Universidad de Alcalá Escuela Politécnica Superior Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones Sistemas de Comunicación Apellidos: Nombre: DNI: Fecha Estelar Parte 1: Test y Cuestiones Para aprobar el examen hay que aprobar cada una de sus partes por separado! Esta Parte 1 se realiza sin calculadora, ni libros, ni apuntes... Tiempo estimado: 1 hora. Pasada esa hora el profesor recogerá la Parte 1 y entregará la siguiente parte del examen. Test (1,5 puntos) Marque la respuesta CORRECTA. Respuesta correcta = +0,15 Respuesta en blanco = +0,0 Respuesta errónea = 0,15 1.- Supongamos un sistema PCM (Pulse Code Modulation) en el que codificamos utilizando n bits/muestra. Si ahora codificásemos con (n + 3) bits/muestra, entonces conseguiríamos que: a) La relación S/D disminuyese en + 3 db. b) Mejorase la relación S/D en + 4,8 db. c) La relación S/D aumentase en +12 db. d) La relación S/D aumentase en + 18 db. 2.- La sensibilidad efectiva del detector óptico representa: a) El nivel de la potencia óptica mínima que garantiza una BER (bit error rate) 10 9 en ausencia de interferencia entre símbolos. b) El nivel de la potencia óptica mínima que garantiza una BER >10 9 cuando existe interferencia entre símbolos no nula. c) El nivel de la potencia óptica mínima que garantiza una BER 10 9 cuando existe interferencia entre símbolos no nula. 3.- La diafonía es una de las perturbaciones que pueden aparecer en algunos sistemas de transmisión. En particular resulta determinante en el diseño de éstos cuando utilizamos: a) Cables de fibra óptica. b) Cables de pares de cobre. c) No importa nunca. d) Cualquier medio de transmisión guiada. 4.- En un sistema de comunicaciones ópticas, el dispositivo emisor de luz suele ser, o bien, un diodo LED, o bien, un diodo LÁSER. Imaginemos que estos dispositivos han sido fabricados utilizando los mismos semiconductores III-V y con la misma tecnología. En general, es una buena aproximación considerar que: a) La anchura espectral del láser,, es mayor que la del LED. b) La anchura espectral del LED,, es menor que la del láser. c) La potencia de la radiación espontánea del láser es mayor que la de la emisión estimulada del LED. 1
5.- La atenuación en una fibra óptica convencional depende de la longitud de onda,, de la luz inyectada en ella. En la región del infrarrojo: a) La atenuación disminuye con a causa de la absorción por electrones. b) La atenuación crece con a causa de la absorción por dopantes y Si-O. c) La atenuación aumenta con a causa de la absorción causada por electrones. 6.- Imaginemos un sistema de transmisión guiada o en línea del que conocemos cómo evoluciona el nivel relativo a lo largo de éste. Si en el punto de referencia se tiene 0 dbr y, ahora, se inyecta un nivel de potencia de 5 dbm, entonces: a) El nivel relativo aumenta en 5 dbm. b) En el punto de referencia existe un nivel relativo de 5 dbr. c) El nivel absoluto en cualquier punto del sistema de transmisión crece en 5 dbm. 7.- El oído humano es más preciso en: a) El rango de frecuencias de 3 KHz a 5 KHz. b) El intervalo de frecuencias de 20 Hz a 20 KHz c) El rango de frecuencias en torno a 1 MHz. d) El intervalo de frecuencia comprendido entre 1 KHz y 3 KHz. 8.- En un codificador de voz de forma de onda suele suceder que: a) El régimen binario es alto y el retardo es muy bajo. b) El régimen binario es alto y el retardo es alto. c) El régimen binario es bajo y el retardo es bajo. 9.- Cuando se compara los coeficientes de intermodulación y de distorsión no lineal de orden 3 (I 3 y d 3, respectivamente), se comprueba que: a) I 3 se encuentra 6 db por encima de d 3. b) I 3 está 9,5 db por encima de d 3. c) I 3 es 6 db menor que d 3. 10.- En un sistema de transmisión radio en el que la distancia aumentase desde d km hasta 3 d km, las pérdidas básicas de de propagación en espacio libre: a) Aumentarían en 9 db. b) Aumentarían en 3d db. c) Disminuirían en 3 db. d) Crecerían en 9,5 db. Cuestiones cortas (1,5 puntos) 1. Demuestre que el nivel absoluto, L a (dbm), se puede escribir en función del nivel relativo, L r (dbr), y del nivel de potencia inyectada en el punto de referencia, L(dBm0). 2. En qué banda de frecuencia reside el 90 % de la inteligibilidad de la señal vocal? 3. Enumere cuatro características del codificador de voz ideal 4. Suponiendo que la respuesta al impulso de un medio de transmisión se puede escribir como, cuándo NO existe distorsión lineal? Qué tipos hay? 5. Defina el factor de ruido, f n, y la temperatura equivalente, T e, de un cuadripolo 6. Calcule la relación entre la temperatura equivalente, T e, y el factor de ruido, f n, de un cuadripolo 2
Problema conceptual (1,5 puntos) El sistema de transmisión de la Figura A está formado por dos cuadripolos conectados en cascada. Sus ganancias y temperaturas equivalentes de ruido son, respectivamente, g 1, g 2, t e,1 y t e,2. Si t f es la temperatura de la fuente de ruido que existe a la entrada, calcule la expresión de la temperatura total de ruido, t T. Figura A. Esquema de la cascada de dos cuadripolos y de la resistencia equivalente que modela su temperatura total de ruido. 3
Universidad de Alcalá Escuela Politécnica Superior Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones Sistemas de Comunicación Apellidos: Nombre: DNI: Fecha Estelar Parte 3: Problemas (5,5 puntos) Para aprobar el examen hay que aprobar cada una de sus partes por separado! Tiempo estimado = 60 minutos Problema práctico 1 (1,5 puntos) La Figura 1.1 representa un bucle de abonado simplificado consistente en un terminal telefónico (TT) convencional y una central local (CL), que están separados una distancia, l = 2 km. El medio de transmisión a utilizar es el par de hilos de cobre. Figura 1.1. Esquema del sistema de comunicación propuesto. Se dispone de dos tipos de cable de pares de cobre cuya única diferencia estriba en el calibre o diámetro del hilo de cobre: Calibre 1 : 0,51 mm Calibre 2 : 0,64 mm El objetivo de este problema consiste en elegir el calibre más adecuado, siendo los REQUISITOS DE DISEÑO del bucle de abonado: Equivalente de referencia del bucle (atenuación máxima permitida): ER MAX = 2 db Resistencia máxima que puede alimentar la CL: R MAX = 250. Utilizando los datos de la Tabla 1.1, seleccione el calibre que considera más adecuado. Tabla 1.1. Datos comunes a los dos tipos de par de cobre medidos a T 0 = 20 ºC y a f = 800 Hz Resistividad del cobre: Capacidad kilométrica: C = 40 nf/km Coeficiente de variación (de la resistencia) con la temperatura: Variación de temperatura: Temperatura mínima: T min = 0 ºC Temperatura máxima: T MAX = 40 ºC AYUDA: Los equivalentes de referencia, ER[dB], del TT y de la CL son despreciables. El efecto pelicular es despreciable. La aproximación de baja frecuencia es aplicable. 4
Problema práctico 2 (2 puntos) Imaginemos ahora un sistema que genera información con una tasa binaria que pretendemos repartir entre un cierto número m de sistemas MIC30+2. Para transmitir tal información se dispone de 1 cable de 40 pares de cobre, de calibre 0,64 mm, distribuidos uniformemente en 10 unidades o agrupaciones tal y como aparece ilustrado en el dibujo de la Tabla 2.1 donde, además, se han resumido los datos necesarios para caracterizar los fenómenos de diafonía. Además se tienen regeneradores bidireccionales, de ganancia G = 45 db, distribuidos de la forma ilustrada en la Figura 2.1. Tabla 2.1. Resumen de los datos de diafonía entre pares de cobre en el cable en consideración. Distribución de los pares A P [db] σ P [db] A T [db] σ T [db] α[db/km] DENTRO de la misma unidad 78,5 7 55,5 8 15 En unidades ADYACENTES 80,2 7 65,2 8 15 En unidades NO adyacentes 82,6 7 73,6 8 15 Figura 2.1. Representación esquemática del enlace de longitud l = 30 km y de las secciones de regeneración (l 0 ) primera, segunda y última, respectivamente. Conteste a las siguientes preguntas: a) Supongamos la distribución ilustrada en la Fig.2.2 (a). Calcule la longitud de la sección de regeneración que imponen los fenómenos de diafonía (l 0, DIAFO ), la que impone la ganancia del regenerador (l 0, REG ) y, finalmente, la longitud de la sección de regeneración (l 0 ). b) Supongamos ahora la distribución de pares de cobre ilustrada en la Fig.2.2 (b). Calcule l 0, DIAFO, l 0, REG y l 0. Si l = 30 km, cuántos regeneradores se necesitan en total? c) Finalmente, veamos qué pasa en la distribución ilustrada en la Fig.2.2 (c). Calcule l 0, DIAFO, l 0, REG y l 0. Figura 2.2. Representación de los tres casos que se estudian en este problema. (a) (b) (c) 5
Problema práctico 3 (2 puntos) Por último, supongamos que queremos diseñar un sistema de comunicaciones ópticas de longitud l = 50 km y caracterizado por: Pérdida por empalme (fusión): Pérdida por conector: Número de conectores: R b = 120 Mbps Código de línea: 8b / 10b Sensibilidad del detector: S 0 = 40 dbm, Tiempo de subida del detector: T SUB = 2 ns Penalización por interferencia entre símbolos: I = 2,25 db Dispersión máxima permitida: 2,5 ns Margen de seguridad del sistema: M S = 2 db Imagine que, para poner en práctica este proyecto, disponemos de los equipos y fibras ópticas cuyas características aparecen resumidas en las Tablas 3.2, 3.3 y 3.4. Tabla 3.2. Catálogo de equipos. es la longitud de onda a la que trabaja el equipo fotoemisor. Nombre [nm] Fotoemisor Precio ( ) Equipo 1 1550 Tipo: Diodo láser (LD) 6000 Parámetros: P O, E = 3dBm, = 2 nm, T SUB = 3 ns Equipo 2 1550 Tipo: LED 4800 Parámetros: P O, E = 15 dbm, = 40 nm, T SUB = 15 ns Tabla 3.3. Resumen informativo de la fibra óptica multimodo. Atenuación kilométrica: Otros parámetros 850 nm 1300 nm 1550 nm 3 1,7 0,5 Frecuencia de corte intermodal Factor de concatenación Coeficiente de dispersión del material Coeficiente de dispersión por efecto guía-onda Longitud de la bobina l BOBINA = 1 km Precio ( /Km) 1200 6
Tabla 3.4. Datos característicos de la fibra monomodo. Atenuación kilométrica: Otros parámetros Precio ( /Km) 850 nm 1300 nm 1550 nm Coeficiente de 1 0,6 0,5 dispersión del material Coeficiente de dispersión por efecto guía-onda Longitud de la bobina l BOBINA = 2 km 1500 Seleccione la fibra óptica y el emisor que considere más adecuados. NOTA: 50 0,7 = 15,4625 Resumen de algunas fórmulas que podrían ser necesarias para hacer los problemas prácticos que siguen a continuación. Relación señal a ruido 7