TEMA I

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

Departamento de Ingeniería Electrónica

Introducción a las Comunicaciones Electronicas

Vigencia Septiembre 2010H. Romero

SumarioSumario

• Elementos de un Sistema de Comunicaciones. • Señales, Espectros y Filtros.• Espectro Electromagnético y Bandas de Frecuencias.• Longitud de Onda• Teoría de Información.• Modos de Transmisión.• Clasificación de los diferentes tipos de ruido.• Relación Señal a Ruido: S/N• Factor de Ruido e Indice de Ruido.• Cálculo de Decibeles.• Clasificación de las Técnicas de Modulación.

Elementos de un Sistema de ComunicacionesElementos de un Sistema de Comunicaciones

Un sistema de comunicación, en forma general,está constituido por los siguientes elementosbásicos:

FUENTE:Es el que origina el mensaje,-Voz humana.-Una imagen de televisión.-Un mensaje de texto.

Simplemente datos.

Elementos de un Sistema de ComunicacionesElementos de un Sistema de Comunicaciones

Tx RxFT

Esta se conoce como señal de Banda Base.

TRANSMISOR:Convierte la señal de banda base en otraseñal, con caracteristicas mas optimas paraser enviadas por el canal.

CANAL DE COMUNICACIONES: Es el medio de transmisión:-Un alambre.-Un Cable Coaxial.-Guía de ondas.-Fibra óptica-Enlacederadio.

ElementosElementos de un de un SistemaSistema de de ComunicacionesComunicaciones.

Tx Rx

R/I

C

-Enlacederadio.

RUIDO/INTERFERENCIAS:Son agentes extremos a nuestro sistemaque añaden o modifican la informaciónque se esta transmitiendo.

Esto puede ser causado por los equiposutilizados, alambres, conductores,atmósfera, etc.

RECEPTOR:Procesa la señal proveniente del canaly lo transforma en banda base,intentando eliminar la interferencia oruido introducido.

Elementos de un Sistema de ComunicacionesElementos de un Sistema de Comunicaciones

Tx Rx DR

ruido introducido.

DESTINATARIO: Es la unidad a la que se comunica elmensaje

Ejemplo de un Sistema de Comunicaciones

Elementos de un Sistema de ComunicacionesElementos de un Sistema de Comunicaciones

SeñalesSeñalesSeñales:Es la respuesta que tiene un sistema ante un estimuloexterno.

SISTEMAESTIMULO RESPUESTA (Señal)

EjemplosEjemplos

Ejemplo de SeñalesEjemplo de Señales

ESTIMULO

SISTEMA

RESPUESTA (Señal)

EspectroEspectro

Espectro de Frecuencia:Las señales en el mundo de las comunicaciones, tiene uncomportamiento que puede ser descritos en ecuacionesmatemáticas usualmente existe en el dominio del tiempo,donde la variable independiente es “t”.

Estas señales también tiene un comportamiento yecuaciones en el dominio de la frecuencia, donde lavariable independiente es “f”. El análisis espectral estábasado en el uso de laSeries y Transformadas deFourier .

FiltrosFiltros

Filtros Electronicos

Un filtro electrónico, es unelemento que discrimina unadeterminada frecuencia o gama defrecuenciasde una señaleléctricafrecuenciasde una señaleléctricaque pasa a través de él.

Existen diferentes tipos de filtros, según

los requerimientos necesarios.

EspectroEspectro ElectromagnéticoElectromagnético

Es la ubicación de todos los rangos de frecuencias de lasdiferentes señales, en un mismo sistema de referencia. Estepuede subdividirse según su uso.

EspectroEspectro ElectromagnéticoElectromagnético

BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO

RADIOELÉCTICO

NOMBRE DE LA BANDA FRECUENCIAS LONGITUDES DE

ONDA

BandaVLF (Very Low Frequencies – Frecuencias Muy Bajas)3 – 30 kHz 100 000 – 10 000

m

Banda LF (Low Frequencies – Frecuencias Bajas)30 – 300 kHz 10 000 – 1 000 m

Banda MF (Medium Frequencies – Frecuencias Medias) 300 – 3 000 kHz 1 000 – 100 m

Banda HF (High Frequencies – Frecuencias Altas) 3 – 30 MHz 100 – 10 m

BandaVHF (Very High Frequencies – Frecuencias Muy Altas)30 – 300 MHz 10 – 1 m

Banda UHF (Ultra High Frequencies – Frecuencias Ultra Altas) 300 – 3 000 MHz 1 m – 10 cm

Banda SHF (Super High Frequencies – Frecuencias Super Altas) 3 – 30 GHz 10 – 1 cm

Banda EHF (Extremely High Frequencies – Frecuencias ExtremadamenteAltas)

30 – 300 GHz 1 cm – 1 mm

Longitud de OndaLongitud de Onda

La longitud de onda de una onda describe cuán larga es laonda. La distancia existente entre dos crestas o vallesconsecutivos es lo que llamamos longitud de onda. Seencuentra medida en metros

f

c=λ

Teoría de InformaciónTeoría de InformaciónLa información es, aquella que se produce en la fuentepara ser transferida al usuario.

La teoría de información es el estudio muy profundodel uso eficiente del ancho de banda para propagarinformación a través de sistemas electrónicos deinformación a través de sistemas electrónicos decomunicaciones.

Ley de Hartley:tXBI α

donde: donde: I=Capacidad de InformaciónI=Capacidad de InformaciónB=Ancho de Banda (Hertz)B=Ancho de Banda (Hertz)t=Tiempo de Transmisión (seg.)t=Tiempo de Transmisión (seg.)

Esta ley no permite cuantificar la capacidad de

información.

Teoría de InformaciónTeoría de Información

+=N

SBI 1log2

Limite de Shannon de Capacidad de Información

+=N

SBI 1log32,3 10

donde:donde:I: capacidad de información [bits por segundo]B: ancho de banda [Hz]S/N: relación de potencia de señal a ruido [sin unidades]

EstaEsta expresiónexpresión nosnos permitepermite tenertener unauna ideaidea dede cuentacuenta

informacióninformación puedepuede serser transferidatransferida porpor unun sistemasistema enen

funciónfunción dede susu anchoancho dede bandabanda yy lala relaciónrelación señal/ruidoseñal/ruido..

Modos de TransmisiónModos de Transmisión

La forma como se intercambia información entre emisor yreceptor da como resultado cuatro formas generales detransmisión.

Emisor Receptor

Modos de Transmisión Simplex (SX).

La transmisión solo puede ocurrir en un único sentido.

Este sistema comprende un transmisor y un receptor sinquesepuedaintercambiarestosroles.

Modos de TransmisiónModos de Transmisión

quesepuedaintercambiarestosroles.

Ejemplo: La radio comercial.

ORIGEN DESTINO

Modos de Transmisión Half-duplex (HDX)

Las transmisiones pueden ocurrir en ambas direccionessolo que no simultáneamente.

Modos de TransmisiónModos de Transmisión

Ejemplo: Sistema de radios de comunicaciones portátiles.

ORIGEN DESTINO

Modos de Transmisión Full-Duplex (FDX)

Este tipo de transmisión permite el proceso de intercambiode información en ambos sentidos y simultáneamente.

Modos de TransmisiónModos de Transmisión

Ejemplo: Sistema de comunicación telefónica.

ORIGEN DESTINO

El El RuidoRuidoSe considera como ruido a todas las señaleseléctricas no deseadas que provienen de unadiversidad de fuentes.

Clasificadas de manera general como interferenciahechapor el hombreo ruido que ocurreen formahechapor el hombreo ruido que ocurreen formanatural.

Así tenemos la siguiente clasificación:

Clasificación de los RuidosClasificación de los Ruidos

Interferencia Hecha por el

Hombre:

- Otros sistemas de comunicación

- Chispas de ignición en los automóviles- Zumbido de 60 Hertz de la red de alimentación- Interferencias de radio frecuencia

Interferencias Naturales:

- Interferencias de radio frecuencia

- Disturbios atmosféricos- Radiación extraterrestre- Actividad solar.

Otro tipo de ruido existente es el denominadoRuido Térmicoque es el voltaje de ruido debido al movimiento de partículascargadas (por lo general electrones) en medios conductores.Matemáticamente la potencia del ruido térmico calcula bajo laecuación:

ClasificaciónClasificación de los de los RuidosRuidos

Donde N es la potencia del ruido en watsB es el ancho de bandaK es la constante de Boltzman Joules x°KT es la temperatura absoluta en grados Kelvin

N = KTB

231038.1 −×

Voltaje de ruido.La figura muestra el circuito equivalente de una fuente deruido, donde su resistencia interna (R1) esta en serie conel voltaje rms de ruido (Vn).

Parael perodelos casosR = R1, dondeR esla resistencia

ClasificaciónClasificación de los de los RuidosRuidos

Parael perodelos casosR = R1, dondeR esla resistenciade carga. Por tanto el Voltaje de Ruido se puede calcular,según la ecuación:

RKTB=VN 4Vn

R1

R

Fuente de Ruido

Ruido BlancoSon tipos de fuentes de ruidoGaussiano y tienen una densidadespectral plana sobre un intervaloampliodefrecuencias.

Clasificación de los RuidosClasificación de los Ruidos

ampliodefrecuencias.

Tal espectro tiene todos loscomponentes de frecuencias en igualproporción y se le designa en formacorrecta como ruido blanco por laanalogía de la luz blanca.

Relación señal a Ruido (S/R)Relación señal a Ruido (S/R)

La relación señal ruido se denota como S/R e indica lacantidad de ruido que contiene una señal en cuestión.

Está expresado en decibelios (dB).

Mientrasmásalto seaestevalor, menorserála cantidaddeMientrasmásalto seaestevalor, menorserála cantidadderuido presente en la señal.

S N R= SN

Factor de Ruido e Indice de RuidoFactor de Ruido e Indice de Ruido

El factor de ruido denotado comoFF y el índice deruido , denotado comoNFNF.

Son índices que indican la degradación en la relaciónseñal a ruido conforme la señal se propaga por unamplificador sencillo, una serie de amplificadoreso unamplificador sencillo, una serie de amplificadoreso unsistema de comunicaciones.

El factor de ruido es la relación de S/N de entrada entre la relación S/N de salida.

Esto es, el factor de ruido es una relación de relaciones.

Factor de Ruido e Indice de RuidoFactor de Ruido e Indice de Ruido

Matemáticamente se tiene:

( )( )o

i

NS

NS=F

/

/

El índice de ruido es el factor de ruido expresado en dB, es decir:

(F)=(dB) 10logNF

( )( )

o

i

NS

NS=(dB)

/

/10logNF

¿Qué son los Decibeles? ¿Qué son los Decibeles?

El DecibelEl Decibel

Es una unidad logarítmica de medición usada paracomparar dos niveles de potencia.

Denotando conPr el nivel de referencia, el decibel(dB)sedefine mediante la ecuación:

donde P es una potencia conocida.

rP

P=dB 10log

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

Si se conoce la relación de potencias expresadas endecibeles.

La razón de potencia puede hallarse del inverso de laecuaciónanterior,estoes:ecuaciónanterior,estoes:

)(dB

r

=P

P 10/10

rP

P=dB 10log

Cálculo de Decibeles.Cálculo de Decibeles.

Los decibeles también se usan para indicar niveles depotencia absoluta.

Para lo cual se agrega una tercera letra a la notación.

Si el nivel de referenciaP esde 1 watt, la potenciaP seSi el nivel de referenciaPr esde 1 watt, la potenciaP seexpresa en decibeles por encima de un watt, denotado pordBWy se determina como:

PdBW= 10 log10P

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

En caso que la señal de referencia sea de 1 mW, lapotencia P se expresa en decibeles por encima de 1miliwatt y se denota por dBm.

Por otro lado, se sabe que: P=V 2

RSi sustituimos la potencia en nuestra ecuación deDecibeles, tenemos que la potencia en decibeliospodemos calcularla como:

P=R

dB = 20 log10 V

Convertir la siguiente relación de potencia a dB : 4000 y 0,003.

En ambos casos se conoce la relación de potencia, esdecir:

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

0,0034000 =P

y=P

Si se aplica la ecuación original de decibel para amboscasos, se tiene:

0,0034000 =P

Py=

P

P

rr

dB=)(=dB 36400010log10

dB)(=dB -25=0,00310log10

Se desea conocer el valor de potencia a partir del valordado en dB. Convertir a valores numéricos lossiguientes valores en dB: 29,3 dB, -7dBW, 27 dBm

En el primer caso se aplica la ecuación:

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

para obtener:

)(dB

r

=P

P 10/10

8511029,3

10 ==P

P

r

Para el segundo caso el valor en decibeles se encuentra dado con referencia a 1 watt, en este caso se aplica la ecuación

paraobtener:

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

PdBW= 10 log10P

paraobtener:

10Pr

101

10log =Pwatt

P=PdBW ⇒

watt==P 0,2107

10

−

En el tercer caso el tratamiento es similar al segundo caso,solo que la referencia es respecto a 1 miliwatt.

Cálculo de DecibelesCálculo de Decibeles

27

miliwatt==Pmiliwatt

P=PdBm 50110

27

101

10log

⇒

Tipos de ModulaciónTipos de Modulación

La modulación puede ser clasificada en modulación digitaly modulación analógica.

Esta depende de la forma que tenga la señal que contiene lainformación:

AnalógicaDigital

Según esto se puede hacer la siguiente clasificación:Modulación analógica y Modulación Digital.

SISTEMAESTIMULO RESPUESTA (Señal)

Tipos de ModulaciónTipos de Modulación

Lineal AMDe onda continua

Angular PMAnalógica FM

PAMPWMPWM

De pulsos PPMModulación TDM

PCM

ASKFSK

Digital PSKDPSKQAM

ActividadesActividades

Realice una revisión del capitulo I del Tomasi

TareaRealizar los ejercicios 2, 3, 5 y 7 de la guía deejercicios del blog. Para entregarseen la próximaejercicios del blog. Para entregarseen la próximaclase escrita a mano.

Final del Tema Final del Tema 11Final del Tema Final del Tema 11