SISTEMAS DE TELECOMUNICACION TELEMATICA TEMA 2 0. INTRODUCCIÓN. 0.1. Concepto de telecomunicación. El término telecomunicación nació a principios del siglo XX y en 1932 se definió como: "toda comunicación telegráfica o telefónica de signos, escritos, imágenes y sonidos de cualquier naturaleza: por hilo, radioelectricidad u otro sistema o procedimiento de señalización eléctrica o visual (semáforos)" 0.2. Necesidad de la comunicación. El hombre, necesita vivir con otros congéneres, la comunicación le permite ampliar sus capacidades. Se adquiere información por los cinco sentidos y la comparte con sus semejantes a través de gestos, gritos y fundamentalmente por la palabra hablada. Esta necesidad no sólo se ciñe al ámbito inmediato, sino que se demanda romper con los límites espacial y temporal, deseando que la información pueda viajar en la distancia y que permanezca en el tiempo. En la actualidad, se consideran sectores estratégicos los relacionados con ella: transportes, prensa, telecomunicaciones (teléfono, radio, televisión), etc. 1
0.3. Evolución histórica de las comunicaciones. Los romanos hacían uso de torres escalonadas. Hans Christian Oersted (1777-1851) sento las bases del electromagnetismo. James Clerk Maxwell propuso las leyes del electromagnetismo en 1865. Alexander Graham Bell (1847-1922) se le adjudico la patente sobre el teléfono. En 1880 se instaló la primera línea telefónica entre Boston y Providence. En España la primera comunicación telefónica tuvo lugar el 16 de diciembre de 1877, entre el Castillo de Montjuich y la Ciudadela de Barcelona. emisión radioeléctrica: 1865 Se funda la "Unión Telegráfica Internacional (UTI)" 1888 Hertz emitió y recibió ondas de radio. 1895 Marconi transmite señales de morse a unos 500 m., e introduce dos mejoras técnicas: la antena y la toma de tierra. El ruso Popov está considerado como coinventor de la radio. 1896 Marconi patenta el primer sistema de radio, con un alcance de 2,5 Km. 1901 El 12 de diciembre Marconi estableció la primera comunicación radiotelegráfica transatlántica (en 1909 recibió el Premio Nobel). 1907 Servicio regular radiotelegráfico. 1915 Primeras pruebas radiotelefónicas. 1928 Se establece el primer radioenlace telefónico transoceánico entre Nueva York y Londres. 2
En la década de los 20 se crearon dentro de la UTI el Comité Consultivo Internacional de Teléfonos (CCIF), el de Telégrafos (CCIT) y el de Radio (CCIR). 1932 Se cambió el nombre de la Unión por "Unión Internacional de Telecomunicaciones" (UIT). En la actualidad es una organización especializada de las Naciones Unidas. 1956 Se produjo la fusión del CCIF y el CCIT en el "Comité Consultivo Internacional Telefónico y Telegráfico" (CCITT). 1. TEORÍA GENERAL. 1.1. Teoría de la comunicación. La telecomunicación tiene por objeto la transmisión de información entre dos puntos arbitrarios. "Teoría de la información" es la Teoría matemática que trata la transmisión de la información y los efectos del ancho de banda, distorsión y ruido". Estudia el proceso al que hay que someter las señales antes y después de su transmisión, y la capacidad de los modelos de canal para transmitir información. 1.2. Sistemas de telecomunicación. Se basa en el concepto de "canal de transmisión". Un canal de transmisión es un conjunto de equipos, facilidades y asignaciones en el espacio, tiempo o frecuencia, dispuestos para transportar una información determinada desde su fuente a su destino. El concepto de sistema de telecomunicación incluye no sólo la transmisión y la recepción de señales, sino el procesamiento de las mismas y la organización de redes. 3
1.3. Modelos de sistema de telecomunicación. Modelo A Fuente de información Medio de transmisión Sistema de recepción Modelo B: Fuente Procesador Medio Procesador Destino TRANSMISOR RECEPTOR Perturbación Modelo C: Fuente de información Transmisor Medio de transmisión Receptor Destino información Canal de comunicación Perturbación 4
TRANSMISIÓN DE SEÑALES DIGITALES POR REDES ANALÓGICAS. TRANSMISIÓN DE SEÑALES ANALÓGICAS POR REDES DIGITALES. Características del medio Atenuación: aporta la medida de la disminución de la energía de la señal en su camino desde el emisor al receptor. Unidad db Distorsión lineal: la variación no deseada de una forma de onda, motivada por diferir las características del medio de transmisión de las ideales. Interferencia (diafonía): cuando sobre la señal transmitida actúan otras ajenas a ella, pero de naturaleza similar. Acoplamiento. Ruido: la resultante de un conjunto de perturbaciones no deseadas. Agitación térmica. 5
Aspectos del medio que influyen en la transmisión Ancho de banda: al aumentar el ancho de banda, se incrementa la velocidad de transmisión. Dificultades en la transmisión: atenuación, ruido, etc. Interferencias: especialmente importante en los medios no guiados aunque también aparecen en los guiados (e.g. par trenzado). Número de receptores: Múltiples receptores en medios guiados pueden atenuar la señal. Tipos de medios de Transmisión Guiados. Par trenzado Cable coaxial Fibra óptica No guiados. Atmósfera Espacio Espectro electromagnético 6
1.4. Señal eléctrica. Clasificación: Deterministica: Pueden calcularse y predecir el valor instantáneo. Estacionarias: Las que poseen algún valor constante. Periódicas: Cuyos valores se repiten cada cierto tiempo. Aleatoria: Sus parámetros solo se pueden definir estadísticamente. Media, probabilidad... También pueden ser estacionarias. 1.5. Descripción de señales en el dominio del tiempo. Señal senoidal: Frecuencia f Periodo T v() t = vpsen. ( 2πft + Φ) Valor de pico v p Valor de pico a pico v pp Valor medio v m Valor eficaz v ef Angulo de desfase Φ 7
1.6. Descripción en el dominio de la frecuencia. Desarrollo en serie de Fourier: Toda señal periódica puede descomponerse en una suma de señales senoidales, cuyas frecuencias son múltiplos de la frecuencia de esa señal. x(t)= A + B sen(2bf o t) + C sen (2B2f o t) + D sen (2B3f o t) +... A B C A Frecuencia 0 f o 2f o 3f o Conceptos asociados al dominio de la frecuencia Normalmente una señal está formada por muchas frecuencias. Se puede ver como la suma de muchas ondas tipo seno de frecuencias distintas (análisis de Fourier). Espectro: rango de frecuencias contenidas en una señal y su energía. Ancho de banda absoluto: ancho de banda del espectro. Ancho de banda efectivo (ancho de banda): banda conteniendo la mayor parte de la energía del espectro. Descomposición de una señal Componente continua 8
Filtros Un filtro es un dispositivo que atenúa o potencia determinadas frecuencias presentes en la señal de entrada, de modo que la salida elimine o refuerce las mismas en determinados rangos. Filtro u(t) y(t) La función de transferencia del filtro, a través de su diagrama de Bode, nos da una idea del rango de frecuencias que se atenúan o potencian Tipos de filtros Atendiendo al rango de frecuencias que se atenúan o potencian se pueden clasificar los filtros en: G() Pasa baja G() Pasa alta G() Pasa banda G() Rechazo de banda Filtro Paso Bajo 9
Tipos de filtros G() Pasa baja Filtro pasa baja G() Pasa alta Filtro pasa alta Filtro Paso Alto Filtro Paso Banda 10
Filtro ideal H(j) 1 No es físicamente realizable, por lo que debe aproximarse por filtros reales, tales como los de Butterworth, Bessel, etc. c =1 Un filtro prototipo ideal debería tener un diagrama de Bode con dos zonas de H(j) = 1, 0 1 H(j) Los filtros reales presentan una zona de transición y quizás un rizado de acuerdo a las posiciones de sus polos-ceros c =1 Tipos de filtros típicos 1 G(j) 2 Butterworth Bessel 1 G(j) 2 Chebyshev I c =1 c =1 1 G(j) 2 Elipticos 1 G(j) 2 Chebyshev II c =1 s c =1 Comunicaciones de datos http://www.ac.uma.es/~nico/docencia/ar/tema2.pdf 11
Modulaciones digitales Cuanto más sencillos son los equipos mayor es el ancho de banda ocupado. Modulaciones Modulaciones básicas ASK FSK PSK 12
Representación de las señales portadoras ASK PSK FSK Modulación en cuadratura. (Formato I/Q ) Transmisor I/Q 13
Receptor I/Q Tasas de símbolos y de bits Tasas de símbolos y de bits (II) 14
Modulaciones prácticas MSK es un tipo de FSK en el que la desviación de frecuencia de pico a pico es igual a la mitad de la tasa de bits. Técnicas de multiplexación. En el tiempo, en frecuencia, geográfica o en código TDMA. Time division multiple access. Acceso múltiple por división en el tiempo. Cada señal en un momento de tiempo. FDMA. Frecuency division multiple access. Cada señal en una frecuencia. Reparto físico del espacio. Cada señal en un sitio. CDMA. Code division multiple access. Acceso múltiple por división en código. Cada señal con un código distinto. TDMA 15
FDMA ADSL. Utiliza FDMA. Usado para enlace entre el ususario y la red (bucle de abonado). Esquema de instalación 16
Esquema de conexión (II) ADSL 2 y 2+ ADSL2 se consigue 12/2 Mbps y con ADSL2+ 24/5 Mbps Multiplexación geográfica 17
CDMA 18