Este documento presenta los objetivos y contenidos de un plan de estudios sobre sistemas de telecomunicaciones. Los objetivos son conocer, comprender y aplicar los principales componentes y conceptos de estos sistemas. Los contenidos incluyen la clasificación de sistemas, información, señales y ruido, procesos de codificación, modulación, multiplexación, sistemas radioeléctricos y ópticos. El documento también incluye preguntas sobre expectativas y temas de interés para los estudiantes.
2. Programa
Objetivos:
Conocer, Comprender y Aplicar los principales
componentes y fundamentos conceptuales de los
sistemas de Telecomunicaciones.
Contenidos:
Clasificación de los sistemas de telecomunicaciones
Información, Señales y Ruido
Proceso de codificación de: fuente, canal y línea
Procesos de Modulación: lineal, angular y digital
Multiplexión: FDM-TDM-WDM
Sistemas radioeléctricos
Sistemas ópticos
2
6. 6
Sistemas Analógicos ó Digitales
Sistemas de Transmisión ó Conmutación
Sistemas fijos ó móviles
Sistemas simplex ó duplex
Sistemas alámbricos ó inalámbricos
Clasificación de los sistemas de telecomunicaciones
10. 10
Información, Contenido de información, Entropía
Toda transmisión de una señal se modela como una fuente + un cuadripolo +
un receptor
La fuente “adapta” la información al medio de transmisión
El receptor “rescata” la información desde una señal distorsionada
Codificación de línea v/s modulación
Deterioros del medio: distorsión y ruido
Fuente de
Información
Receptor de
Información
Analógica
o Digital
Audio
Imagen
DataSEÑALES
11. 11
Por medio de transmisión se entiende el elemento físico que
permite la transmisión de una señal, sea eléctrico,
electromagnético u óptico.
Se representa como un cuadripolo
Fuente de
Información
Receptor de
Información
LÍNEA de TRANSMISIÓN
Radio Emisión
Optoemisión
Información, Contenido de información, Entropía
14. Teorema de Shannon
14
Claude Elwood Shannon (30 abril de 1916, Michigan, 24 de febrero de 2001), ingeniero
eléctrico y matemático, recordado como el “padre de la teoría de la información”.
16. Señales periódicas y aleatorias
Señal transitoria, existe (toma valores
significativos) durante un intervalo de
tiempo finito:
16
17. Señales periódicas y aleatorias
Señal periódica: Caso particular de señal
permanente, cumple que, para cualquier
valor de t, , donde T es una
constante positiva real y n entero ≥ 1
El período fundamental de la señal es T (n=1)
y su inversa, la frecuencia fundamental
17
18. Señales periódicas y aleatorias
Señal aleatoria: caso particular de señal
permanente, no tiene expresión matemática
explícita,
18
Se definen: valor instantáneo; medio;
cuadrático medio; y eficaz.
19. Dominio del tiempo y frecuencia
Una forma alternativa de representar las
propiedades de una señal eléctrica es en
dominio de frecuencia. La herramienta
matemática que vincula los dominios de
tiempo y frecuencia es la transformada de
Fourier.
Si para una señal x(t), las integrales existen
(como ocurre para toda señal x(t)
físicamente posible), se define el par de
Transformada de Fourier según: 19
20. Donde = 2 f
20
Dominio del tiempo y frecuencia
X(f) es la representación de x(t) en dominio
de frecuencia, es el “espectro de
frecuencias´ o simplemente “espectro” de
x(t).
Transformada de Fourier
23. 23
Concepto de Modulación: analógica y digital
Tiempo v/s Frecuencia
Dos modos de análisis: respuestas en el tiempo y
en frecuencia
Ancho Espectral y Ancho de Banda
28. Sistema sin distorsión
28
Salida atenuada y retardada, pero libre de distorsión.
En el dominio de frecuencia:
sistema lineal invariante en el tiempo
29. La señal binaria
Una señal binaria (o bivalente) varía a lo
largo del tiempo ocupando sólo dos
niveles de voltaje.
29
Unipolar Bipolar
0100111010....
La velocidad de la señal binaria se expresa como : la
cantidad de bits por segundo: R b [bps]
La tasa o velocidad de “señalización” son BAUDIOS
32. 32
Teorema de Nyquist: límite espectral
Señales, análogas y digitales
Muestreo
La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al
doble de su ancho de banda de la señal analógica“
La teoría del muestreo define que para una señal
de ancho de banda limitado, la frecuencia de
muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su
ancho de banda [B] medida en Hertz [Hz].
fm > 2·B
Señal Muestreda ideal:
33. 33
Señales, análogas y digitales
Muestreo
La señal analógica es continua la digital es discreta
El muestreo natural es también continuo (infinitos valores)
Al “digitalizar” se asignan valores finitos cuánticos = dígitos
= números
36. 36
Cuantificación vectorial
En los métodos anteriores, cada muestra se cuantifica
independientemente a las muestras vecinas. Sin
embargo, la teoría de información, demuestra que
ésta no es la mejor forma de cuantificar los datos de
entrada. Es más eficiente cuantificar los datos en
bloques de N muestras. En este tipo de
cuantificación, el bloque de N muestras se trata como
un vector N-dimensional. => “compresión”
37. 37
Señales, análogas y digitales
Cada señal tiene una distribución espectral de
frecuencias, la que es afectada por la respuesta de
frecuencia del canal.
Señal analógica de voz (telefonía) = 3,4 KHz
38. 38
EL MEDIO DE TRANSMISIÓN
Línea de Tx, Aire o Fibra óptica
39. 39
Limitaciones del medio
Un canal real está limitado por su BW : distorsión espectral
ISI y por su Ruido, lo que hace que el receptor recupere
información con ERRORES, o se LIMITE su cantidad de
información
40. Modulación
Es el proceso de adaptación al medio de
transmisión, para su adecuada transmisión.
40
Eso también implica :
reducir ruido e interferencia.
Y una funcionalidad importante:
enviar varias señales (mux) por un mismo canal.
44. 44
Ejemplo de constelación modulación QAM
Mayor Nº de estados mayor probabilidad de error
Modulación digital
Diagrama fasorial: constelación
Fasor aletorio
46. Fuentes de ruido en antena
46Además: Interferencias, impulsivo, y térmico.
47. Ruido térmico
Su densidad espectral es uniforme en el
espectro de frecuencias:
Ruido Blanco ”additive white Gaussian
noise” AWGN.
La densidad espectral de ruido depende
de la temperatura y está dada por:
Donde: T = Temperatura en kelvins = Temperatura
ambiente en ºC + 273.
k = Cte. de Boltzmann = 1.38 x 10-23 watt/ºK-Hz. 47
49. Ancho de banda de ruido
equivalente
W =B.W. de ruido equivalente
49
Áreas iguales
50. En un ancho de banda B, la potencia de
ruido es:
50
variable aleatoria con distribución gaussiana de valor
medio cero
Se define como relación señal a ruido, S/N o SNR:
expresada en dB:
Ruido AWGN
51. Factor de Ruido de un dispositivo de
ganancia G y ruido interno Na:
51
Ruido AWGN
También: “factor de ruido” o “figura de ruido”
Alternativamente:
52. El factor de ruido de varios circuitos
conectados en cascada,
para dos:
52
para N:
Ruido AWGN
fórmula de FriisF en veces
Notar efecto de primer etapa
53. BER
En Tx digital el Ruido, distorsión e
interferencia se traduce en una Tasa de
Error [BER].
53
54. Sensibilidad: potencia de recepción para valores de
BER del orden de 10-9, 10-10 ó 10-12. 54
Puesto que éste es un proceso estadístico, la medida de BER sólo se
aproxima al valor real en la medida que el número de bits probados tienda a
infinito. Afortunadamente con fines prácticos basta una medida con un
determinado nivel de confidencia.
BER
55. Para medir se utilizan secuencias
pseudoaleatorias, que requieren una
normalización para asegurar la
operatividad y evaluaciones en igualdad
de condiciones. Para ello se definen
(Rec. O150 UIT-T) algunas secuencias
del tipo 2n – 1, así p. ej. existe el patrón
29–1 que contiene 511 posibles
combinaciones de 9 bits. 55
BER
56. Duración de la medición para nivel de
confidencia 95%
BER
STM-256
39.81Gbps
STM-264
9.95 Gbps
STM-16
2.48Gbps
STM-4
622.08 Mbps
STM-1
155.52Mbps
10-13 ~ 12.5 mins ~ 50 mins ~ 3.3 hrs ~ 13 hrs ~ 2.2 days
10-12 ~ 1.3 mins ~ 5 mins ~ 20 mins ~ 80 mins ~ 5.35 hrs
10-11 ~ 7.5 secs ~ 30 secs ~ 2 mins ~ 8 mins ~ 32 mins
56
BER
62. Refs para profundizar
Señales y Sistemas J.Moron
Señales Eléctricas J.Bilbao
Principios de Tx de Inf. Briceño
Ruido U Cantabria
Apuntes prof. R.Villarroel PUCV
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64. Investigar:
1.- ¿Qué se entiende por ruido de color y ruido pasabanda?
2.- ¿Qué es temperatura de ruido?
3.- Determinar la cifra de ruido de un atenuador
4.- Calcular la entropía de un texto en español, analizando al
menos cinco paginas y determine cual es el contenido de
información de cada caracter, el de menor contenido de
información y la entropía del texto. {use Word y Excel}
5.- ¿el estandar RFC 3003 con qué tipo de codificación dice
relación?
6.- ¿cuál es la condición de ergocidad de una señal?
Responder indicando la fuente
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