Sistemas de Comunicación. Clase 1: Introducción 2017

Transcripción

1 Sistemas de Comunicación Clase 1: Introducción 2017

2 Objetivos de la clase Metodología del Curso Contexto General- Sistemas de Comunicaciones, Espectro Radioeléctrico. Introducción a conceptos básicos Sistemas de Comunicación

3 Mecánica del Curso Horarios: Martes 16:00 salón 102 teórico Jueves 16:00 salón 102 teórico Jueves 14:00 salón 102 consulta Viernes 16:00 salón 301práctico Docentes del curso Alicia Fernández, Federico Larroca, Germán Capdehourat, Sergio Martinez Vanina Camacho, Gastón Garcia Información de Contacto. Sistemas de Comunicación

4 Web del Curso Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2017 / siscom Material del curso cronograma del curso guía de clase notas complementarias hojas de ejercicios Preguntas previas/ post Examenes Parciales Sistemas de Comunicación

5 Materiales del Curso Libros: COMMUNICATION SYSTEMS: AN INTRODUCTION TO SIGNALS AND NOISE IN ELECTRICAL COMMUNICATION, FIFTH EDITION ISBN Communication System, A. B. Carlson 4a. Ed. MacGraw-Hill Book Company Nueva York ISBN Communication System, A. B. Carlson 3a. Ed. MacGraw-Hill Book Company Nueva York ISBN PC Matlab Sistemas de Comunicación

6 Prerequisitos Conocimientos de Sistemas Lineales Procesamiento digital Conocimientos básicos de Probabilidad Procesos Estocásticos Sistemas de Comunicación

7 Evaluación del Curso Entrega de 3 ejercicios. OBLIGATORIO 2 parciales primer parcial 50% segundo parcial 50% mínimo para aprobar el curso 30% entre ambos parciales mínimo para exonerare 60% entre ambos parciales Sistemas de Comunicación

8 Contenido Análisis de sistemas de comunicación banda base. Caracterización de la señal y el ruido. Modelado del canal. Repetidores analógicos Modulación Lineal: AM, BLD, BLU, BLV. Modulación Exponencial: FM, PM Ruido pasabanda en modulación lineal y exponencial Receptor superheterodino Teoría de la Información: 1er. y 2do. Teorema de Shannon. Modulación analógica de pulsos: PAM,PPM,PDM. Espectro de señal PAM.

9 Contenido Sistemas de Comunicación Digital. Ruidos y errores Receptores óptimos para comunicaciones digitales. Filtro apareado Receptor de Correlación. Señalización M-aria. Interferencia Intersimbólica: Pulsos de Nyquist Modulación por pulsos codificados (PCM). Predictores Repetidores Regenerativos Modulación pasabanda (BPSK, ASK, FSK MPSK QASK, QAM)- OFDM Técnicas de acceso al medio (TDMA, FDMA, CDMA).

10 Sisteas de Comunicación Radio y TV broadcasting Redes pública de telefonía conmutada (voz, fax, modem) Telefonía Celular Redes de Computadoras (LAN, WAN s e Internet) Sistemas Satelitales (voz/datos, broadcasting ) Bluetooth

11 Tendencias Convergencia Todos los servicios en un mismo dispositivo Banda ancha móvil TV, Música, Contenidos en general Móviles Radiodifusión Digital Casa conectada

12 TeTe Telecomunicaciones

13 Los usuarios Comunicaciones individualizadas y personalizadas Conectividad garantizada En cualquier lugar en cualquier momento todos los servicios Comunidades y tribalismo Generación de contenido

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16 Comunicaciones inalambricas Requerimientos de los usuarios: Disponer de todos los servicios en cualquier lugar y en todo momento: acceso internet, sms, escuchar la radio y eventualmente hablar. Precios razonables. Calidad de servicio (independiente demanda) Prestadores de servicios, operadores necesitan asignación de canales de comunicación con suficiente ancho de banda para brindar servicios con calidad.

17 Comunicaciones inalambricas Los fabricantes de dispositivos requieren reserva de espectro suficiente para que en los equipos que están diseñando puedan funcionar dentro de 10 años cuando la tecnología esté madura. Ej: Diseño de móviles que manejen trasmisión de datos alta velocidad para múltiples usuarios simultáneamente.

18 Comunicaciones inalambricas Requiere una planificación y gestión eficiente del espectro. Subconjunto de las ondas electromagnéticas entre 3 KHz y 3000 GHz Planificación que garantice condiciones para el desarrollo de tecnologías innovadoras.

19 Telefonía Móvil Telefonos diseñados para comunicarse con radiobases en determinadas bandas de frecuencias (850 Mhz, 900 Mhz, 1800 Mhz, 1900 Mhz, 2100 Mhz). Para que un operador pueda brindar servicio en una localidad tiene que tener autorización para TX y RX en alguna de esas bandas. Licencias de uso tiene un valor importante. Se canalizan las bandas y se distribuyen entre los operadores por ejemplo a través de procesos competitivos. Subasta de banda de 700 MHz para 4G.

20 Telefonía Celular Regiones geográficas divididas en celdas Reutilización de las frecuencias/slots de tiempos/ codigos en regiones separadas espacialmente (sistemas analógicos utilizan FD y los digitales TD o CD) Hadnoff y control coordinado a través de las estaciones base.

21 Frequency Band Allocation for Mobile Services Operator Band Technology ANTEL MOVISTAR 850 Mhz 1800 Mhz 850 Mhz 1900 Mhz TDMA/AMPS GSM AMPS/GSM CDMA CTI MÓVIL 1900 Mhz GSM

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23 Administraciòn - Gestión del espectro Impacto económico: Correlación crecimiento de la telefonía móvil y el aumentos considerables del PBI per cápita. (Waver Meschi y Fuss) Insumo multiples servicios: Telecomunicaciones móviles Banda ancha Radiodifusión Comunicaciones marítimas, aeronáuticas Defensa Servicios de emergencia Científicas: radioastronomía

24 Aspectos técnicos: Las características de propagación varían con las bandas de frecuencia.

25 Aspectos técnicos: Altas frecuencias presentan menores distancias de propagación pero disponen de mayor capacidad de transmisión de datos.

26 Aspectos técnicos Ancho de banda fraccional- Diseño eficiente de equipos requiere 0.01<B/fc<0.1 Tamaño antenas inverso a la fc. Requerimientos de ancho de banda y potencia dependen de tipo de modulación utilizada.

27 Espectro radioeléctrico El impacto económico, social y las restricciones técnicas imponen la necesidad de reglamentar su uso a nivel nacional e internacional. Conferencias Mundiales de Radiocomunicaciones Reglamento de Radiocomunicaciones ratificado por los Estados Miembros de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ONU) Revisión de las atribuciones de las frecuencias para los distintos servicios (Ej banda de 700 Mhz) Coordinación por regiones

28 Reglamentación Atribución: decisión a nivel internacional o nacional sobre la utilización de cada banda. Distribución de espectro entre servicios. Se recoge en el Cuadro internacional o nacional de atribuciones de frecuencias. Nacional: se respetan las recomendaciones internacionales Atribuciones uniformes permiten economía de escala

29 Reglamentación Adjudicación: Distribución entre países o regiones. Coordinación uso de bandas satelitales (C,Ka,Ku).

30 Reglamentación Asignación: bandas concretas a usuarios específicos: Subastas Adjudicaciones a demanda Uso común: restricciones de potencia y alcance (Wifi, bloototh)

31 Bandas de frecuencia Nombre Abreviatura inglesa Banda ITU Frecuencias Longitud de onda < 3 Hz > km Frecuencia extremadamente baja - Extremely low frequency ELF Hz km Super baja frecuencia - Super low frequency SLF Hz km Ultra baja frecuencia - Ultra low frequency ULF Hz km Muy baja frecuencia - Very low frequency VLF khz km Baja frecuencia - Low frequency LF khz 10 1 km Media frecuencia - Medium frequency MF kHz 1 km 100 m Alta frecuencia - High frequency HF MHz m Muy alta frecuencia - Very high frequency VHF MHz 10 1 m Ultra alta frecuencia - Ultra high frequency UHF MHz1 m 100 mm Super alta frecuencia - Super high frequency SHF GHz mm Frecuencia extremadamente alta - Extremely high frequency EHF GHz 10 1 mm > 300 GHz < 1 mm

32 Bandas

33 SERVICIOS 1 Móvil Aeronáutico 2 Radionavegación Aeronáutica 3 Radioaficionados 4 Radiodifusión 5 Fijo 6 Móvil Terrestre 7 Móvil Marítimo 8 Radionavegación Marítima 9 Ayudas a la Meteorología 10 Móvil 11 Radiolocalización 12 Radionavegación 13 Frecuencia Patrón y Señales Horarias 14 Exploración de la Tierra por Satélite

34 REGULACIÓN Reguladores: administrar recurso escaso ante intereses sectoriales concentrados en aras de los consumidores y el interés público Fabricantes de equipos: asignación ligada a tecnología - asimetría información Proveedores de servicios comerciales: incentivos a bloquear competencia. Proveedores de servicios públicos: incentivos a solicitar más espectro y no usarlo Usuarios: Dificultades para incidir.

35 Marco Institucional Telecomunicaciones Radiodifusión Radiocomunicaciones Defensa de la Competencia Política Ministerio de Industria/ DINATEL Ministerio de Industria/ DINATEL Ministerio de Industria/ DINATEL Ministerio de Economía/ Ministerio de Industria/DINATEL Regulación URSEC URSEC URSEC Ursec /Comisión Defensa de la Competencia del MEF Defensa de la Consumidor Ministerio de Economía/ Ministerio de Industria/DINATEL Ursec /Defensa de la Consumidor del MEF

36 Reglamentación Leyes: Ej Ley de Radiodifusión Comunitaria Reglamentos: Decretos: Ej: Subasta de espectro Resoluciones del Poder Ejecutivo: adjudicaciones de radiodifusión (permisos) Resoluciones Regulador: adjudicaciones para otros servicios.

37 Desafíos tecnológicos Diseño: Hardware: componentes pequeños, baja potencia, baratos, funcionamiento a alta frecuencia. Sistema: convertir y transferir información a alta velocidad, robustos frente a ruido e interferencia, soporten múltiples usuarios Red: Conectividad a alta velocidad, restricciones de energía y retardos

38 Objetivos del Curso Introducir los sistemas de comunicación eléctricos: analizar sus características principios de funcionamiento Presentar la teoría básica para modelar y analizar sistemas de comunicaciones punto a punto. Dar herramientas: conceptos y métodos. Foco: análisis del diseño y desempeño de los sistemas de comunicación análogicos y digitales Sistemas de Comunicación

39 Sistemas de Comunicación Comunicación Transferencia de información de un lugar a otro lugar. Debe ser : eficiente confiable segura Sistemas de Comunicación

40 Sistemas de Comunicación Definición: Componentes o subsistemas que permiten la transferencia / intercambio de información. Sistemas de Comunicación

41 Elementos de un Sistema de Comunicación Mensaje de entrada Transductor de entrada Señal eléctrica de entrada Trasmisor Señal trasmitida Canal Mensaje de Salida Transductor de salida Señal eléctrica de salida Receptor Señal recibida Sistemas de Comunicación

42 Elementos de un Sistema de Comunicación Mensaje de entrada Transductor de entrada Trasmisor Señal trasmitida Transductor de entrada:convierte el mensaje a un formato adecuado para su trasmisión. El: micrófono convierte las ondas sonoras en variaciones de voltaje. Trasmisor (TX):Adecua la señal eléctrica de entrada a las características del medio de trasmisión. Modulación, Codificación- Amplificar, Filtrar Sistemas de Comunicación

43 Elementos de un Sistema de Comunicación Canal: Medio que hace de nexo entre el trasmisor y el receptor. El canal degrada la señal, introduce: Ruido, atenuación, distorsión, interferencia, fadding. Señal trasmitida Canal Cable duro: par trenzado (cobre),coaxial, guía de onda, fibra óptica Cable blando: aire,vacio,agua de mar Señal recibida Sistemas de Comunicación

44 Características de los medios físicos Frecuencia Medio/ propagación aplicación Hz Hz 1GHz- 10GHz 1MHz- 1GHz Fibra óptica Guía de ondas/línea vista Coaxil/radio Datos de banda ancha Satélites, celular TV, FM 1KHz- 1MHz Par trenzado/onda terrestre AM, Aeronáutica, telefonía, telegrafo Sistemas de Comunicación

45 Elementos de un Sistema de Comunicación Mensaje de Salida Transductor de salida Receptor (RX):Reconstruye la señal de entrada a partir de la señal recibida. Proceso inverso al realizado en el TX. Demodular, Decodificar- Amplificar, Filtrar Transductor de salida :Convierte la señal eléctrica a su entrada en una forma de onda adecuada Ej: auricular, altavoz Señal eléctrica de salida Receptor Señal recibida Sistemas de Comunicación

46 Comunicaciones Digitales vs Analógicas Sistemas Analógicos: Señales continuas (voz, video) Desempeño: fidelidad maximizar SNR. No es posible SNR infinita en canales con ruido restricciones:ancho de banda de transmisión potencia trasmitida Sistemas Digitales: Valores de señal límitados a conjunto finito (texto, datos) Desempeño: Bit rate y Probabilidad de error de bit. minimizar Pe. Es posible trasmitir sin errores en canales con ruido restricciones: ancho de banda de transmisión, energía trasmitida Sistemas de Comunicación

47 Comunicaciones Digitales vs Analógicas Ventajas de los sistemas digitales: Sistemas digitales son más robustos al ruido y la interferencia Se dispone de muy buenas técnicas de procesamiento para señales digitales: encriptado, compresión de datos, corrección de error, ecualización de canal Baratos: operaciones complejas se pueden implementar en forma económica en un único circuito integrado. Multiplexado : fácil mezclar señales de diferentes fuentes Desventajas: Es necesario sincronización entre el transmisor y el receptor. Sistemas de Comunicación

48 Características deseables de un Sistema de Comunicación Buena fidelidad Potencia de señal baja Trasmitir una gran cantidad de información Ocupar un ancho de banda pequeño Bajo costo (complejidad) Los ingenieros de comunicaciones tienen que obtener la mejor solución de compromiso de todos estos parámetros. Sistemas de Comunicación

49 Ejemplos de soluciones de compromiso en el diseño de Sistemas de Comunicacion Comunicaciones Satelitales Alto costo de generación de potencia en el espacio y enormes distancias de transmisión. Se requiere eficiencia en el uso de energía. Comunicaciones de microondas Bajo costo en la potencia pero ancho de banda limitado por las regulaciones. Se requiere eficiencia en el uso del ancho de banda Telefonía celular Aumento del costo con la potencia ( impacto en el tamaño y la duración de las baterías) además esta limitado el ancho de banda. Se requiere a la vez eficiencia en la energía y en el ancho de banda. Sistemas de Comunicación

50 Hitos en la Historia de las Comunicaciones 1844 Telégrafo (Morse) 1876 Teléfono (Bell) 1897 Telégrafo inalámbrico(marconi) 1918 Receptor de AM (Armstrong) 1928 Televisión (Farnsworth) 1933 Radio FM (Armstrong) 1948 Teoría de la Información (Shannon) 1950 Líneas Telefónicas digitales de larga distancia(bell Labs) 1963 Comunicación Satelital Telstar I (Bell Labs) 1979 Primer Teléfono Celular comercial (Motorola/ AT&T) Comunicaciones Digitales, 2G, DTV standards ahora 3G, 4G, Wimax DTV Futuro- 5G, IoT Sistemas de Comunicación

51 Referencias Bibliográficas Ingeniería Eléctrica / Cursos del 1er semestre de 2016 / siscom Capitulo 1- Introducción- Carlson Sistemas de Comunicación