Transcript Diapositiva 1 - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus

Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre”
Vice-Rectorado Puerto Ordaz.
Ingeniería Electrónica.
Transmisión de Datos.
Integrantes:
Jesús Rodríguez.
Génesis Pinto.
Julio Morey.
Introducción a la comunicación digital
•El mundo analógico
•El mundo digital
•Características resaltantes
Representación binaria de señales
Proceso de digitalización o conversión analógica-digital
Velocidad de transmisión
El baudio
Tasa de baudio
Razón de bits
Técnicas de modulación digital
Técnicas de modulación uni-bit
•Modulación por conmutación de amplitud (ask)
•Modulación por conmutación de frecuencia (fsk)
•Modulación por conmutación de fase (psk)
Técnicas de modulación multi-bit
•Manipulación del desplazamiento cuaternario de fase (qpsk)
•Modulación de amplitud en cuadratura (qam)
Ancho de banda de una señal digital
Ancho de banda del canal
Relación señal/ruido
Longitud de onda
Multiplexión digital
Capacidad del canal
Perturbación en la transmisión
• Ruido
•Distorsión de retardo
•Atenuación y distorsión de atenuación
Coeficientes de energía y ruido
Codificación de datos
Una señal analógica es un tipo de señal
generada por algún tipo de fenómeno
electromagnético y que es representable por
una función matemática continua en la que es
variable su amplitud y periodo (representando
un dato de información) en función del tiempo.
Algunas
magnitudes
físicas
comúnmente
portadoras de una señal de este tipo son eléctricas
como la intensidad, la tensión y la potencia, pero
también pueden ser hidráulicas como la presión,
térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.
En la naturaleza, el conjunto de señales que
percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la
energía etc., son señales que tienen una variación
continua.
Ventajas:
La principal ventaja es que tiene el
potencial de una cantidad infinita de
resolución de la señal. En comparación con
las señales digitales, las señales analógicas
son de mayor densidad.
Otra de las ventajas con las señales
analógicas es que su tratamiento se puede
lograr más sencillo que con el equivalente
digital.
Desventajas:
Las señales de cualquier circuito o comunicación
electrónica son susceptibles de ser modificadas de
forma no deseada de diversas maneras mediante
el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor
medida.
cualquier variación en la información es de difícil
recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida
al correcto funcionamiento y rendimiento del
dispositivo analógico.
Un sistema de control (sea un computador, etc.) no
tiene capacidad alguna para trabajar con señales
analógicas, de modo que necesita convertirlas en
señales digitales para poder trabajar con ellas.
La señal digital es un tipo de señal generada por algún
tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo
que codifica el contenido de la misma puede ser
analizado en término de algunas magnitudes que
representan valores discretos, en lugar de valores dentro
de un cierto rango.
Ventajas:
Ante la atenuación, puede ser amplificada y
reconstruida al mismo tiempo, gracias a los
sistemas de regeneración de señales.
Cuenta con sistemas de detección y corrección
de errores, en la recepción.
Facilidad para el procesamiento de la señal.
Cualquier operación es fácilmente realizable a
través de cualquier software de edición o
procesamiento de señal.
Las señales digitales se ven menos afectadas
a causa del ruido ambiental en comparación con
las señales analógicas.
Desventajas:
Necesita una conversión analógica-digital
previa y una decodificación posterior en el
momento de la recepción.
Requiere una sincronización precisa entre
los tiempos del reloj del transmisor con
respecto a los del receptor.
La señal digital requiere mayor ancho de
banda que la señal analógica para ser
transmitida.
Un ordenador o cualquier sistema de control basado
en un microprocesador no puede interpretar señales
analógicas, ya que solo utiliza señales digitales.
Es necesario traducir, o transformar en señales
BINARIAS, lo que se denomina proceso de
digitalización de señales analógicas a digitales.
La digitalización o conversión analógicadigital:
Consiste básicamente en realizar de forma
periódica medidas de la amplitud de una señal,
redondear sus valores a un conjunto finito de
niveles preestablecidos de tensión (conocidos
como niveles de cuantificación) y registrarlos como
números enteros en cualquier tipo de memoria o
soporte.
Muestreo: el muestreo consiste en tomar
muestras periódicas de la amplitud de onda. La
velocidad con que se toma esta muestra, es decir,
el número de muestras por segundo, es lo que se
conoce como frecuencia de muestreo.
Retención: las muestras tomadas han de ser
retenidas por un circuito de retención, el tiempo
suficiente para permitir evaluar su nivel
(cuantificación). Desde el punto de vista
matemático este proceso no se contempla, ya que
se trata de un recurso técnico debido a limitaciones
prácticas.
Cuantificación: en el proceso de cuantificación
se mide el nivel de voltaje de cada una de las
muestras. Consiste en asignar un margen de valor
de una señal analizada a un único nivel de salida.
Codificación: la codificación consiste en traducir
los valores obtenidos durante la cuantificación
al código binario. Hay que tener presente que el
código binario es el más utilizado, pero también
existen otros tipos de códigos que también son
utilizados.
Durante el muestreo y la retención, la señal aún es analógica, puesto
que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la
cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la señal ya es
digital.
La velocidad de transmisión es la relación entre la
información transmitida a través de una red de
comunicaciones y el tiempo empleado para ello.
Cuando la información se transmite digitalizada,
esto implica que está codificada en bits (unidades
de base binaria), por lo que la velocidad de
transmisión también se denomina a menudo tasa
binaria o tasa de bits.
La unidad para medir la velocidad de transmisión
es el bit por segundo (bps) pero es más habitual el
empleo de múltiplos como kilobit por segundo
(Kbps, equivalente a mil bps) o megabit por
segundo (Mbps, equivalente a un millón de bps).
Es importante resaltar que la unidad de
almacenamiento de información es el byte, que
equivale a 8 bits, por lo que a una velocidad de
transmisión de 8 bps se tarda un segundo en
transmitir 1 byte.
El baudio (en inglés baud) es una unidad de
medida, usada en telecomunicaciones, que
representa la cantidad de veces que cambia el
estado de una señal en un periodo de tiempo, tanto
para señales digitales como para señales
analógicas.
Es importante resaltar que no se debe confundir
el baud rate o velocidad en baudios con el bit rate o
velocidad en bits por segundo, ya que cada evento
de señalización (símbolo) transmitido puede
transportar uno o más bits.
Sólo cuando cada evento de señalización
(símbolo) transporta un solo bit coinciden la
velocidad de transmisión de datos baudios y en bits
por segundo.
Las señales binarias tienen la tasa de bit igual a
la tasa de símbolos (rb = rs), con lo cual la duración
de símbolo y la duración de bit son también iguales
(Ts = Tb).
Es la razón de cambio en la
entrada del modulador y
tiene como unidades bits por
segundos (bps).
Por ejemplo
Si se tienen símbolos de 4 bits cada uno y la
velocidad de transmisión de un módem de 2.400
baudios/seg, ¿cual es la razón de bits a la
entrada del modem?
2400 X 4 = 9.600 bits/seg = 9.600 bps
Las técnicas de modulación digital se
caracterizan porque la PORTADORA es una
SEÑAL ANALÓGICA y la MODULANTE es una
SEÑAL DIGITAL.
Se clasifican
en:
Técnicas de
modulación
uni-bit
Técnicas de
modulación
multi-bit
Se considera un solo
bit
para modular la
portadora.
ASK
FSK
Se emplea un arreglo
de más de un bit para
modular la portadora.
PSK
nQAM
nPSK
En esta modulación la amplitud de una señal
portadora se conmuta entre DOS valores, en
respuesta a un código binario de entrada,
manteniendo constante la frecuencia y la fase.
Consiste en variar la frecuencia de la portadora
entre dos valores diferentes, de acuerdo a los
datos de entrada. Manteniéndose constante la
amplitud y la fase de la señal portadora.
Consiste en variar la fase de la portadora de
acuerdo con la modulante. Manteniendo igual
la Amplitud y la Frecuencia.
Es otra forma de manipulación digital
angular de amplitud constante. La QPSK es
una técnica M-aria de modulación con M=4.
Con esta codificación, son posibles cuatro
fases de salida para la señal portadora.
Como hay cuatro fases distintas de
salida, debe haber 4 condiciones distintas
de entrada.
QPSK
Es posible modificar dos parámetros
simultáneamente en una portadora: la
AMPLITUD y la FASE.
Cuando este proceso se produce la
modulación que se produce se llama
Modulación de Amplitud en Cuadratura
debido a que los fasores resultantes
forman ángulo de 90º entre ellos.
Es la medida de datos y recursos de comunicación
disponible o consumida expresados en bit/s o
múltiplos de él (kbit/s, Mbit/s, entre otros).
Se llama capacidad de un canal a la
velocidad, expresada en bps (bits por
segundo), a la que se pueden transmitir los
datos en un canal o ruta de comunicación
se define como el margen que hay entre la
potencia de la señal que se transmite y la
potencia del ruido que la corrompe. Este
margen es medido en decibelios.
La longitud de onda de la señal es la distancia que
ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a
una velocidad "v".
c

f
Donde:
 c: Constante de la velocidad de la luz (3*10^8 m/s)
 f: Frecuencia de la señal

Ejemplo: La profundidad en el océano a la que se
detectan las señales electromagnéticas generadas desde
aeronaves crece con la longitud de onda. Por tanto, los
militares encontraron que usando longitudes de onda
muy grandes, correspondientes a 30 Hz, podrían
comunicarse con cualquier submarino alrededor del
mundo. La longitud de antena es deseable que sea del
orden de la mitad de la longitud de onda. ¿Cuál debería
ser la longitud típica de las antenas para operar a esas
frecuencias?
3.108 ms
 C/ f 
 107 m
30Hz
7
10
m
Lant   
 5000 Km
2
2
La multiplexión es la transmisión de
información proveniente de varias fuentes,
a través de un mismo medio de
transmisión a diferentes destinos.
El objetivo de los multiplexores
digitales es combinar un numero de
flujos de impulsos de entrada,
tributarios, en un solo flujo de
impulsos de salida, con una velocidad
digital bruta que es algo mayor que la
suma de las velocidades de los
tributarios y viceversa.
Es la cantidad de información que puede
ser relativamente transmitida sobre
canales de comunicación.
Lo deseable es conseguir la mayor
velocidad posible dado un ancho de
banda limitado, no superando la tasa
de errores permitida.
El mayor inconveniente para conseguir
esto es el RUIDO.
La capacidad del canal se inicio según
la:
Ley de Hartley que desarrollo una relación
donde tomo en cuenta el ancho de
banda, la línea de transmisión y la
capacidad de información.
I 
B xT
I: Es la capacidad del canal de información del sistema
B: Es el ancho de banda disponible (Hz)
T: Línea de transmisión (s)
Luego Shannon, relacionó la capacidad de
información de un canal de comunicación al
ancho de banda y a la relación señal-ruido
Esta relación, mucho mas útil que la anterior,
es conocida como Limite Shannon
I  B log 2 (1  S / N )
I  3,32 B log 10 (1  S / N )
Donde:
I: Capacidad de información
(bps)
B: Ancho de banda (Hz).
S/N: Relación señal a ruido
(no posee unidades).
Las perturbaciones en una transmisión de
señales analógicas o digitales es inevitable,
pues existen una serie de factores que
afectan a la calidad de las señales
transmitidas por lo que nunca serán iguales
a las señales recibidas.
 Las principales perturbaciones son:
1. Ruido
2. Distorsión de Retardo
3. Atenuación y Distorsión de Atenuación

RUIDO

Esta Clasificado
por:
1.
Ruido Térmico
Ruido de
Intermodulación
Diafonía
Ruido Impulsivo
2.
Es el conjunto de
señales extrañas a la
transmisión que se
introduce en el medio
de transmisión
provocando
alteraciones
3.
4.

Ruido Térmico
Es provocado por la excitación de electrones
debido al incremento de temperatura y se mantiene
uniforme en el rango de frecuencia a la cual se
transmite el mensaje.
Se Puede calcular mediante la formula:
N=KT(w/Hz)
Donde:
 N=Densidad de potencia de ruido térmico(w/Hz)
 K=Constante de Boltzmann (1.3803x10^23 J/K)
 T=Temperatura(absoluta), en kelvin

Ruido de Inter modulación
Este tipo de ruido se produce en sistemas
de
transmisiones
no
lineales
produciéndose la inserción de nuevas
frecuencias las cuales se adicionan o se
restan con las frecuencias de la señal
mensaje degenerándola.

Diafonía
Se produce cuando las señales de
transmiten en medios adyacentes donde
parte de las señales de uno, producto
del acoplamiento magnético que
produce la corriente de la mensaje,
perturba la señal en el otro.

Ruido Impulsivo
Este tipo de ruido es impredecible puesto
que siempre esta presente en forma de
sobresaltos o picos de amplitud de
pequeña duración.

Distorsión de Retardo
Es un método indirecto para evaluar las
características de retardo de un circuito,
es decir , evalúa la relación entre la fase
y frecuencia de un circuito.
Para que la transmisión de datos no
tenga errores se requiere una relación
lineal entre la fase y la frecuencia.

Atenuación: Es la reducción de la densidad de
potencia de una onda electromagnética.

Tipo de atenuación:
1.
Atenuación en el vacío: La que se produce
cuando las ondas se propagan por el espacio
y tienden a dispersarse.
Atenuación por pérdida de absorción:
Ocasionada por partículas que pueden
absorber energía electromagnética. Ocurre
cuando las ondas viajan en la atmósfera
terrestre.
2.

Distorsión de Atenuación
Es la diferencia entre la ganancia del
circuito a determinada frecuencia, entre
la ganancia correspondiente a una
frecuencia de referencia.

Es la fracción entre la energía de la señal por
bits y la densidad de potencia del ruido por
hertzio. Este resulta ser un parámetro más
adecuado para determinar las tasas de error y
la velocidad de transmisión. Es medido en
decibelios.
Donde:


Eb: Es la energía de señal por bit (Eb = S*Tb
= S/R)
Siendo S la potencia de señal, Tb el tiempo de
un bit, y R vendría siendo bits/seg
No: Densidad de potencia de ruido por Hz.

En donde se demuestra que:
Eb
S/R
S


N0
N0
kTR
O en otras palabras:
 Eb 

N 
  S dBW  10 log R  10 log T  228 ,6
 0  dB
23
k  1,3803·10 J /º K
y T la temperatura absoluta en grados Kelvin
Es un código utilizado en un sistema de
comunicaciones para propósitos de
transmisión.
Los códigos en línea son frecuentemente
usados para el transporte digital de
datos. Estos códigos consisten en
representar la señal digital transformada
a su amplitud respecto al tiempo.

Los tipos mas comunes:
Códigos NRZ.
2. Bipolar.
3. Pseudo-ternario.
4. Manchester.
5. Manchester diferencial.
1.

Códigos NRZ
Se denomina NRZ porque el voltaje no vuelve
a cero entre bits consecutivos de valor 1.
 Dentro de los códigos NRZ se establece
una clasificación
1. NRZ-L (No se retorna a nivel cero)
2. NRZ-I (No se retorna a 0 y se invierte al
transmitir el 1) Al transmitir un 0 no se
produce transición y en cambio al enviar
un 1 se produce una transición a nivel
positivo o negativo.

Bipolar o AMI
0 No hay señal
1 nivel positivo o negativo alternante

Pseudoternario
1 No hay señal
0 nivel positivo o negativo alternante


Manchester
0 Transición de alto a bajo en mitad del intervalo
1 Transición de bajo a alto en mitad del intervalo
Manchester diferencial
Siempre hay una transición a mitad del intervalo
0 Transición al principio del intervalo
1 no hay transición al principio del intervalo
B8ZS: La sustitución bipolar de 8 ceros, también
llamada la sustitución binaria de 8 ceros, el canal
claro, y 64 claros. Es un método de codificación usado
sobre circuitos T1, que inserta dos veces sucesivas al
mismo voltaje - refiriéndose a una violación bipolar - en
una señal donde ocho ceros consecutivos sean
transmitidos.
 Es decir, cuando aparecen 8 "ceros" consecutivos, se
introducen cambios artificiales en el patrón basados en
la polaridad del último bit 'uno' codificado:
 V: Violación, mantiene la polaridad anterior en la
secuencia.
 B: Transición, invierte la polaridad anterior en la
secuencia.
 Los ocho ceros se sustituyen por la secuencia: 000V
B0VB
 B8ZS está basado en el antiguo método de
codificación llamado Alternate Mark Inversion ( AMI).










El código HDB3 es un buen ejemplo de las propiedades que debe
reunir un código de línea para codificar en banda base:
-El espectro de frecuencias carece de componente de corriente
continua y su ancho de banda está optimizado.
-El sincronismo de bit se garantiza con la alternancia de polaridad de
los "unos", e insertando impulsos de sincronización en las
secuencias de "ceros".
En HDB3 se denomina impulso a los estados eléctricos positivos o
negativos, distintos de "cero". (0 voltios).
Cuando aparecen más de tres ceros consecutivos, estos se agrupan
de 4 en 4, y se sustituye cada grupo 0000 por una de las secuencias
siguientes de impulsos: B00V ó 000V.
-B indica un impulso con distinto signo que el impulso anterior. Por
tanto, B mantiene laley de alternancia de impulsos, o ley de
bipolaridad, con el resto de impulsos transmitidos.
-V indica un impulso del mismo signo que el impulso que le precede,
violando por tanto la ley de bipolaridad.
El grupo 0000 se sustituye por B00V cuando es par el número de
impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir.
El grupo 0000 se sustituye por 000V cuando es impar el número de
impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir.