas debe ser detetada por el protoolo. Básiamente existen tres meanismos para detetar réplias: ontadores, maras temporales, y retos, siendo esta última ténia la más aonsejable espeialmente en entornos de área extendida, donde la presenia de ontadores o la neesidad de sinronismo de reloj es poo prátia. Autentiidad de origen: La identidad del emisor del mensaje debe ser verifiada. La veloidad del proeso de gestión de laves no es tan importante omo la del proeso de ifrado de informaión, ya que la lave de sesión se negoia off-line. Esta araterístia permite la opión de riptosistemas de lave públia failitando la gestión 78

79 y reduiendo el número de laves del sistema SUPRESIÓN DE EL EFECTO DE MULTITRAYECTORIA En muhos anales de radio, la señal transmitida alanza al reeptor por más de un amino, esto debido a las irregularidades del terreno o medio, ya hemos abarado en este estudio los efetos multitrayetoria oasionados en medios urbanos y suburbanos un ejemplo de esto, en un medio urbano se da en las omuniaiones móviles donde las reflexiones en edifiios, árboles, vehíulos, señalizaiones entre otros obstáulos, produen aminos indiretos, oasionando que al reeptor lleguen las señales provenientes de los aminos indiretos y del direto. La ontribuión de los aminos indiretos puede ser destrutiva o onstrutiva. La interferenia ausada por el amino indireto se denomina interferenia multitrayetoria o multitrayeto. La variaión en la amplitud de la señal reibida se denomina desvaneimiento uando la interferenia es destrutiva, ya que la señal se desvanee uando se suman las interferenias. En anales de desvaneimiento lento podemos ombatir los efetos del multitrayeto apliando espetro expandido. Lo vemos para los dos tipos de SS: Seuenia direta (DS/SS): Si las señales reflejadas a la entrada del reeptor están retrasadas omparado on la señal del amino direto por más de una duraión de hip del ódigo PN, las señales reflejadas son tratadas por el filtro adaptado omo ualquier otra señal no orrelaionada o interferenia. Por tanto, uanta más alta sea R del ódigo PN, menor será la degradaión debido a multitrayeto. Salto de freuenia (FH/SS): El efeto de multitrayeto se disminuye haiendo que la portadora de freuenia de la señal transmitida ambie sufiientemente rápido en relaión on el retraso de tiempo diferenial entre la señal deseada y las señales indeseadas. De esta forma toda o asi toda la energía del multitrayeto, en media, aerá en slots de freuenia que son ortogonales al slot oupado en ese momento por la señal deseada, y la degradaión se minimizará. 79

80 CAPITULO 5 COMPARACIÓN DE TECNOLOGÍAS EQUIVALENTES. Para este apítulo se meniona una omparativa de tenologías equivalentes omo son las tenologías fijas por medios de obre y las de medios inalámbrios on tenologías de espetro expandido, realizada por la Universidad de Ataama [12] y un estudio de omparativo de tenologías [11] de donde se estableen los parámetros que ofreen una tenología por radio y las ventajas sobre de tenologías de transmisión de obre. Posteriormente inluimos un análisis realizado en el CIECAS del IPN, donde se analizan las patentes residentes (empresas y entros naionales de investigaión) y no residentes (empresas transnaionales radiadas en Méxio) del área inalámbria y dentro de la espeialidad de Espetro Expandido. Confrontado on las apaidades tenológias del IPN-ESIME, lo que denota una disontinuidad en la atividad. Posteriormente generamos un análisis del setor y observamos el reimiento de las tenologías inalámbrias en setores omo el privado, pero observamos el omportamiento asi uniforme del gobierno, lo que abre la pauta para identifiar los mejores merados. Además inluimos un modelo de implementaión tenológia de Bell y Pavitt (1992) [8], que va desde la adquisiión de apaidades tenológias hasta onluir en la apaidad de produión de una empresa. Modelo que nos paree de gran importania en nuestro diseño de estrutura de implementaión, ya que estamos onvenidos en base a nuestra experienia profesional que una buena implementaión tenológia llega a serlo a partir de una buena estratégia integral de aumulaión tenológia, implementaiones de estrategias de marketing en funión del onoimiento de las tendenias que rigen los merados y no úniamente a partir de una buena tenología. 80

81 5.1 COMPARATIVAS DE TECNOLOGÍAS SUSTITUTAS La ompetenia originada en la liberaión de los merados de teleomuniaiones ha generado que los operadores busquen enontrar soluiones a las limitaiones propias de la red de obre onvenional, omo los periodos prolongados y tediosos de instalaión, los altos ostos de las obras de infraestrutura o la planifiaión que requiere una estimaión de la demanda para tener menor riesgo durante las inversiones o los altos ostos de mantenimiento. Existen algunos artíulos realizados en las Universidad de Ataama Chile (2002) [12] y Un estudio de omparativo de tenologías [11] donde se estableen omparativas entre tenologías equivalentes vía obre y por medios inalámbrios. Donde se meniona que el aeso fijo para serviios de voz y datos vía radio es una soluión que presenta omo prinipal ventaja menor osto, ya sea para los operadores tradiionales, omo para aquellos dediados a proporionar serviios de teleomuniaiones alternativos utilizando omo una ventaja ompetitiva los ortos plazos de instalaión, por tanto también se pueden ofreer menor osto por línea, una disminuión onsiderable en los ostos de riesgos en la inversión, la fáil reestruturaión de redes de los sistemas instalados además de un bajo osto para soluiones temporales y menores ostos de mantenimiento. Un sistema de aeso vía radio que ompita on los serviios que se ofreen por medio de un par de obre, debe reunir los siguientes requisitos mínimos: Arquitetura flexible Elevada disponibilidad Efiiente uso del espetro de radio, Calidad de serviio previsible Inmunidad a las interferenias Alto nivel de privaidad Fáil instalaión. Existe un reiente merado que genera este tipo de sistemas, algunos fabriantes de equipos de radio han omenzado a modifiar y adaptar sus sistemas, originalmente diseñados para apliaiones distintas a este género, para poder ompetir también en el área de aeso fijo. Entones podemos enontrar en el medio diferentes lasifiaiones de ofertas de sistemas inalámbrios estos se pueden dividir en: Movilidad limitada (ordless) que fueron iniialmente reados para dar serviio en el área del domiilio del abonado, estos son sistemas de banda estreha, por el uso que se les da, son poo inmunes a los trayetos múltiples de radio generados en el ámbito urbano, esto representa una desventaja respeto a otras tenologías que si ataan el medio urbano, que es el sitio donde las omuniaiones por su naturaleza se masifian, además requieren de una onsiderable antidad de estaiones base para lograr una obertura a típios esenarios extensos o de alta densidad de abonados, lo ual tiene el efeto negativo de elevar los ostos de instalaión de este tipo de sistemas. En las omuniaiones de tipo móvil fueron iniialmente diseñados para dar ompleta movilidad al abonado algunas de estas redes son IS-95, DS CDMA, TDMA. Los sistemas de este estilo normalmente neesitan de una entral de onmutaión asoiada, por lo ual neesitan de altos ostos de infraestrutura entralizada y de estaiones base muy ostosas. 81

82 Además onsiderando el enfoque de que el abonado de serviio móvil busa pagar el preios en alidad de serviio y anjearlo por tener movilidad, estos sistemas pueden tener un margen mayor para negoian en forma dinámia la apaidad del sistema on la alidad de la señal de voz y datos, esto no ontradie a la alidad que se obtiene en una omuniaión por medio de un par de obre, la ual esta ondiionada ha estar siempre en el mismo rango de alidad. Las apliaiones en la miliia, han sido desarrolladas en un prinipio para ser utilizados en este ampo, diseñados para operar on una total seguridad independientemente del terreno. Tenologías omo la FH-CDMA, fue desarrollada para ser inmune a las interferenias y poseer una alta privaidad, on una total robustez en la medio aéreo y on mínimo uso de espetro de radio. La tenología FH-CDMA, fue desarrollada en los 50 s y las versiones existentes atualmente en el merado permiten instrumentarla on ostos de diseño he instalaión sumamente inferiores en omparaión a los que se tenían en aquel entones, esto ha failitando su aeso al merado de los serviios de teleomuniaiones iviles. Los serviios de voz y datos tátios en medios hostiles de atividades militares fueron la ausa de su reaión en un prinipio, el sistema de radio de este tipo, lleva implíita una tenología madura y probada en tres déadas, lo que permite dar una garantía de serviio efiiente para ualquier operador de teleomuniaiones. Este sistema es llamado de espetro expandido y solo una mínima fraión de la informaión es transmitida en una freuenia determinada en un instante preiso, eso hae que ualquier perturbaión eletromagnétia en el medio, o ambios transitorios de las ondiiones de propagaión, no afeten la informaión total, que además es redundante. Además la tenología de espetro expandido está equipada on elementos omo la diversidad en tiempo que permiten transmitir la informaión en intervalos de tiempo y freuenia diferentes, esta interfaz es muy útil en los asos en que no existe una ausenia de línea de visión ó LOS. Las unidades de abonado de este tipo de tenología uentan on un ontrol de ganania que permite dar serviio a abonados que se enuentran próximos a una estaión base, pero también a aquellos que se enuentran a una distania aproximada de 15 Km. ó más de la misma estaión, esto sin estableer una diferenia en la alidad y tipo de serviio ofreido por el sistema en el que en donde también en todos los asos es independiente del nivel de trafio de la línea o anho de banda utilizado. Una de sus mayores ventajas es el alane que pueden tener sus estaiones base, por lo ual se requiere un mínimo número de ellas, son muy útiles para dar serviio de alto tráfio, en extensas áreas rurales, en esenarios urbanos densamente habitados, esto oasiona un ahorro en los medios de transmisión desde la entral de onmutaión hasta las estaiones base. Este tipo de sistema tiene asoiada la funión de Spread Spetrum o espetro expandido, por tal motivo sus saltos en freuenias se realiza en pasos de 1 MHz, permitiendo el uso de espetro ontinuo o disontinuo, normalmente se introdue un ódigo seudo aleatorio para definir la freuenia a la ual saltara el emisor y el reeptor y así se puede utilizar en segmentos del anho de banda que se enuentran libres de uso. También utiliza TDD (Dominio del Tiempo Biplexado), para haer uso de la misma freuenia para transmitir de la estaión base al abonado y vieversa. Sin lugar a dudas es una implementaión muy útil y efiiente ya que en las tenologías tradiionales se emplean dos anales uno para reibir informaión y otra para transmitirla. Cuando se requieren de expansiones del sistema debido al tráfio o por inremento de abonados, se soluionan en la tenología FH/CDMA añadiendo transeptores, pues ada uno de estos al instalarse proporiona 8 anales de omuniaión. Así se obtienen 8, 16, 24, 32, hasta 82

83 640 anales de omuniaión simultáneos para servir a un grupo de abonados y alulándose el tráfio. Otra ventaja de estos sistemas es que no requieren de un anho de banda fija, además pueden utilizar según los requerimientos de un esenario desde 7 MHz hasta 80 MHz, esto implia que no tiene limitaiones de reimiento en un medio de omuniaiones. Un ejemplo itado en el análisis de la Universidad de Ataama sobre esta tenología puede ser un anho de banda de 20 MHz la tenología FH-CDMA que proporiona 160 anales de omuniaión y de la misma alidad de un par de obre, pero muy superior a lo ofreido por otras tenologías omo la móvil. En la tabla se realiza una omparaión sobre las tenologías sustitutas, que pueden ompetir on el produto a desarrollar, se presentan sus bondades e inonvenientes. Los riterios estableidos para evaluar y estableer una omparativa tenológia son: Arquitetura flexible, Elevada disponibilidad, Efiiente uso del espetro de radio, Calidad de serviio previsible, Inmunidad a las interferenias, Alto nivel de privaidad y Fáil instalaión. TABLA 5.1 COMPARATIVA DE TECNOLOGÍAS SUBSTITUTAS Y SUS PRESTACIONES CRITERIOS COMPARATIVOS Arquitetura flexible Elevada disponibilidad COMUNICACIONES POR COBRE COMUNICACIONES MOVILES BAJA INTERMEDIA ALTA ALTA BAJA ALTA COMUNICACIONES POR ESPECTRO EXPANDIDO Efiiente uso del espetro de radio INTERMEDIA BAJA/INTERMEDIA ALTA Calidad de serviio previsible ALTA BAJA/INTERMEDIA ALTA Inmunidad a las interferenias ALTA BAJA ALTA Alto nivel de privaidad INTERMEDIA/BAJA BAJA ALTA Fáil instalaión BAJA INTERMEDIA/BAJA ALTA/INTERMEDIA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. Para el análisis de la tabla debe de onsiderarse que la esala baja representa el punto de menor onvenienia para el usuario de esta tenología y el punto mayor benefiio se enuentra en el punto desrito omo alta. 83

84 5.2 EJERCICIO DE REVISIÓN DE CAPACIDADES TECNOLÓGICAS DEL IPN ESIME Para nuestro estudio de redes inalámbrias on espetro expandido en freuenia se identifian a manera de ejeriio, las siguientes apaidades tenológias desarrolladas en el IPN ESIME. TABLA 5.2 IDENTIFICACIÓN DE CAPACIDADES TECNÓLOGICAS DEL IPN ACTIVIDADES DE DESARROLLO DEL INSTITUTO Diseño de emisores y reeptores de omuniaión analógio digital Desarrollo de tos. Eletrónios Cursos de odifiaión e enriptaión de datos CONOCIMIENTO DESARROLLADO Diseño de antenas Diseños espeífios en moduladores y demoduladores Modelos de enriptaión odifiaión de datos TÉCNICAS APLICADAS AL ESPECTRO EXPANDIDO Análisis de espetros y patrón de radiaión Análisis de iruitos eletrónios Esquemas de odifiaión pseudoaleatoria FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA EXPERIENCIA OBTENIDA EN EL CAMPO DE ESPECIALIDAD Apliaiones a redes de omuniaiones, inalámbrias y por fibra óptia Implementaión en tos espeiales para apliaiones de omuniaión digital y analógia. Ninguna 5.3 ESTUDIO DE PATENTES En el trabajo Estudio de fatibilidad de un anal inalámbrio realizado por Luna, Vazquez y Beerril (2007), se realiza una revisión de las atividades ientífias tenológias en torno a la espeialidad de espetro Expandido. En este se analizan las patentes residentes y no residentes dentro de nuestro país relaionadas a la tenología de Espetro Expandido. Los resultados de este estudio verifian que la tenología de espetro expandido si bien es onoida y utilizada por transnaionales, no es utilizada a favor de las instituiones y empresas naionales ANÁLISIS DE PATENTES DE RESIDENTES Y NO RESIDENTES De las definiiones útiles para este estudio entiéndase a las patentes residentes omo las patentes realizadas por empresas o instituiones naionales y las patentes no residentes omo las patentes hehas por empresas extranjeras estableidas en Méxio. En la siguiente tabla se analizan las patentes de un grupo onformado por ohenta y dos patentes de la base de patentes de Méxio BANAPANET(Bano Naional de Patentes en Internet), de las uales identifiamos que el 100% han sido llevadas a abo por no residentes. A partir de esta aseveraión podemos disernir dos osas: a) El desarrollo tenológio de esta área se ha dado a partir de los últimos ino años, aun no existen empresas naionales que hayan patentado. b) Todos nuestros ompetidores son empresas multinaionales, distinguiéndose de entre ellas QUALCOMM INCORPORATED on 33 patentes. 84

85 TABLA 5.3 PATENTES DE TECNOLOGÍA INALAMBRICA TABLA PATENTES DE TECNOLOGIAS DE COMUNICACIÓN INALAMBRICA AÑO NÙMERO DE PATENTES RESIDENTES NO RESIDENTES TOTAL DE PATENTES FUENTE: BANAPANET [10] Y TABLA ELABORADA POR LUNA Y VAZQUEZ (2007) [13]. En la tabla 5.3 añadimos los datos sobre la reoleión de patentes residentes y no residentes útiles para ruzar datos más adelante on el reimiento del merado de serviios inalámbrios. Es relevante la nula atividad en diseños inalámbrios de tenología de espetro expandido por parte de las empresas naionales (residentes). GRÁFICA 5.1 NÚMERO DE PATENTES RESIDENTES Y NO RESIDENTES NUMERO DE PATENTES DE RESIDENTES Y NO RESIDENTES POR AÑO NÚMERO DE PATENTES AÑO No residentes Residentes FUENTE: BANAPA [10] Y GRÁFICA ELABORADO POR LUNA Y VAZQUEZ (2007) [13] En la gráfia 5.1 se muestra el reimiento de patentes por parte de las empresas no residentes para el periodo de años omprendido entre 2002 y El estudio de estas patentes fue sobre tres setores de patentes: a) Ténias de propagaión de un espetro en general b) Uso de seuenias diretas de modulaión ) Uso de la freuenia en espera Las patentes se inrementan de forma sustanial solo en el año de 2003 al 2004, y del 2005 al 2006 además estas patentes son de empresas no residentes en Méxio, lo ual india que esta atividad de patentamiento es parialmente ajena a las irunstanias naionales. 85

86 Respeto a la atividad innovadora de los naionales podemos menionar que es nula, el total de patentes revisadas es de 82. De estas en su totalidad son registrados por empresas multinaionales, siendo el año de mayor produión el de 2006 y manteniéndose durante el 2007 on veinte patentes, lo ual refleja que atualmente existe una atividad mayor en uanto a la investigaión de las omuniaiones inalámbrias. 5.4 MODELO DE BELL Y PAVIT DE CAPACIDADES TECNOLÓGICAS APLICADO AL PROTOTIPO DE RED INALAMBRICA CON ESPECTRO EXPANDIDO. En este modelo se plantea el esquema para el proyeto de redes de omuniaión inalámbria por espetro expandido, para busar generar innovaiones y elevar su ompetitividad y tratar de obtener posiionamiento en el merado loal, on esta tenología. El modelo planteado por Bell y Pavit (1992) [7], hae menión a un proeso donde primero se tiene una aumulaión de onoimientos tenológios que se identifian para nuestro aso por medios de estudios on esquemas de vigilania tenológia y del entorno, para posteriormente apliar la inteligenia ompetitiva, a través de asesores expertos que validen los resultados del estudio y marquen reomendaiones sobre la direión a tomar en este. Posteriormente se identifian los onoimientos espeializados en algún setor de la atividad de la instituión, empresa u organizaión no gubernamental, donde se pretende implementar la tenología. Las partes que deben estar onsideradas en este paso del modelo, son las ténias, el onoimiento y la experienia desarrollada por el equipo a través de lazos generados desde la estrutura instituional o vínulos formados entre empresas y fuera de ellas. En el terer paso del modelo, se genera para Bell y Pavitt el ambio tenológio dentro de la empresa este onsta de la introduión de tenología que se enfoa a nuevos produtos y/o nueva infraestrutura por medio de mayor inversión en proyetos. También se generan adaptaiones inrementales y mejoras en la ya instalada apaidad de produión. FIGURA 5.1 MODELO DE PAVITT MODELO DE PAVITT ACUMULACIÒN Y CAPACIDADES TECNOLOGICAS Y DE PRODUCCÒN ACUMULACIÒN TECOLOGICA CAPACIDADES TECNOLOGICAS CAPACIDADES DE PRODUCCIÒN PROCESO EFICIENTE PRODUCTO DE MAYOR CALIDAD Fuente: Elaboraión propia en base al modelo de Pavitt (1992) [8]. 86

87 Todo ello desemboa en un aumento de la apaidad de produión, este es el uarto paso del modelo de Bell y Pavitt [11], en este se genera, la asignaión de apital fijo al proyeto, inremento de las ténias de operaión y know-how, más diseños y diversifiaión de produtos, ambios en la organizaión y en los proesos de produión. Finalmente el proeso natural que sigue el modelo termina en la salida del produto haia la industria. Este proeso tiene la intenión de generar innovaiones que ontribuyan al aumento de valor agregado de los produtos y serviios naionales, lo que desenadenaría un flujo de reursos para seguir desarrollando las apaidades tenológias del país, sobre varias adenas de valor tenológias. Con esta estrutura de modelo para este proyeto iniiamos una revisión de tallada de la herramientas que nos permiten llevar a abo el análisis de la situaión del entorno, ostos y tenologías sustitutas del proyeto anal inalámbrio on espetro expandido La vigilania y sus espeifiaiones De auerdo on el modelo de Bell y Pavitt (1992) [8], se iniia una revisión de los oneptos de vigilania que permite identifiar de forma lara los elementos que onforman nuestra aumulaión de onoimientos tenológios. Existen diferentes tipos de vigilania, todo ello de auerdo al enfoque de la búsqueda. La vigilania pasiva es la que tiene la esperanza de enontrar algo uando se exploran ampos de informaión que no tienen alguna relaión. En ambio la vigilania ativa se enfoa a temas espeífios y a ampos de onoimiento bien definidos para lograr enontrar informaión relevante para el negoio. La vigilania puede ser pasiva o ativa, al proeso pasivo de la vigilania se le llama sanning, este proeso onsiste en explorar de forma rutinaria bases de informaión on la esperanza de enontrar alguna informaión de interés. La vigilania llamada ativa es la llamado monitoring, esta búsqueda está orientada a la informaión relevante en atividades seleionadas, esto on el fin de atraer onoimiento ontinúo de los desarrollos y tendenias reientemente desarrolladas. Cuando estos dos tipos de vigilania se onjugan se experimenta el wathing. En el libro De la Vigilania tenológia a la Inteligenia Competitiva de Pere Esorsa y Ramón Maspons (2001), se dan algunas definiiones relevantes sobre el tema de la vigilania, entre ellas la más relevante está dada por Porter [7], donde divide a la vigilania en uatro áreas estas son la de vigilania ompetitiva, la vigilania omerial, la vigilania tenológia y la vigilania del entorno. En primer lugar la vigilania ompetitiva se enarga de los ompetidores atuales y poteniales. En segundo lugar la vigilania omerial estudia los datos referentes a lientes y proveedores (toma en uenta las nuevas neesidades de los lientes así omo, los nuevos produtos ofreidos por los proveedores). En terer lugar la vigilania tenológia se enargara de revisar las tenologías disponibles y las tenologías de reiente apariión, apaes de ser explotadas en nuevos proesos y produtos. Por último, la vigilania del entorno se enarga de aquellos hehos que exteriores que pueden ondiionar el futuro, en áreas omo la polítia, soiología, normas del medio ambiente, por menionar algunos. 87

88 FIGURA 5.2 MODELO DE VIGILANCIA MODELO DE VIGILANCIA MICHAEL PORTER VIGILANCIA COMPETITIVA VIGILANCIA DEL ENTORNO VIGILANCIA MODELO DE PORTER VIGILANCIA COMERCIAL VIGILANCIA TECNOLOGICA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA on base PORTER, 1985 [7]. Para nuestro estudio solo nos entraremos en la vigilania tenológia de auerdo a la definiión dada por Porter (1985) [7]. Para este propósito nos valdremos de herramientas omo el análisis de patentes espeializado en el produto que se estudia, para nuestro aso la tenología de espetro expandido en freuenia on sus ramifiaiones FHSS, DHSS y FH-CDMA, también desarrollamos un análisis setorial on series de números obtenidos del INEGI, que persiguen el objetivo de onoer la situaión que enfrentan las tenologías similares a la que se pretende desarrollar en medio naional, por otra parte nos apoyamos en una omparaión de breha tenológia entre tenologías substitutas. Si bien la vigilania en este proyeto esta apoyada por las herramientas de análisis de los produtos sustitutos dentro del merado y a la atividad de investigaión y desarrollo en relaión al número de patentes que se tienen en el ramo de espeialidad EL BENCHMARKING HERRAMIENTA DE LA IC. Este herramienta es útil para posibles omparativas entre ompetidores, razón por la que no podemos omitirla y sugerir su implementaión en futuros estudios. Esta es utilizada en onjunto a la atividad de la Inteligenia Competitiva donde el Benhmarking Tenológio en esenia es una omparativa de tenologías y proesos entre ompetidores diretos que se mantienen en el anonimato o puede ser inlusive una omparativa entre empresas de distinto setor y/o giro. Los pasos estableidos para llevar a abo este tipo de omparativas son los siguientes: 1. Determinar el propósito del benhmarking: Al llevar a abo el benhmarking omo parte de un proeso ontinuo para la mejora de produtos, serviios y métodos on respeto al ompetidor más fuerte o aquellas instituiones onsideradas líderes, debe ser ontrolado por medio de indiadores que nos van a poder deir si estamos alanzando las metas propuestas. 88

89 2. Determinar objetos a apliar el benhmarking: En esta fase se estableen una serie de indiadores neesarios que mostraran los resultados de la organizaión para la satisfaión del liente, algunos ejemplos de estos indiadores pueden ser los siguientes: Partiipaión en el merado Efetividad en las ventas Competitividad de preios Conoimiento del liente-merado Calidad de los produtos Índie de satisfaión del liente Calidad de serviios a los lientes Canales de distribuión Costos de distribuión Estos indiadores, se pueden implementar en un Cuadro de Mando Integral (CMI), y una vez que se hayan valorado de forma preisa, se llevara a abo un estudio de merado, donde la empresa se pueda omparar en el exterior para poder determinar uáles son sus objetivos estratégios en base a una informaión real y objetiva de sus fortalezas y debilidades. 3. Determinaión del elemento objeto del benhmarking: En el proyeto de estudio puede ser apliado en las herramientas, serviios, proesos de trabajo, funiones de apoyo y estrategias. 4. Reopilaión de la Informaión: Se deben de tomar en onsideraión los prinipios de ódigo de onduta, es reomendable su onoimiento y uso para toda organizaión que se iniie en la prátia del benhmarking. Una vez onoidos los prinipios, la organizaión está preparada para la reopilaión de la informaión, la ual seguirá varias fases: Interambio de Datos Visitas Puntuales Entrevistas telefónias o enuestas 5. Análisis de la Informaión: En esta etapa se va a llevar a abo la omparaión de la informaión obtenida en las etapas anteriores on la finalidad de haer una buena toma de deisiones. 6. Implantaión de la Mejora: Se identifiaran las aiones de mejora a partir del análisis de la informaión obtenida en las etapas anteriores, desribiendo los proesos que nos permitan alanzar los objetivos marados y que sean ompatibles on los medios o proesos de la empresa liente, dihas aiones de mejora pueden ser las siguientes: Costo en adquisiión de tenología Costo por el mantenimiento de una nueva tenología 7. Presentaión de los Resultados: En esta fase de debe de llevar a abo una omparaión de los resultados previstos on los objetivos estableidos iniialmente, además se debe de analizar las posibles desviaiones en aso de que estas existan y extraer la mayor informaión posible para llevar a abo una mejora para que estas sean desarrolladas en un futuro próximo. 8. Re alibraión de los objetivos: Como menionamos en un iniio el proeso de benhmarking es ontinuo, no tiene un iniio y un final, es un ilo que nuna termina por lo que se enuentra en un bule, por lo que se debe de iniiar on el punto uno para que nos lleve haia una mejora ontinua y así haia una exelenia empresarial. 89

90 5.5 ANÁLISIS DEL ENTORNO NACIONAL EN LA ESPECIALIDAD DE COMUNICACIONES INALÁMBRICAS En el presente apartado se realiza un informe sobre la situaión atual y la evoluión de los serviios de omuniaiones en Méxio los uales están estrehamente ligados al estudio debido a que la identifiaión de setores en desarrollo brinda una opión para apliar tenologías omo el espetro expandido en dihos merados, busando tener perspetiva bien definida del entorno y asi generar una mejor visión de los posibles omportamientos del merado y sus araterístias. En este primer aeramiento exploramos la situaión del setor serviios en Méxio y se busa observar la tendenia de reimiento o deremento para obtener un aeramiento a la probabilidad de éxito de la implementaión de este proyeto de omuniaiones inalámbrias. TABLA 5.3 COMPARATIVA DE OFERTA Y DEMANDA DE BIENES Y SERVICIOS A PRECIOS CONSTANTES DE 1993 Oferta y demanda final de bienes y serviios > A preios onstantes de 1993 > Demanda de bienes y serviios Unidad de Medida: Miles de pesos a preios de Periodo Total Consumo privado Consumo del gobierno general Formaión bruta de apital fijo Variaión de existenias Exportaión de bienes y serviios ,477,040, ,347, ,329, ,386,496 47,374, ,602, ,553,833, ,974, ,906, ,480,660 56,425, ,047, ,509,719, ,750, ,430, ,837,110 48,136, ,565, ,537,479, ,447, ,962, ,432,161 53,494, ,143, ,649,377, ,595, ,031, ,498,277 76,535, ,717, ,842,517, ,817, ,090, ,835,103 78,868, ,906, ,898,092, ,382, ,538, ,559,164 65,440, ,172, ,110,474,581 1,040,185, ,761, ,950,349 80,297, ,279, ,177,545,952 1,099,407, ,534, ,640,696 71,059, ,904, ,110,312,297 1,084,403, ,595, ,159,944 77,181, ,972, ,153,678,430 1,111,661, ,350, ,126,688 62,231, ,308, ,268,505,193 1,139,418, ,828, ,667,476 78,126, ,465, ,344,797,227 1,201,184, ,682, ,752,429 38,898, ,278, ,541,437,235 1,277,995, ,955, ,335,345 18,016, ,135,087 90

91 2007 2,629,211,448 1,322,951, ,006, ,405,573 17,607, ,240,322 Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. En la gráfia 5.2 generada a partir de la informaión obtenida del INEGI y plasmada en la tabla 5.3 se puede observar el reimiento en la demanda de bienes y serviios en la naión, que ha tenido lugar en el periodo de tiempo omprendido entre el año 1993 y el año Gráfia 5.2 de demanda de bienes y serviios totales a preios de 1993 Oferta y demanda en bienes y serviios Totales miles de pesos a preios de años Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9] En la gráfia 5.3 se plasma el desglosé de setores de onsumo privado y de gobierno donde se nota el omportamiento estable del gobierno y el omportamiento siempre reiente de la iniiativa privada que demanda mayor onsumo de bienes y serviios. Esto onfrontado on la atividad de patentes donde se observa un reimiento en el desarrollo tenológio en el área de espetro expandido, nos permite identifiar una tendenia de reimiento de las empresas privadas internaionales, pero un niho no ataado por las empresas naionales. Donde si bien el uso de tenologías de espetro expandido es omún en empresas extranjeras, para las empresas naionales es un niho sin ataar y donde se pueden aprovehar tenologías de uso freuente omo apliaiones inalámbrias para ontrol y manejo de informaión en nihos omo el automotriz, seguridad, entretenimiento y teleomuniaiones. 91

92 Gráfia 5.3 Comparativa de varios agentes respeto la demanda de bienes y serviios DEMANDA DE BIENES Y SERVICIOS A PRECIOS CONSTANTES DE 1993 MILES DE PESOS Consumo privado Consumo del gobierno general Formaión bruta de apital fijo Variaión de existeniasa/ AÑOS Exportaión de bienes y serviiosa/ Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. En la Tabla 5.4 obtenida del INEGI [9] se tienen datos relevantes sobre el inremento de usuarios naionales de tenologías inalámbrias elulares y el inremento de minutos faturados por las ompañías prestadoras de serviios de omuniaión móvil. En ella y en su respetiva gráfia, se puede notar un aumento signifiativo en tenologías inalámbrias en Méxio. Atribuido esto, a las ventajas ya menionadas de este tipo de sistemas de omuniaión sobre los sistemas tradiionales de omuniaión de voz, datos y video de tenologías de obre y fijas. TABLA 5.4 COMPARATIVA DE USUARIOS Y MINUTOS FACTURADOS EN RADIOTELEFONÍA MÓVIL CON TECNOLOGÍA CELULAR. Setor omuniaiones y transportes > Radiotelefonía móvil on tenología elular Periodo Regiones de obertura Usuarios Minutos faturados (Número de regiones) (Número de usuarios) (Miles de minutos) 1995/ / / / / / / / / / / / /

93 1996/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

94 2000/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /01 p/ / / / / / / / / / / / / / / / / / /

95 2004/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. En la gráfia 5.4 omparativa de minutos faturados y número de usuarios elulares, se observa el inremento asi exponenial de usuarios de telefonía elular, merado que ofree omo prinipal serviio y valor agregado a la movilidad, pero que sarifia gran parte de la alidad de transmisión y seguridad de la informaión. Esto permite ser optimistas respeto a la implementaión formal de un sistema que además de ser versátil y fáilmente esalable omo el de omuniaiones de vía elular es robusto para la transmisión de informaión y apliaiones de ontrol. Es aquí donde se puede utilizar las plataformas de tenología elular para generar nuevas apliaiones de seguridad ontrol y entretenimiento a partir del uso de tenologías omo la de espetro expandido. 95

96 GRÁFICA 5.4 COMPARATIVA DE USUARIOS Y MINUTOS FACTURADOS RADIOTELEFONIA MÓVIL CON TECNOLOGÍA CELULAR EN GRÁFICA COMPARATIVA MINUTOS FACTURADOS Y NÚMERO DE USUARIOS DE COMUNICACIÓN CELULAR Usuariosb/ (Número de usuarios) Minutos faturadosa/ (Miles de minutos) Periodo 1995/ / / / / / / / / / / /11 DATOS MENSUALES Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. TABLA 5.5 DE INGRESOS DE OPERACIÓN EN MILLONES DE PESOS SERVICIOS DE INTERCONEXIÓN INGRESOS DE OPERACIÓN EN MILLONES DE PESOS SERVICIOS DE INTERCONEXIÓN A PRECIOS CONSTANTES 1996/1 Periodo Interonexión 1996/ /02 81, /03 192, /04 250, /01 12, /02 792, /03 984, / , /01 379, / , / , / , /01 64, / , / , / , / ,

97 2000/ , / , / , / , / , / , / , /01 930, / , / , / , / , /02 181, / , / , / , / , / , / , / , / , / , / , /01 972, / , / , / , / , / , / , Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. GRÁFICA 5.5 DE INGRESOS DE INTERCONECCIÓN A PRECIOS CONSTANTES DE 1996/1. INGRESOS INTERCONEXIÓN A PRECIOS COSNTANTES DE 1996/1 MILLONES DE PESOS / / / / / / / / / / / /02 TRIMESTRES DEL PERIODO Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. INGREOS INTERCONEXIÓN 97

98 En esta grafia 5.5 se detallan los ingresos que generaron la interonexión, uso de Internet y la reaión de redes orporativas. Es relevante observar que existen omportamientos aleatorios on respeto a los serviios de interonexión de datos. Al igual que los serviios de Internet y onexión de redes orporativas. En estos últimos tuvieron un repunte importante para el primer trimestre del Una de las razones que pueden expliar este omportamiento son los ilos eonómios ligados a los ilos polítios según Shumpeter y es posible sugerir un fator más de análisis importante para el entendimiento del desarrollo de posibles proyetos tenológios. Este fator de vital importania es el entendimiento de las polítias de ienia y tenología que ada gobierno naional implementa en TABLA 5.6 DE INGRESOS DE OPERACIÓN A PRECIOS CONSTANTES DEL 2004/01 INGRESOS DE OPERACIÓN A PRECIOS CONSTANTES DEL 2004/01 Periodo 2004/01 Redes orporativas Internet 2004/ , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , , / , ,82813 Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. 98

99 Gráfia 5.6 de ingresos de serviios de redes orporativas y de Internet a preios onstantes 2004/1 ingresos de operaión a preios onstantes 2004/1 millones de pesos Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI. 2004/ / / / / /04 trimestres del periodo /02 Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. Fuente: elaboraión propia obtenión de datos INEGI [9]. redes orporativas internet Es interesante notar que las omparativas del presente apitulo plantean un esenario alentador para las tenologías inalámbrias debido a la mayor versatilidad y failidad de aeso e instalaión. Es por tal motivo que reemos que apostar a desarrollos on tenologías de este tipo puede ser una atividad rentable para las empresas de Méxio que deidan inursionar en este ampo. Otro de los puntos interesantes de este apítulo está entrado en el análisis de las patentes para apliaiones de la espeialidad del espetro expandido. Donde se demuestra que a pesar de ser una de las tenologías de más uso, el benefiio esta úniamente para las empresas transnaionales y no se está realizando atividad de innovaión propia de las empresas e instituiones naionales. Disrepania que justifia este estudio de identifiaión de niho de oportunidad. Por medio de la utilizaión de herramientas omo el Benhmarking y la Inteligenia Competitiva bien se puede generar algunos proyetos en olaboraión on empresas que aprovehen esta tendenia de reimiento de las tenologías inalámbrias aprovehando la nula ompetenia naional y utilizando estrategias de enfoque de merado Porter (1985) [7]. 99

100 CONCLUSIONES Existe una problemátia en la transmisión de datos de las omuniaiones inalámbrias omo efetos multitrayetoria, dispersión, atenuaión, problemas de seguridad y onfidenialidad de datos, que puede ser soluionada a través de implementar ténias de espetro expandido, donde si bien esta soluión es onoida y apliada desde hae más de 40 años, podemos inursionar en proyetos que utilien esta tenología, de forma independiente a las grandes empresas en dispositivos y sistemas que permitan manejo de informaión, es notable en nuestro trabajo de investigaión, el punto sobre aprovehamiento parial de las apaidades tenológias de las instituiones públias para generar onoimiento y apliaiones que pueden generar benefiios para las empresas del país. Esto diho en funión del análisis de patentes residentes y no residentes donde se denota una notable dependenia de las empresas transnaionales que implementan esta y otras ténias para fortaleer el anal inalámbrio. Mientras que las instituiones naionales no generan implementaiones nuevas o de uso espeifio de este modelo de diseño tenológio (espetro expandido). También en el estudio hemos notado que existe un reimiento en la utilizaión de tenologías inalámbrias y que brinda un niho de oportunidad para quien deida inursionar en estas tenologías, tal lo demuestra el análisis realizado al setor de serviios y omuniaiones, on datos extraídos de fuentes omo el INEGI y la BANAPA. Donde el reimiento para este setor dentro del grupo de empresas privadas ha ido al alza mientras que para el setor públio se nota un estanamiento sobre la ya pesada línea burorátia. Al realizar un rue transversal de los datos obtenidos en la atividad de patentamiento sobre tenologías del espetro expandido y el reimiento del setor serviios observamos que podemos aprovehar estas tenologías en funión del reimiento de empresas naionales que emplean las tenologías inalámbrias para el soporte de su informaión. Además tenemos grandes oportunidades de inursionar en proyetos de integraión que aprovehen el inremento asi exponenial de los usuarios on tenología inalámbria elular. También existen nihos de merado en la industria, donde la automatizaión de proesos, los sistemas de entretenimiento y seguridad tienden haia tenologías que proveen al usuario final y a la línea de produión mayor independenia y movilidad respeto a sistemas de operaión y ontrol fijos. Además en esta investigaión hemos identifiado a la atividad de Inteligenia Competitiva on herramientas omo el análisis de patentes y el Benh Marking Tenológio, así omo los métodos de implementaión tenológia omo el de Bell y Pavitt, son de un aráter estratégio en ualquier desarrollo de sistemas tenológios. De tal forma que si no se uenta on esquemas omo estos, la probabilidad de que un buen prototipo que se integre a sistemas de líneas de valor en la adena produtiva resulta muy baja. Otro punto importante para el desarrollo de implementaión tenológia debe ser la onsideraión de polítias en ienia y tenología efiientes, las uales si bien el ingeniero no es responsable de su implementaión, si debe de onsiderar para onoer inlusive el momento adeuado de su implementaión dentro de los ilos y tendenia polítias del momento. De no onsiderar este fator, se orre el riesgo de aer en errores de planeaión de tiempos y ondiiones externas que afetan a los desarrollos tenológios a la postre llevaría a un diseño prometedor al fraaso. Este estudio reopila la informaión sobre el estado del arte y la problemátia de las omuniaiones inalámbrias y umple la finalidad de ser una guía para implementar posibles proyetos tenológios en el futuro on trabajos sobre tenologías inalámbrias y on interonetividad de sistemas. 100

101 Algunos de los posibles proyetos donde se pueden inluir tenologías de espetro expandido por parte de las instituiones públias de eduaión en olaboraión on la iniiativa privada es en la interonexión de sistemas de ontrol para vehíulos automotores, para ontrol de redes de seguridad y en apliaiones de omuniaiones de datos onfideniales on línea de vista entre empresas. 101

102 GLOSARIO AM: Amplitud Modulada BPSK: Binary Phase Shift Keying BS : Estaión Base CDMA: Aeso Múltiple por División de Código DQDB: Distributed Queue Dual Bus DSSS: Diret Sequene Spread Spetrum Eb : Energía por bit EHF: Extremely High Frequenies ETSI: European Teleomuniations Standards Institute FDMA: Aeso Múltiple por División de Freuenia FHSS: Frequeny Hopping Spread Spetrum FM: Freuenia Modulada FSK: Freueny Shift Keying HF: High Frequeny IEEE: Institute of Eletrial and Eletroni Engineers LAN: Loal Area Network LF: Low frequenies LOS: Line o f Sight MAN : Metropolitan Area Network MF: Médium Frequenies NLOS: Non Line of Sight QPSK: Quadrature Phase Shift Keying RF: Radio Freuenia SNR: Relaión Señal Ruido SW : Sky Wave TCP/IP: Transfer Control Protool/ Internet Protool TDMA : Aeso Múltiple por División de Tiempo UHF: Ultra High Freueny VF: Voie Frequienies VHF: Very High Frequenies VLF: Very Low Frequenies WAN: Wide Área Network WECA: Wireless Ethernet Compatibillity Alliane W-OFDM : Wide-band orthogonal freueny división multiplexing 102

103 BIBLIOGRAFÍA William Stalin ( 2006), Sistemas de Comuniaiones y Redes de Computadores. Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Stremler Ferrer G. Sistemas de omuniaiones, Méxio, Alfaomega. Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, uarta ediión, Méxio 2003, pearson eduaión. Halsall Fred, Comuniaiones de datos, redes de omputadoras y sistemas abiertos, uarta ediión, Méxio, D.F. Pearson eduaión. William H. Hayt, Teoría eletromagnétia Quinta ediión M Graw hill Herrera Pérez Enrique, Comuniaiones 1: señales, modulaión y transmisión, Méxio, Limusa. Herrera Pérez Enrique, Comuniaiones ll: transmisión y señales digitales, Méxio, Limusa. Un aso exitoso de inubaión de empresas de base tenológia: el modelo del IPN. Pérez Hernández, Pilar; Suhil, Villegas Ósar y Márquez Estrada, Alejandro Congreso Iberoameriano de Cienia, Tenología, Soiedad e Innovaión CTS+I Palaio de Minería del 19 al 23 de Junio de 2006 Modelo de Gestión Estratégia para el desarrollo de Capaidades Tenológias Carroz U., Darnila A. Compendium, Diiembre 2005 Inubadoras o viveros de empresas de base tenológia: La reiente experienia Europea omo referenia para las atuales y futuras iniiativas latinoamerianas. Camaho Pio, Jaime Alberto XII Congreso Latinoameriano sobre espíritu empresarial. Área: Inubaión de empresas de base tenológia y parques tenológios. Costa Ria, Noviembre 9 al 1 de Análisis del Sistema de Inubaión de Empresas de Base Tenológia de Méxio Pérez Hernández, Pilar I Congreso Iberoameriano de Cienia, Tenología, Soiedad e Innovaión CTS+I Palaio de Minería del 19 al 23 de Junio de 2006 El ambio tenológio y las oportunidades de desarrollo omo objetivo móvil Pérez, Carlota Conferenia de las Naiones Unidas sobre omerio y desarrollo X UNCTAD, 20 de diiembre de 1999 Las empresas de base tenológia en Méxio y fuentes para su estudio sobre ompetitividad Olalde Quintanar, María Isabel Inubadoras de empresas y reaión de empresas de base tenológia: 2) el desarrollo de pequeñas y medianas empresas (PYME) de base tenológia en el ontexto de las inubadoras de empresas (El aso CADETEP) 103

104 Reunión regional OMPI-CEPAL de expertos sobre el sistema naional de innovaión: Propiedad inteletual, universidad y empresa. Santiago, 1 a 3 de otubre de 2003 Los parques ientífios y tenológios en el entro del sistema de innovaión Asoiaión de parques ientífios y tenológios de España 16 de Diiembre de 2003 De la vigilania tenológia a la Inteligenia Competitiva Esorsa, Maspons Prentie Hall. Madrid, España. Estrategia Competitiva: Ténias para el análisis de los setores industriales y de la ompetenia Porter, Mihael (1982) Méxio: Grupo Patria Cultural Esorsa, Maspons De la vigilania tenológia a la Inteligenia Competitiva : Prentie Hall. Madrid, España: TOTAL DE PÁGINAS. Gómez Veites, Álvaro y Suárez Rey,Carlos (2007), Sistemas de Informaión: Herramientas prátias para la gestión empresarial, D.F., Méxio: Alfaomega Ra-Ma Pere Esorsa y Jume Valls (2005), Tenología e innovaión de la empresa, Méxio: Alfa- Omega. Porter, Mihael (1985), Estrategia Competitiva: Ténias para el análisis de los setores industriales y de la ompetenia : Méxio: Grupo Patria Cultural BELL Y PAVITT (1992), Aumulaión Tenológia, Capaidades Tenológias y Capaidad de Produión. WEBOMETRÍA PUZZLE Revista Hispana de la Inteligenia Competitiva Soiety of Competitive Intelligene Professionals Portal Seretaria de Eonomía [en línea], reuperado en (2007, 14 de mayo) Seguridad en redes inalámbrias protetion.php Intel Centrino Mobile Tehnology standards: b, a, g: Whih one is right for you? Authentiation and Privay. En ANSI / IEEE Standard , 1999 Edition

105 Seurity in open systems Nikos Drakos, Computer Based Learning Unit, University of Leeds, Copyright 1993, Apliaiones de omuniaión inalámbria: Redes inalámbrias Asoiaión española de usuarios de internet. Fundaión para el desarrollo de las teleomuniaiones y tenologías de la informaión en Méxio Pagina WEB del XXlll ongreso internaional de Ingeniería Eletrónia (Chihuahua, Méxio) Proveedor de serviió WAP en Chile IEEE Wirelesses Sultan Weatherspoon, Overview of IEEE b Seurity. Cambio Tenológio GesEsriba aquí la euaión.tión del ambio tenológio. Cambio Tenológio, enadenamiento produtivos

106 Citas: Herrera Pérez Enrique, Comuniaiones 1: señales, modulaión y transmisión, Méxio, Limusa. Herrera Pérez Enrique, Comuniaiones ll: transmisión y señales digitales, Méxio, Limusa. William Stalin ( 2006), Sistemas de Comuniaiones y Redes de Computadores. Stremler Ferrer G. Sistemas de omuniaiones, Méxio, Alfaomega. Begoña Aha Piñero (2007), Curso de un sistemas de Transmisión. Tomasi Wayne, sistemas de omuniaiones eletrónias, uarta ediión, Méxio 2003, pearson eduaión. [7] Porter, Mihael (1985), Estrategia Competitiva: Ténias para el análisis de los setores industriales y de la ompetenia : Méxio: Grupo Patria Cultural [8] BELL Y PAVITT (1992), Aumulaión Tenológia, Capaidades Tenológias y Capaidad de Produión. [9] INEGI [10] BANAPANET Bano Naional de Patentes en Ineternet [11] Estudio omparativo de redes inalámbrias [12] Alejandro Cataldo C. Elaboraión de riterios de deisión para implementar enlaes inalámbrios versus fibra óptia para LAN, Departamento de Ingeniería en Computaión e Informátia, Universidad de Ataama, Chile [13] Luna, Vazquez Beerril (2007), Estudio de fatibilidad de desarrollo de redes inalámbrias. 106

107 ANEXO 1 INTEGRACIÓN DEL SISTEMA A UN ENTORNO DE REDES En la atualidad un sistema ompletamente aislado será al poo tiempo obsoleto pues la ínter onetividad de redes de área loal y mundial permiten a los usuarios esquemas de aión muy flexibles, aunque si bien, esto desemboa en una mayor elaboraión y osto de los sistemas de omuniaiones las bondades ofreidas en estos esquemas representan muho más ventajas que desventajas. Por lo tanto en este apitulo haemos una reopilaión de las prinipales redes existentes, además de un aeramiento a los protoolos más útiles omo el TCP IP, que permite la onexión exitosa entre la mayoría de ellas. TIPOS DE CONECTIVIDAD ENTRE REDES Los tipos de onetividad entre redes han evoluionado junto on la expansión de usuarios y las neesidades de utilizar los reursos disponibles para estableer la interonexión de redes. Algunas de las onexiones existentes hasta el momento de dominio públio son las que se menionan a ontinuaión: Conexiones de able direto: es el tipo de onexión entre dos dispositivos más omunes y senillos, también es llamada onexión punto a punto. Si los dispositivos a onetar son omputadoras podemos haer uso de sus puertos paralelos, seria, USB o puertos de bus serial de rendimiento alto de IEEE 1394 (Firewire). Estos puertos permiten una onexión de red entre 9600 bps hasta 400 Mbps. Figura A1. Conexión en ableado direto de omputadoras Redes elétrias de línea de poder: on la ayuda de adaptadores espeializados, se puede estableer un sistema de omuniaiones a través del ableado elétrio de la asa, las veloidades pueden osilar entre 1Mbps hasta 10 Mbps. Esta resulta ser una opión espeialmente atrativa si lo que se desea es reduir los ostos de una instalaión de red en asas antiguas donde las espeifiaiones de la instalaión no son las óptimas y requieren de una remodelaión total de no inluirse esta opión. Redes de línea telefónia: es la opión de mayor uso en Méxio, donde on los adaptadores adeuados puede un onjunto de omputadoras omuniarse a través de la línea telefónia. En un iniio las primeras generaiones ofreieron veloidades de hasta un 1Mbps pero las más reientes alanzan una veloidad de 10Mbps, 100Mbps y 1Gbps. 107

108 Figura A2 Red por la línea telefónia Redes inalámbrias: es la ténia de mayor futuro ya que elimina la dependenia haia líneas estátias de omuniaión. Permite la movilidad total del usuario dentro del área de obertura. Esta tenología permite a dos sistemas omuniarse por medio de RF (radio freuenia). Esto lo hae de manera muy similar a un sistema de omuniaión telefónia inalámbria, pero es muy diferente a el esquema que posee la omuniaión vía teléfono elular. Esta tenología esta regulada por la norma IEEE b on veloidades promedio de 11Mbps. Figura A3. Configuraiones de una red inalámbria 108

109 SISTEMAS DE REDES INALÁMBRICAS. Las redes inalámbrias se presentan omo una opión diferente y también omo un omplemento de las redes ableadas. Si se desea mejorar el funionamiento de las redes inalámbrias se utilizan herramientas de simulaión por ordenador, estrategias de verifiaión de errores y algunas ténias para la distribuión y empaquetamiento de la informaión. Definiión de sistemas de redes. Un sistema de redes esta formado por una parte de hardware y una parte de software que en onjunto se rearon para generar una omuniaión entre dispositivos diseñados para este fin. En este se pueden transmitir informaión en video, voz y datos. También se puede deir que las redes de omuniaión de datos son empleadas para que varios dispositivos se omuniquen e interambien datos e informaión. Redes LAN (Loal Area Network) Se onoen así a las redes uyo arónimo LAN (Loal Área Network) refiere un a sistema de omuniaiones entre omputadoras que tienen una distania pequeña de separaión entre ellas. Las apliaiones de este tipo de onfiguraión pueden ser orientadas a atividades de ofiina on omputadoras personales o puntos de trabajo. Las prinipales araterístias de estas redes son la estrutura de diseño (topología), la gran veloidad de transmisión de datos, está puede alanzar desde 10Mbps, 100Mbps hasta un 1Gbps. Cuando omparten reursos de transmisión requieren de un ontrol de tráfio de datos. Figura A4. Red de área loal Redes MAN (Metropolitan Area Network) Su arónimo representado por MAN (Metropolitana Área Network), Redes de Área Metropolitana desribe a una red de mayor tamaño de la red loal. Tiene la opión de ser públia o privada. Una MAN puede soportar tanto voz omo datos. Una MAN tiene uno o dos ables y no tiene elementos de interambio de paquetes o onmutadores, lo ual simplifia bastante el diseño. Una ausa por la ual se lleva aabo la distinión de este tipo de red es para difereniarla de otras redes, pues para las MAN's se adopto un estándar llamado DQDB (Distributed Queue Dual Bus) o desrto en IEEE esta lasifiaión espeifia que las MAN emplean medios de difusión de igual forma que las Redes de Área Loal. 109

110 Figura A5. Red de área metropolitana. Redes WAN Se define así a una red de área amplia, WAN, es el arónimo en inglés de Wide Área Network, este tipo de red de omputadoras ubre las distanias de 100 a1000 Km., está distania es sufiiente para dar serviio aun país entero. Las apliaiones de una WAN son aprovehadas por partiulares, entre ellos se puede resaltar a los proveedores de Internet, que proporionan este serviio a un número muy grande de usuarios. Las redes WAN pueden ser de alta veloidad, esta es una de las razones por las uales las redes privadas han disminuido en gran medida. Otras ténias omo las VPN aumentan en la medida en que permiten rear redes dediadas on ifrados espeiales para su uso. La WAN era utilizada omo una red punto a punto pues es una red de paquete onmutado. Una WAN tiene herramientas omo los sistemas de omuniaión vía satélite o de radio para enlazarse. Cuando las omuniaiones se volvieron móviles las redes se vieron obligadas a evoluionar haia un tipo de red inalámbria. La funión prinipal de las redes WAN es la interonexión de redes o equipos terminales separados por distanias muy grandes, para lograr este ometido la infraestrutura de estas redes uenta on nodos de onmutaión de alta apaidad que se interonetan, otro punto es que a través de ellas transita un volumen apreiable de informaión de ontinuamente. Por lo ual las WAN son de aráter públio, estas redes por tanto son utilizadas por usuarios de todos los sitios del mundo, que transmiten informaión de un lugar a otro. Una diferenia entre las redes WAN y las redes LAN, es la veloidad a la que irulan los datos por ellas. Es menor la veloidad en una red WAN que la que se alanza en una red tipo LAN. Otra diferenia es que las redes LAN son privadas, ya que su uso se restringe a usuarios de una empresa o instituión. 110

111 Figura A6. Redes WAN. Infraestrutura de redes WAN La infraestrutura de Redes WAN está formada por los nodos de onmutaión, líneas de transmisión de grandes prestaiones omo grandes veloidades y anho de banda en la mayoría de los asos. Las líneas de transmisión llamadas también tronales desplazan a la informaión entre los nodos de la red. Los elementos de onmutaión también son dispositivos de altas prestaiones, pues deben ser apaes de manejar la antidad de tráfio que por ellos irula. De manera general, a estos dispositivos les llegan los datos por una línea de entrada, y este debe enargarse de esoger una línea de salida para reenviarlos. El término onmutaión se utiliza debido a las eleiones que los nodos llevan a abo, para estableer la interonexión de dos sistemas finales que tienen un interambio de informaión. Las redes de área loal son diseñadas de tal forma que tienen topologías simétrias, mientras que las redes de amplia obertura tienen topología irregular. Otra forma de lograr una red de amplia obertura es a través de satélite o sistemas de radio. 111

112 Ejemplo: X.25, RTC, ISDN entre otras. Caraterístias de una red WAN Figura A7. Infraestrutura de una red WAN Posee máquinas dediadas a la ejeuión de programas de usuario (hosts) Una subred, donde onetan uno o varios hosts. División entre líneas de transmisión y elementos de onmutaión (ruteadores) Usualmente los routers son omputadores de las subredes que omponen la WAN. Citado en (2007) Algunos otros tipos de redes: RED NOVELL Novell posee un equipo para su negoio, este permite onetar todos los omponentes de la red dando un serviio ompleto inluye los siguientes elementos: 1. Tarjeta de red. 2. Servidores para la red. 3. Unidades de respaldo de inta. 112

113 4. Disos duros para respaldo de informaión. 5. Controladores ativos y pasivos. Otra de las redes es la IBM TOKEN-RING Figura A8 Redes para entorno de negoios Está diseñada on una topología de anillo en el ual se distribuyen las estaiones de trabajo. Los ordenadores interonetados se omunian todo el tiempo por medio (token) que está viajando a través de la red. Figura A9 Red en onexión token-ring 113

114 Las araterístias de esta red: 1. Paquete de Informaión. 2. Monitoreo de Red. 3. Aepta múltiples tipos de able. 4. Diseñada para ambientes de ofiina en las uales se requiere una red que tenga amplia apaidad de expansión en el ambiente PC y también haia otro tipo de ambientes de omputadoras, tales omo mini-omputadoras o maro-omputadoras. La red que posee la empresa HEWLETTE-PACKARD tiene omo araterístias: Poseen dos modelos de red StarLAN (Red de Área Loal tipo Estrella), la simple StarLAN, oneta un máximo de 50 ordenadores on dos niveles de Distribuidor Central (HUB) y la segunda, StarLAN 10, oneta hasta 1024 estaiones de trabajo entre diferentes redes de HP, la propia red aislada puede onetar 276 estaiones de trabajo. Además StarLAN 10 maneja un mayor número de terminales y mayor apaidad de interonexión on otras redes de la familia HP. El siguiente sistema es empleado por Mirosoft este lleva por nombre red 3+Open Mirosoft se apega al Standard fijado por OS/2 on respeto al manejo del sistema operativo y la apaidad de manejo multi-tarea del sistema mismo. 3+OPEN es el nombre del produto lanzado al merado, aprovehando las tarjetas ETHERNET para poder ofreer una soluión de onetividad estandarizada a los equipos de omputaión, inluyendo omputadoras personales (PC ompatibles), Maintosh, omputadoras en UNIX/XENIX, mini omputadoras y maro omputadoras. Atualmente se puede onetar una amplia variedad de dispositivos desde una red de omputadoras, independientemente de que el aeso sea loal o remoto o vía teléfono usando un modem omún, o vía teléfono usando alguna red internaional de datos vía X.25. La onexión de la red puede ser por able oaxial, o par telefónio, la red disminuye el osto de instalaión elétria usando par telefónio en lugar de able oaxial, aunque también influye el medio ambiente magnétio alrededor de la red. La siguiente Red es la llamada Columna Vertebral (Bakbone Network), también es llamada Red de Transporte (Carrier Network). Este tipo de red ubre, a un país o un ontinente. Es el soporte de las empresas que poseen redes loales y no pueden invertir sobre una infraestrutura y mantenimiento de una red de área extendida propia. La última de las redes revisadas es la Red Internaional (INTERNETworking), También llamada Telaraña de área Mundial (World Wide Web). Es una enorme red de redes que se enlaza a muhas de las redes ientífias, de investigaión y eduaionales alrededor del mundo así omo a un número reiente de redes omeriales. 114

115 TOPOLOGÍA DE REDES Conepto de topologías Las redes WAN pueden onfigurarse de distintas formas, el término de topología se refiere a dos oneptos relaionados que sin embargo no definen el mismo onepto Topología Físia y Topología Lógia. La Topología Físia se refiere a la forma físia o patrón que forman los nodos que están onetados a la red, sin espeifiar el tipo de dispositivo, los métodos de onetividad o las direiones en diha red. Esta basada en tres formas básias fundamentales: bus, anillo y estrella. Citado en (2007) Figura A10. Diferentes tipos de topologías Por otro lado se puede definir a la topología Lógia de la siguiente forma: Se desribe la manera en que los datos son onvertidos a un formato de trama espeifio y la manera en que los pulsos elétrios son transmitidos a través del medio de omuniaión, por lo que esta topología está diretamente relaionada on la Capa Físia y la Capa de Enlae del Modelo OSI vistas en lases anteriores. Las topologías lógias más populares son Ethernet y Token-Ring ambas muy usadas en redes LAN Entre las topologías lógias usadas para redes WAN tenemos a ATM (Asynhronous Transfer Mode) que es onoido también omo estándar ATM. Citado en (2007) En algunos asos la topología de redes WAN es diferente a los modelos estándar omo el de estrella bus o anillo, esto a ausa de elementos de diseño omo la distania que deben ubrir las redes, la antidad enorme de usuarios, el tráfio que deben soportar y la diversidad de equipos de interonexión que deben usar. Las topologías entones están ondiionadas por diversas variables omo son: 115

116 antidad de nodos a onetar distania entre los nodos e infraestrutura estableida en ellos Las topologías más omúnmente empleadas son: La topología de Bus: Esta topología los elementos se onetan de forma lineal a una able o bus. La informaión se transmite por todo el bus en las dos direiones posibles, abarando todos los demás nodos. Cada nodo onetado al bus se enargar de identifiar la informaión que reorre el bus, para tomar la que le implia a él. La ventaja es que un fallo en un nodo no provoa la aída del sistema de la red. Como ejemplo más onoido de esta topología, enontramos la red Ethernet de Xerox. El método de aeso utilizado es el CSMA/CD, método que gestiona el aeso al bus por parte de los terminales y que por medio de un algoritmo resuelve los onflitos ausados en las olisiones de informaión. Cuando un nodo desea iniiar una transmisión, debe en primer lugar esuhar el medio para saber si está oupado, debiendo esperar en aso afirmativo hasta que quede libre. Si se llega a produir una olisión, las estaiones reiniiarán ada una su transmisión, pero transurrido un tiempo aleatorio distinto para ada estaión. La estrutura Punto a Punto: Esta onfiguraión es a través de iruitos dediados proporionados por ompañías que ofreen este hardware en renta. Estos anales estarán disponibles siempre para estos dos puntos on neesidad de onexión. Esta estrutura se emplea en diseños pequeños pues al tener la partiipaión de todos los nodos en el tráfio de la red los reursos utilizados disminuyen la produtividad de la red. La siguiente topología es la de Anillo: En la topología de anillo tiene la partiularidad que ada nodo es onetado a otros dos más, las ventajas de esta onfiguraión son que si existe algún problema en algún anal de datos, el flujo de la informaión no es interrumpido pues puede aeder al nodo usando otro reorrido, además si un nodo esta saturado el tráfio se orienta haia otros nodos. El osto de un diseño en anillo resulta más elevado que un diseño de una red de punto a punto debido al elemento extra para realizar dos onexiones en este tipo de onfiguraión de red. Pero se logra una mejora en la seguridad y ontrol de tráfio de la red. Figura A11 Topología de anillo La otra topología Estrella: Para generar una estrutura de estrella un nodo se sitúa omo punto entral de las onexiones, ofreiendo la posibilidad de evitar pérdidas de enlae on los otros nodos por parte del nodo entral. Una desventaja del diseño en estrella es lo vulnerable de la red si en algún momento falla el nodo entral. 116

117 Figura A12. Topología de estrella. Por último la estrutura de Malla: En la onfiguraión de malla el prinipal objetivo es robusteer el sistema de tal forma que uno de los dispositivos enargados de la interonexión falla los demás tengan aminos alternativos para haer llegar los datos a su destino a tiempo. Por tal motivo esta estrutura, tolera más fallos. Su desventaja, es su osto, una alternativa para disminuir este problema es la reaión de redes de malla pariales donde los nodos más rítios se interonetan entre si y los demás se ombinan en una estrutura de tipo estrella o anillo. Figura A13 Topología de malla 117