Electrónica de comunicaciones Plan 2010

Transcripción

1 Electrónica de comunicaciones Plan 2010 Manuel Sierra Pérez Manuel Sierra Castañer José L. Fernández Jambrina Belén Galocha Iragüen Javier Gismero Menoyo José Ignacio Alonso Montes Carlos Gustavo Moreno Pérez

2 Presentación de la asignatura Contexto en el plan 2010 Programa Desarrollo de las clases Laboratorios Ejercicios de curso por Internet Bibliografía Tutorías y horas de consulta Examen final Electrónica de Comunicaciones Introducción 2

3 Objetivos de la asignatura Mostrar la estructura real de los subsistemas de RF en sistemas de comunicaciones. Estudiar las limitaciones de los subsistemas actuales y su especificación. Buscar la configuración electrónica más adecuada a cada una de las funciones de un sistema. Diseñar subsistemas de aplicación real con componentes de mercado. Electrónica de Comunicaciones Introducción 3

4 Electrónica de Comunicaciones en el plan de estudios Análisis y Diseño de Circuitos Electrónica e Instrumentación Básicas Electrónica Analógica Electrónica de Comunicaciones Teoría de la Comunicación Sist. de Transmisión Tratamiento digital de señales Radiación y propagación Electrónica de Comunicaciones Introducción 4

5 Sistemas de RF en comunicaciones Sistemas de Comunicaciones Por Línea En banda base Sobre portadora Por Radio Electrónica de Comunicaciones Introducción 5

6 Sistemas de Comunicaciones Distorsión Oscilador Distorsión Fuente Transmisor Canal Receptor Presentación Oscilador Ruido Ruido Interferencias Electrónica de Comunicaciones Introducción 6

7 Técnicas digitales o analógicas Transmisor Digital Transmisor Analógico Fuente Fuente Fuente Codificado Codificado Codificado Multiplexado Transmisor Modulación IF/RF Amp Reloj Osc. Osc. Electrónica de Comunicaciones Introducción 7

8 Técnicas digitales o analógicas Receptor Analógico Receptor Digital Receptor Decodificado Recepción Amp RF/IF Demodulación Multiplexado Decodificado Decodificado Recepción Recepción Osc. Osc. Reloj Electrónica de Comunicaciones Introducción 8

9 Frecuencias 1 khz 10 a 100MHz 2 a 20GHz 1 THz Circuitos Integrados Analógicos Integrados (RFIC) Digitales (DSP) Onda Media HF VHF Onda Corta UHF Circuitos de Componentes Discretos Circuitos con Líneas de Transmisión Circuitos Ópticos Microondas Óptica Milimétricas Electrónica de Comunicaciones Introducción 9

10 Partes del Programa Subsistemas de Comunicaciones Componentes Procesos de RF de Señal Electrónica de Comunicaciones Introducción 10

11 Tema 1. Introducción a los sistemas RF (3t) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 11

12 Tema 2. Procesos de distorsión mezcla y ruido (3t+3p) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 12

13 Tema 3. Modulación/demodulación lineal (4t+2p) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 13

14 Tema 4. Osciladores de RF, Lazos enganchados en fase (PLL), Sintetizadores y modulación de frecuencia y fase (6t+4p) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 14

15 Tema 5. Amplificadores de RF y filtros de RF (3t+1p) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 15

16 Tema 6. Transmisores y Receptores de RF (4t+2p) Fuente de señal Modulador Amp. Amp. Electrónica de Comunicaciones Introducción 16

17 Distribución del tiempo de clase Por temas Introducción 3h Distorsión y ruido 6h Moduladores lineales 6h Osciladores, PLL, sintetizadores, moduladores y demoduladores de frecuencia 10h Amplificadores y filtros 4h Transmisores y Receptores 6h Actividades complementarias de seguimiento 4h Total 35h Electrónica de Comunicaciones Introducción 17

18 Distribución del tiempo de clase A las 35 horas de clase se sumarán otras cuatro dedicadas a la realización de actividades complementarias de seguimiento Las clases se distribuirán a razón de tres horas semanales durante 13 semanas Electrónica de Comunicaciones Introducción 18

19 Prácticas de laboratorio Prácticas de laboratorio Práctica 1 Analizador de Espectros Práctica 2 Modulaciones lineales Práctica 3 PLLs y Sintetizadores de Frecuencia Práctica 4 Transceptor heterodino Electrónica de Comunicaciones Introducción 19

20 ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES. LABORATORIO. 4 PRÁCTICAS (1 h. Introducción teórica + 3 h. laboratorio). OBLIGATORIAS 10* TURNOS (máx.). Formación de turnos en Moodle. Se avisará con antelación al periodo de elección de turno. Puestos de 2 alumnos. Los puestos deberán estar asignados antes del 1 de MARZO (pasar por A306-L). Evaluación: 1. Realización Prácticas y Entrega memorias: 25 % Nota Final Asignatura Los guiones de las prácticas (necesarios para la realización de las mismas) estarán disponibles en En la misma página se puede acceder al calendario de prácticas para los distintos turnos así como a documentación adicional. A los alumnos repetidores que YA HAYAN SUPERADO las prácticas, se les mantiene la evaluación continua de las mismas. No es necesario que repitan las prácticas por lo que NO deben elegir turno. (Listado aparecerá en Moodle, al abrirse el periodo de elección de turno). Coordinador del laboratorio: Javier Gismero (javier@gmr.ssr.upm.es). C420

21 Ejercicios personalizados I. Plantearemos cuatro ejercicios personalizados de análisis o diseño. Los ejercicios serán similares pero diferentes y con datos diferentes para cada alumno. Hay que realizar esos ejercicios a través del portal educativo de la asignatura: Cada ejercicio tiene su plazo de presentación. Se puede consultar en cada momento la calificación por apartados. Pueden modificarse o corregirse cuantas veces se desee hasta el final del plazo. En el momento que se termine el plazo, se cerrará el ejercicio y se pasará la calificación a listas. Electrónica de Comunicaciones Introducción 21

22 Ejercicios personalizados II. La calificación de los ejercicios supondrá un 14% de la nota final del curso en la convocatoria ordinaria. Las calificaciones de los ejercicios de curso no se aplican en la convocatoria extraordinario ni se guardan para años sucesivos. Al finalizar cada ejercicio llamaremos a algunos alumnos al despacho para que, en una prueba oral, expliquen cómo han hecho el ejercicio. Nos reservamos la opción a modificar la calificación en función de la prueba oral. Electrónica de Comunicaciones Introducción 22

23 Ejercicios Personalizados III. Tema del ejercicio Apertura Cierre * 1 Distorsión y Ruido 22-Feb 2-Mar 2 Modulación y demodulación lineal. 16-Marzo 23-Marzo 3 Sintetizadores de frecuencia y Modulación y demodulación angular. 13-Abril 20-Abril 4 Transmisores y receptores de RF. 11-Mayo 18-Mayo El plazo termina a las 24h del día de cierre. Son fechas orientativas Electrónica de Comunicaciones Introducción 23

24 Pruebas complementarias de seguimiento Se trata de exámenes a realizar en clase, y que serán diferentes en cada aula. Cada alumno lo hará en su grupo. Consistirán en preguntas o problemas cortos El alcance de cada examen será: 1 o : Temas 1 y 2 2 o : Tema 3 3 o : Tema 4 4 o : Tema 5 El conjunto supone el 8% de nota final curso en la convocatoria ordinaria Electrónica de Comunicaciones Introducción 24

25 Examen final ordinario (continua) Convocado para el día: 4 de junio de 2018 Ejercicio de teoría (40%) Tipo test. 20/25 cuestiones con 4 respuestas a elegir una. Tiempo estimado 30min. No se permite consulta de libros o apuntes. Ejercicios prácticos (60%) Ejercicios de análisis o diseño. Tiempo estimado 1h:30m Se permite la consulta del libro editado para la asignatura, libros editados por el Departamento de Publicaciones en años anteriores o fotocopias de los mismos. No se permite la consulta de ejercicios, apuntes o de otros tipos de documentos. Se exige una puntuación mínima de un 30% aprobar la asignatura El conjunto supone un 53% por ciento de la nota final, Electrónica de Comunicaciones Introducción 25

26 Examen final ordinario (no continua) Convocado para el día: 2 de junio de 2017 Ejercicio de teoría (40%) Tipo test. 20/25 cuestiones con 4 respuestas a elegir una. Tiempo estimado 30min. No se permite consulta de libros o apuntes. Ejercicios prácticos (60%) Ejercicios de análisis o diseño. Tiempo estimado 1h:30m Se permite la consulta del libro editado para la asignatura, libros editados por el Departamento de Publicaciones en años anteriores o fotocopias de los mismos. No se permite la consulta de ejercicios, apuntes o de otros tipos de documentos. Electrónica de Comunicaciones Introducción 26

27 Advertencia Las infracciones de normas de examen, intercambio de documentación entre alumnos, suplantación, etc., supondrán la apertura de expediente disciplinario. Electrónica de Comunicaciones Introducción 27

28 Resumen de calificación Evaluación continua Ejercicios Web:4 3.5% = 14% Pruebas seguimiento : 4 2% = 8% Teoría Test : 40% ( Examen 3) 53% Problemas : 60% Prácticas : % = Laboratorio = 25% Examen final Test 40% Examen final 75% Problemas 60% Prácticas 4 25% } Laboratorio 25% } = 75% Nota final :100% Electrónica de Comunicaciones Introducción 28 Nota final :100%

29 Calificación final del curso IMPORTANTE: Es necesario realizar todas las prácticas Calificación mínima del examen final para aprobar: 3p sobre 10p Electrónica de Comunicaciones Introducción 29

30 Renuncia a evaluación continua Se puede renunciar a evaluación continua por petición oficial antes del 1 de marzo de 2017 Fecha de examen 4 de junio de 2018 Teoría (40 %) Tipo test. 20/25 cuestiones con 4 respuestas a elegir una. Tiempo estimado: 30min. No se permite consulta de libros o apuntes. 2 Ejercicios prácticos (60%) Ejercicios de análisis o diseño. Tiempo estimado 1:30h. Se permite la consulta del libro editado para la asignatura. No se permite la consulta de ejercicios, apuntes o de otros tipos de documentos. Electrónica de Comunicaciones Introducción 30

31 Avisos La calificación final en la convocatoria extraordinaria está basada sólo en el examen, no valorándose los ejercicios de curso. La calificación del laboratorio está condicionada a la realización de todas las prácticas. El examen de la convocatoria extraordinaria se regirá por las mismas normas que el de la ordinaria con renuncia a continua. Electrónica de Comunicaciones Introducción 31

32 Información Tablón de anuncios No... Páginas web Pagina de teoría Página del laboratorio Moodle de UPM Electrónica de Comunicaciones Introducción 32

33 Bibliografía M. Sierra-Pérez, B. Galocha, J.L. Fernandez y M. Sierra Castañer Electrónica de Comunicaciones Editorial Prentice Hall H.C. Krauss, C.W. Bostian, F.H. Raab. Estado Sólido en Ingeniería de Radiocomunicaciones. Ed. Limusa R. Best. Phase Locked Loops Ed. Wiley Miller. Basic Electronic Communication Prentice Hall Wolaver. Phase Loop Circuit Design Ed. Prentice Hall. Erst. Receiving System Design Ed. Prentice Hall S.A. Maas. Microwave Mixers Artech House F.M. Gardner Phaselock Techniques Ed. Wiley Electrónica de Comunicaciones Introducción 33

34 Equivalencia de temas Título del tema Temario Libro Introducción a los sistemas RF 1 1 Procesos de distorsión y ruido 2 2 Procesos de mezcla 2 6 Modulación/ demodulación lineal 3 9 Osciladores de RF 4,1 3 Lazos enganchados en fase (PLL) 4,2 4 Sintetizadores 4,3 5 Modulación y demodulación de fase y frecuencia 4,4 10 Amplificadores de RF 5,1 7 Filtros de RF 5,2 8 Receptores 6,1 12 Transmisores 6,2 11 Electrónica de Comunicaciones Introducción 34

35 Horas de Clase y de Consulta Grupo Grupo 31.2 Grupo 32 Grupo 33/34 Grupo 35 Laboratorio Aula B3 B4 B10 B2 A306-L Horario Mierc Martes Martes Martes Según grupos Viern Mierc Jueves Mierc Profesor J. L. Fernández Jambrina Manuel Sierra Pérez/ Manuel Sierra Castañer J. L. Fernández Jambrina Belén Galocha Iragüen Javier Gismero Menoyo/ José Ignacio Alonso Montes/ Carlos Gustavo Moreno Pérez Despacho C-419 C-418/C410 C-419 C-410 C429/C422/C40 7 Tutoría Electrónica de Comunicaciones Introducción 35

36 Profesorado y consultas Profesor Despacho Correo electrónico Manuel Sierra Pérez C-418 manuel.sierra.perez@upm.es Manuel Sierra Castañer C-410 mscastaner@gr.ssr.upm.es José Luis Fernández Jambrina C-419 j.fdez.jambrina@gr.ssr.upm.es Belén Galocha Iragüen C-410 belen@gr.ssr.upm.es Javier Gismero Menoyo C-420 javier@gmr.ssr.upm.es José Ignacio Alonso Montes C-422 joseignacio.alonso@upm.es Carlos Gustavo Moreno Pérez C-407 carlosgustavo.perez@upm.es Electrónica de Comunicaciones Introducción 36

37 Esquemas de transmisión de Fuente de señal Modulador Amplificador Filtro paso banda Antena Sintetizador de de frecuencia Funciones Básicas Generación de la señal Síntesis de portadora Modulación Amplificación Filtrado Electrónica de Comunicaciones Introducción 37

38 Señal de banda base. Valor medio o componente continua x(t) Potencia media P b = x 2 (t) Valor eficaz x ef =P b 1/2 Nivel máximo o de pico de la señal x máx =1. Función de distribución estadística. F(x) x(t) t Electrónica de Comunicaciones 38

39 Señal de banda base. de Fuente de señal Modulador Amplificador Filtro paso banda Antena Sintetizador de de frecuencia Distribución espectral de potencia. S(f) Banda ocupada por la señal en banda base. W Frecuencia máxima de la banda base f max X(f) f min f max Electrónica de Comunicaciones 0 Banda Base W f 39

40 Generador de portadora. Fuente de de señal señal Modulador Amplificador Filtro Filtro paso paso banda Antena Sintetizador de de frecuencia Oscilador de frecuencia portadora Capacidad de salto en frecuencia Estabilidad f 0 0 Electrónica de Comunicaciones f 40

41 Modulación Fuente de de señal señal Modulador Amplificador Filtro Filtro paso paso banda Antena Genera la señal modulada sobre la portadora Modulación de la amplitud Modulación de la fase f 0 Sintetizador de de frecuencia 0 vv tt = AA tt cccccc(ωω 0 tt + φφ(tt)) f B RF 41

42 Transmisor homodino con modulación a bajo nivel MOD x(t) Genera la señal modulada en baja potencia sobre la portadora final. Amplifica de forma lineal (AM ) Amplifica de forma no lineal (FM ) Filtra armónicos y espurios de modulación. 42

43 Transmisor homodino con modulación a nivel alto MODULADOR MOD Genera y amplifica la portadora. x(t) Genera y amplifica la señal de modulación. Modula en alto nivel en un modulador de alto rendimiento. Filtra armónicos y espurios de modulación. Electrónica de Comunicaciones Introducción 43

44 Transmisor Heterodino f 1 f 1 +f 2 MOD X(t) f 2 Genera la señal modulada en baja potencia sobre una frecuencia intermedia. Traslada la señal a la frecuencia de emisión en un conversor. Amplifica la señal hasta la potencia de emisión Filtra armónicos y espurios de modulación y conversión. Introducción 44 Electrónica de Comunicaciones

45 Esquema básico del receptor Antena Antena Amplificador Filtro Filtro paso banda RF Demodulador Amplificador Banda de señal base Funciones de un receptor Amplificar la señal hasta el nivel de entrada al demodulador Eliminar interferencias y ruido que llegan al sistema receptor Demodular la portadora para obtener la señal de banda base Electrónica de Comunicaciones 45

46 Criterios de calidad Selectividad: Capacidad de eliminar señales potencialmente interferentes. (filtrado, intermodulación, ) Sensibilidad: Nivel mínimo de señal que es capaz de detectar con la calidad deseada. (ruido, ganancia,..) Fidelidad: Capacidad de recibir y demodular la señal sin distorsión. (distorsión lineal y no lineal, señales espurias, demodulación, etc.) Electrónica de Comunicaciones 46

47 Receptor Homodino DEM Amplificación Filtrado Demodulación Nivel BB Filtrado BB Ventajas Sencillez Bajo costo Inconvenientes Difícil filtrado en RF si f p /B>100 Alta ganancia en los amplificadores de RF con posibilidad de oscilación. Electrónica de Comunicaciones 47

48 Receptor homodino: Bandas RF Interferencias y ruido Filtro de rechazo de banda imagen f s Electrónica de Comunicaciones 48

49 Receptor Superheterodino Conversión de frecuencia Amplificación Amplificación Filtrado DEM Demodulación Ventajas El filtrado se hace sobre una frecuencia más baja. Se amplifica en dos etapas de diferente frecuencia. Electrónica de Comunicaciones Inconvenientes Es más complejo y caro. Hay que eliminar la banda imagen. 49

50 Bandas espurias y banda imagen f Imagen =f s ±2f FI FI B FI = B Banda Imagen Filtro de frecuencia intermedia OL RF B< B RF <4f FI Filtro de rechazo de banda imagen f s -f 0 2f 0 -f s f 0 f s f s +f 0 50 Electrónica de Comunicaciones

51 Demodulación f Imagen =f s ±2f FI FI Filtro de Banda base B FI = B modulación Filtro de Frecuencia Intermedia IF Electrónica de Comunicaciones 51

52 Ejemplo Consideremos un receptor de AM sintonizable en la banda de 600 a 1200 khz, para el que se ha elegido una frecuencia intermedia de 450 khz. Determine la frecuencia del oscilador y la correspondiente banda imagen. f 0 =600 a 1200kHz f I =450kHz DET. B RF =100kHz B IF =20kHz fol Electrónica de Comunicaciones 52

53 Receptor de banda estrecha Consideremos un receptor de BPSK que recibe una sonda de espacio profundo en 3GHz con una banda de trabajo de 100Hz. Establecer una frecuencia intermedia y definir los filtros del receptor. DET. Electrónica de Comunicaciones Introducción 53

54 Receptor de un equipo de medida Consideremos un receptor de un analizador de espectros que debe funcionar entre 10MHz y 20 GHz. Establecer una o más frecuencias intermedias y definir los filtros del receptor. DET. Electrónica de Comunicaciones Introducción 54