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Tema 1: INTRODUCCIÓN
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIÓN
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA
BREVE REVISIÓN HISTÓRICA
ESTADO ACTUAL DE LAS COMUNICACIONES
TENDENCIAS EN LOS SISTEMAS DE
COMUNICACIÓN
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIÓN
CANAL DE COMUNICACIÓN TRANSMISOR RECEPTOR TRANSDUCTOR DE ENTRADA TRANSDUCTOR DESALIDA SISTEMA DE COMUNICACIÓN3
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIÓN DIGITAL
Codificador de Fuente Fuente de Información Decodificador de Canal Usuario de Información Codificador de Canal Modulador Canal Demodulador Decodificador de Fuente Transmisor ReceptorTIPOS DE SISTEMAS DE TRANSMISION ATENDIENDO
AL FLUJO DE LA INFORMACIÓN Y AL NÚMERO DE
USUARIOS
• TRANSMISIÓN PUNTO – PUNTO:
• TRANSMISION SIMPLEX ó UNIDIRECCIONAL
• TRANSMISION SEMIDUPLEX (HALF-DUPLEX):
Transmisión bidireccional, con el canal compartido, pero no
simultáneo.
• TRANSMISION FULL DUPLEX: Transmisión bidireccional y
simultánea a través del canal.
• TRANSMISIÓN PUNTO-MULTIPUNTO o al revés.
• Un ejemplo sería los sistemas de radio y televisión.
• Se pueden dar todas las posibilidades comentadas
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MODULACIÓN y MULTIPLEXADO
•
•
MODULACI
MODULACI
Ó
Ó
N.
N
Técnicas que transforman la señal a transmitir para hacerla adecuada al canal de comunicación y más inmune al ruido y las interferencias.• Modulación analógica: AM, FM, PM,etc.
• Modulación Digital: PCM, ASK, PSK, FSK, QAM, 8-PSK, etc.
•
•
MULTIPLEXADO
MULTIPLEXADO
. Técnicas que permiten que múltiples usuarios puedan compartir un canal de comunicación.• FDM (frecuencia), • TDM (tiempo); • CDM (código);
REDES DE COMUNICACIÓN
• Interconexión de nudos que corresponden a procesadores inteligentes. El principal propósito es encaminar la información o datos a través de la red. Cada nudo puede tener una o más estaciones conectados a él. Las estaciones son dispositivos que quieren conectarse
• Hay que realizar el diseño de la Red para intercambiar los datos de una forma eficiente: Arquitecturas de capas o niveles. (ej. modelo OSI, TCP/IP,etc.)
7 MODELO OSI (Open System Interconection)
• Capa de Aplicación: Ejecuta el programa de aplicación que interactúa con el usuario (por ej. Microsoft Office).
• Capa de presentación:
Describe la sintaxis de los datos que se transmiten • Capa de sesión:
Se encarga de la gestión de de la comunicación: conexión,
desconexión, acceso a directorios, los derechos de acceso, las funciones de registro,etc.
• Capa de transporte:
Se encarga de la transmisión viable de extremo a extremo de los mensajes por la red. Se asegura que el receptor recibe la
información, y en caso de errores, reenvía la información • Capa de red
Gestiona el enrutamiento, es decir, el camino que siguen los datos a través de la red. Por lo general, la capa de red añade su propia cabecera a los paquetes que recibe de la capa de
transporte. • Capa de Enlace
Capa que divide la información en bloque con formato,
denominados tramas, y que gestiona la información entre nodos • Capa Física
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DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN
Hub ó concentrador (Capa física)
¾ Trabaja en el nivel físico de la OSI. Se limita a conectar los
ordenadores entre sí.
¾ Cuando entra una señal por una boca, la distribuye a todos los
ordenadores.
SWITCH (Capa física + Capa de enlace)
¾ Trabaja en el nivel de enlace de la OSI.
¾ Cuando recibe una señal, la direcciona sólo a la boca del ordenador
interesado.
Router (Capa física+ enlace+ Red)
¾ Comunica redes, deja pasar tramas y transforma tramas si los protocolos son diferentes.
¾ Se utiliza para conectar:
¾ LAN con Internet (red con Internet) ¾ LAN con WAN ( 2 redes)
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA
•
Se abordarán los fundamentos de teoría de la señal y modulación
como base para entender la problemática y las demandas
planteadas por los actuales sistemas y servicios de comunicación:
Internet, ADSL, móviles, etc.
•
Se estudiarán las características y los efectos que los diferentes
medios de transmisión: par trenzado, guias de onda, fibra óptica,
aire, etc. producen en la transmisión de la información.
•
Se describirán los tipos de modulación tanto analógica como
digital, estableciendo los criterios que permitan evaluar eficazmente
su rendimiento: ancho de banda, inmunidad al ruido e interferencia,
etc.
•
Se plantearán las diferentes arquitecturas de transmisores y
receptores, así como la implementación electrónica de sus bloques.
•
El papel que la Microelectrónica y la evolución tecnológica ha
jugado en el desarrollo de los actuales sistemas de comunicación
también quedará recogido durante el desarrollo de los temas.
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BREVE REVISION HISTORICA
¾ Año Acontecimiento
¾ 1837 Telégrafo (Samuel Morse) ¾ 1864 Ecuaciones de Maxwell ¾ 1875 Invención teléfono (A. Bell) ¾ 1887 Ondas radio (H. Hertz)
¾ 1894 Telégrafo sin hilos (G. Marconi)
¾ 1901 Primer mensaje transatlántico sin hilos (G. Marconi) ¾
1904-¾ 1906 Diodo y triodo de vacío (J.A. Fleming y Lee de Forest) ¾ 1918 Receptor superheterodyno de radio (E.H. Amstrong) ¾ 1920 Primera emisora de radio (KDKA Pittsburgh)
¾ 1923 Invención de la televisión (V. Zworykin)
¾ 1933 Modulación en frecuencia FM (E.H.Amstrong)
¾ 1937 Modulación codificada en pulsos (PCM) (Alec Reeves) ¾ 1939 Primera emisión de TV (NBC)
¾ 1941 Inicio de la radiodifusión FM en USA ¾ 1948 Invención del transistor (Bell Labs)
BREVE REVISION HISTORICA (Cont.)
¾ 1957 Primer satélite (Sputnik)
¾ 1958 Primer Circuito Integrado (Kilby&Noyce) ¾ 1961 Dispositivos lásers (Bell Labs, IBM)
¾ 1962 Satélite Telstar (Bell Labs) ¾ 1969 Origen de Internet en USA
¾ 1970 Comienzo de investigación en HDTV en Japón ¾ 1977 Primer sistema de comunicación por fibra óptica
¾ 1980 Ethernet aceptado como standard para LANs. Inicio de RDSI (Redes Digitales de Servicios Integrados)
¾ 1981 Desarrollo del primer modem (D. Hayes)
¾ 1983 Redes para teléfonos celulares (móviles-1ª Generación) ¾ 1989 Nacimiento de World Wide Web (WWW)
¾ 1990 2ª Generación de teléfonos móviles
¾ 1991 Primera demostración de videoconferencia ¾ 1995 DBS (Direct Broadcast Satellite )
¾ 1996 Liberalización de Telecomunicaciones en USA ¾ 1998 Standards de HDTV en USA
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RECEPTOR SUPER HETERODYNO
AMSTRONG-1918
Sección RF: La señal se amplifica y filtra
Oscilador local sintonizable para seleccionar la emisora
Sección IF: Se filtra y amplifica a una frecuencia fija
Demodulador para bajar la señal al rango de audio
Sección AF: Se amplifica la señal de audio
Donde:
C = capacidad de transmisión, en bits por segundo
B = ancho de banda, en Hz S = potencia de la señal N = potencia del ruido
S/N ó SNR = Relación señal a ruido recibida
!Sólo se puede transmitir sin errores una tasa de bits menor que la capacidad que se define en este TEOREMA!
TEOREMA DE LA CAPACIDAD DEL CANAL (Hartley-Shannon)
Establece el límite de velocidad de transmisión libre de errores por un canal gaussiano
(
)
2log 1
S
C
B
N
= ⋅
+
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ESTADO ACTUAL DE LAS COMUNICACIONES: REDES
MULTIACCESO
Se quiere dar acceso a diferentes servicios:
teléfono, TV, datos, Internet, videoconferencias, etc.
Se dispone de distintas opciones de cobertura.
REDES DE COMUNICACIÓN UTILIZANDO FIBRA ÓPTICA Y
CABLE COAXIAL (HYBRID FIBER-COAX)
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RED DE COMUNICACIONES POR CABLE YA EXISTENTE
PARA LÍNEAS TELEFÓNICAS.
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EJEMPLO DE VARIEDAD DE STANDARDS Y
TÉCNICAS DE MODULACIÓN
Métodos y velocidades de acceso a Internet
89 a 53 segundos 1.5 a 9 Mb/s Módem ADSL 21 minutos 64Kb/s Módem ISDN 30 minutos 56.6Kb/s Módem Telefónico(56.6Kb/s) 40 minutos 33.6Kb/s Módem Telefónico(33.6Kb/s) 46 minutos 28.8Kb/s Módem Telefónico(28.8Kb/s) TIEMPO DE DESCARGA (Fichero de 10Mb) MÁXIMA VELOCIDAD MÉTODOS DE ACCESO21
EJEMPLO DE ESPECIFICACIONES DE UN RECEPTOR
“WIRELESS”
50 68 68 Rango Dinámico, SFDR(dB) -16 -6 -12.5 IP3 referido a la antena(dBm)
-20 -25
-15 Máximo nivel de entrada
(dBm) 23 9 9.8 Figura de Ruido, NF (dB) -91 -99 -111 Ruido de Base (dBm) -70 -117 -102 Sensibilidad (dBm) 64-4 12.2 13.4 Codificación de voz (Kb/s) 79/1 12/5 124/0.2 Número de Canales/Separación (MHZ) 2402-2480 2110-2170 935-960 Banda de Frecuencia BLUETOOTH UMTS GSM PROPIEDADES
23 Acceso a más información (audio, video,internet) de forma rápida y segura
Necesidad de Banda ancha y Bajo consumo de potencia
COMUNICACIONES SIN CABLE (WIRELESS)
1. TERCERA GENERACIÓN DE MÓVILES (UMTS: Universal Mobile Telecommunication Services).
La evolución de los móviles de segunda generación (ej. GSM: Global System for Mobile Communications).
Deben integrar otros servicios de datos disponibles en las redes de
comunicaciones fijas. Evolución más lenta que lo previsto.
PROBLEMAS: Necesidad de mayor número de Memorias No-volátiles,
Circuitos de RF de baja potencia, baterías de menor peso y duración, mayor número de antenas, etc.
Próxima generación: HSDPA (High Speed Downlink Packet Access:3.5G) Mejora considerable de velocidad: 14Mb/s
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Comunicaciones sin cable (wireless)
2. REDES LAN inalámbricas (WLAN)
Su
atractivo fundamental es la facilidad de instalación y el ahorro del cableado.Wireless-Fidelity (Wi-Fi)
Varias tecnologías desarrolladas: IEEE 802.11a-b (Wi-Fi)-g, Las antenas son caras y su despliegue controvertido
Problemas de seguridad frente a intrusos
Tecnología UltrawideBand (UWB)
Emplea ráfagas de potencia mil veces menores que las de un teléfono móvil con duración de picosegundos.
Necesita anchos debanda muy grandes.
Puede ser competencia para Wi-Fi por precisión y seguridad También puede tener aplicaciones en sistemas de muy baja
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Televisión Digital Terrestre: TDT
• A partir del
3 de abril de 2010
sólo se emitirá televisión
terrestre mediante tecnología digital.
• La Televisión Digital Terrestre (TDT) es el resultado de la
aplicación de la tecnología digital a la señal de televisión,
para luego transmitirla por medio de ondas hercianas
terrestres, es decir, aquellas que se transmiten por la
atmósfera sin necesidad de cable o satélite y se reciben por
medio de antenas UHF convencionales
• El estándar utilizado en España para la transmisión de TDT,
al igual que en más de 110 países a lo largo del mundo,
entre los que se encuentran todos los de la Unión Europea,
es el DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial).
Televisión Digital en Movilidad
•
La Televisión Digital en Movilidad puede ser definida como aquel
servicio de difusión de televisión con tecnología digital que se
presta utilizando como soporte ondas radioeléctricas, terrestres o
por satélite, y cuya señal es recibida en dispositivos o equipos
móviles o portátiles (teléfono móvil, ordenador portátil, PDA, etc)
•
El estándar de Televisión Digital en Movilidad en España, es el
DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld), que es una
adaptación del DVB-T pero con la adición de requisitos propios de
dispositivos móviles alimentados con baterías, como la compresión
del vídeo y el bajo consumo, y con posibilidades de intercambio de
datos por medio del protocolo TCP/IP.
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OTRAS TENDENCIAS EN RADIOCOMUNICACIÓN
3. REDES WPAN: Wireless Personal Area Network (IEEE
802.15)
Intercambio inalámbrico de datos entre distintos aparatos: un
móvil y su auricular, un móvil y un ordenador, enlace entre
ordenadores, etc.
BLUETOOTH
Cobertura: 1-100m Velocidad: 1Mbps
Desarrollo muy rápido. Especificaciones compatibles con CMOS. ZigBee:
Cobertura: Hasta 70m Velocidad: 250Kbps
Menor coste y menor potencia
OTRAS TENDENCIAS EN RADIOCOMUNICACIÓN
RFID (Identificación por Radio Frecuencia)
Sustitutivos de los códigos de barra
Permiten identificar objetos a cortas distancias.
Las etiquetas RFID contienen antenas para recibir y responder
a las peticiones que recibe del lector.
Existen etiquetas pasivas que no necesitan alimentación
eléctrica interna. Reciben la energia necesaria a través de la
corriente inducida por la señal de escaneo.
COMUNICACIONES POR SATELITE
Gran número de satélites en diferentes órbitas (GEO; LEO;
MEO, etc).
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1. FIBRA OPTICA
Opción cara, no válida para todos los usuarios Capacidades de Terabits/s en cientos de Kms
Investigaciones para conseguir mayor capacidad y velocidad.
Amplificadores de fibra dopada de Erbio que amplifican el espectro entero
de interés.
2. POR CABLE TELEFONICO
ADSL (Asymmetrical Digital Subscriber Line ).
Su velocidad y utilización depende de la conexión que tenga el usuario a la Central. (bucles de abonados ).
VDSL: Línea Digital de Abonado de Muy Alta Velocidad de cinco a diez veces superior a ADSL.
Intenta satisafacer las demandas de video ofreciendo una calidad superior
al transmitido por radiodifusión.
Requiere convertidores A/D de muy alta velocidad en sus módems. Para que alcance su máxima velocidad, los bucles de abonado deben ser muy cortos (300m.) En bucles de 1.5Km sólo se conseguirían 13Mbit/s
ESQUEMA DE EQUIPOS PARA RECEPCIÓN DE SERVICIOS
POR ADSL
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COMUNICACIONES POR CABLE (WIRELINE)
3. POR CABLES DE LA RED ELECTRICA (PLC: Power Line
Communications)
• Las líneas de red eléctrica también pueden utilizarse para transferir información.
• Se están desarrollando módems que permitirán las mismas funcionalidades que los de ADSL.
• Las compañías eléctricas tienen que dar su aprobación.
• Faltan estudios para ver la influencia del canal en la transmisión, ya que las señales que hay en el tendido eléctrico pueden tener picos muy
altos debidos a las distintas cargas en la red.
4. HIBRIDO FIBRA COAXIAL (HFC)
• Requiere tendido de cable o adaptación de redes y decodificadores de forma que no sólo suministren servicios de vídeo.
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