Introducción a la Ingeniería en Telecomunicaciones I

03/03/2015

Historia de las comunicaciones • 3000 - A.C. Los egipcio desarrollan el lenguaje pictórico llamado jeroglíficos.

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800 - D.C. Los árabes adoptan el sistema numérico actual. 1752 - Franklin demuestra que los relámpagos son electricidad. 1827 - Georg Ohm formula su ley (U= I.R) 1837 - Samuel Morse Prueba la primer línea telegráfica uniendo Baltimore con Washington. 03/03/2015

• 1858 - Se tiende el primer cable transatlántico el cual falla a los 26 días. • 1876 - Graham Bell y Thomas Watson primeros en transferir voz por cables metálicos.

• 1883 - Tomas Edison descubre el flujo de electrones en el vacio, fundamento de la válvula de radio y la electrónica. • 1894 - Guillermo Marconi transmite, por primera vez, señales de radio sin hilos por la atmosfera terrestre.

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1908 - Lee DeForest invento el tríodo o válvula de vacío, permitieron el primer método practico para construir amplificadores. 1915 - Bell System construye la primera línea telefónica transcontinental. 1918 - Edwin Armstrong inventa el circuito receptor superheterodino. 1920 - Se realiza la primera transmisión comercial de radio AM. 1926 - Se presenta la televisión. 1931 - Se inicia el servicio de teletipo. 1933 - Edwin Armstrong inventa la FM. 1935 - Robert Watson desarrolla el primer radar. 1936 - Comienzan sus primeras transmisiones la BBC de Londres. 1941 - John Atanasoff inventa la computadora. 1950 - Se desarrollan los enlaces de telefonía y comunicación vía microondas. 1953 - Se ingresa a la televisión por colores. 1958 - Se publican los principios del láser. 1961 - Se comienzan con las comunicaciones FM en estéreo. 1962 - El primer satélite activo, Telstar 1, envía señales entre EEUU y Europa

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1965 - Se pone en funcionamiento el primer satélite de comunicaciones. 1968 - Se desarrolla los sistemas de CATV. 1973 - Motorola presenta el primer teléfono celular. 1975 - Kodak encarga la construcción de la primer cámara digital al Ing. Steven

• 1976 - Se desarrollan las primeras computadoras personales.

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• 1980 - Bell System desarrolla un sistema de comunicación por fibra óptica. • 1981 - Se crea la Osborne 1, primer Notebook, la misma pesaba 11 Kg

• 1982 - Philips crea el Disco Compacto • 1990 a la fecha es la era del procesamiento digital de señales. • 1995 - Creación de los primeros Pen Drive, por IBM, los primeros eran de 8, 16, 32 y hasta 64 MB.

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• 2001 - Steve Jobs, presidente de Apple lanza el iPod

• 2005 - Se crea YouTube, un sistema de almacenamiento de datos, la misma cuenta con 20 millones de usuarios al mes.

• 2005 - Se pone en marcha FACEBOOK, creado por un grupo de universitario, la misma recibe 5000 millones de visitas. • 2006 - Se crea TWITTER.

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Transmisión Para la realización de una transmisión se debe contar con tres partes fundamentales:

Emisor (Fuente)

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Medio de Transmisión

Receptor (Destino)

Esta se puede traducir de la siguiente manera

Aire Par de cobre Coaxil Fibra óptica

Voz Imagen Sonido Datos Transductor

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Transmisor

Medio

Receptor

PC Teléfonos Radios Televisión Transductor

Fuente: Todo tipo de señal, puede ser considerada como fuente, algunos ejemplos claros de esto son: Voz Humana • La cual es una señal compuesta que varia entre los 20 Hz y los 12 KHz , esta es adquirida por una celda sensible a las vibraciones producidas por la voz convirtiéndolas en señales eléctricas de baja potencia.

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Imagen: • Estas son captadas por células fotosensibles y transmitidas de forma digital o analógicas, para el caso de internet las señales son digitales y para el caso de la televisión por cable se trata de señales analógicas. • Para el caso de las señales digitales, la misma se divide en pequeños pedacitos llamados Pixels, estos son codificados por distintos colores.

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Transmisor (Tx) Estos equipos se utilizan para poder cambiar las cualidades físicas de las señales, pudiendo a raíz de ellos hacer que estas se trasladen en el espacio por cualquier tipo de medio. Estos equipos se conocen como moduladores. Los moduladores y transmisores mas conocidos son los de radios comerciales, equipos de comunicaciones. La salida de estos equipos normalmente se conoce como señal modulada.

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Medios de transmisión - Fibra:

Esta es una de las principales y mas actuales formas de trasmisión, la misma son pequeños hilos de vidrios, por dentro de ellos se transmiten los datos digitalizados en forma de señales de luz, estas tienen la ventaja de no sufrir interferencia por ruidos eléctricos, poseer un gran ancho de banda y muy poca atenuación.

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- Aire:

estas son unas de las primeras formas de transmisión de información, la misma se realiza entre dos puntos, uno transmisor y otro receptor, utilizando las propiedades de las ondas electromagnéticas, para propagarse por la atmosfera o el vacío. También pueden ser transmisiones punto - multipunto, como en el caso de las radios comerciales, televisión, etc.

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- Satélite: Equipos muy utilizados en la actualidad, los mismos utilizan como medio de propagación el aire, estos pueden realizar transmisiones transatlánticas, de señales de televisión, datos, etc. Para la realización de este tipo de transmisión se necesitan dos estaciones terrenas, las cuales una sirve como transmisora y la otra como receptora, siendo el satélite el nexo entre ambas (repetidor), para el envió de las señales.

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- Cable: Al igual que los sistemas de comunicación por aire, es una de las primeras formas de comunicación. Aun hoy se continúan utilizando de forma masiva en sistemas de comunicación de corto alcance, normalmente en redes locales, esto es debido a las grandes perdidas que tenemos. Los sistemas de cables se utilizan en sistemas de televisión por cable (cable coaxil), redes de computación (cable UTP), redes de telefonía (par de cobre).

- Cable UTP

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- Cable coaxil

Receptores (Rx) Un receptor es un conjunto de dispositivos y circuitos electrónicos, que tiene la capacidad de aceptar o captar las señales que llegan por el “medio” y de convertirlas a su forma original. Estos pueden ser equipos de radio, televisión, sistemas de comunicaciones de datos, estaciones satelitales o simplemente cualquier equipo de recepción de radios comerciales.

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Modulación y Demodulación • Generalmente es necesario modular la información sobre una señal de mayor frecuencia, que se denomina portadora. • La señal de información, modula a la portadora, cambiando alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia, fase). • Los portadora es una señal analógica de variación continua, generalmente de forma senoidal de alta frecuencia. 03/03/2015

Modulación y Demodulación • Hay dos razones por las que la modulación es necesaria en los sistemas de comunicaciones. – Es muy difícil irradiar señales de baja frecuencia en forma de energía electromagnética, con una antena. – Generalmente las señales de información ocupan la misma banda de frecuencias y si se transmiten simultáneamente las señales de dos o mas fuentes en estas condiciones se interferirían. 03/03/2015

Modulación y Demodulación

• En el Tx, se hace una conversión elevadora de la señal de información de baja a alta frecuencia. • En el Rx, se amplifica la señal recibida, luego se hace una conversión descendente y a continuación se demodula para obtener la información original de la fuente. 03/03/2015

• Cuando usamos el aire como medio, vemos que es un espacio en común, por lo que se debe legislar para poder utilizar la mayor cantidad de personas el mismo medio, sin interferirse, es por ello que el espectro se divide en bandas se frecuencia mas angostas Y cada una de ellas son asignadas para distintos servicios. • Radio, Televisión, Celulares, radares, etc.

Ultra sonica Sub sonica

Audio

Banda de radio Frecuencia AM FM Radio TV

Microonda satélite y radar

Banda de fibra Óptica

Infrarrojo Ultravioleta

Rayos Rayos Rayos x Gama cósmico

100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1024 1025

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Espectro de frecuencias electromagnética                 03/03/2015

30 - 300 Hz ELF (frecuencia extremadamente baja) 0,3 - 3 KHz VF (Frecuencia de voz) 3 - 30 KHz VLF (Frecuencias muy bajas) 30 - 300 KHz LF (Frecuencias Bajas) 0,3 - 3 MHz MF (Frecuencias medias) 3 - 30 MHz HF (Frecuencias Altas) 30 - 300 MHz VHF (Frecuencias muy Altas) 0.3 - 3 GHz UHF (Frecuencias Ultra altas) 3 - 30 GHz SHF (Frecuencias Súper Altas) 30 - 300 GHz EHF (Frecuencias extremadamente Altas) 0.3 - 3 THz Luz infrarroja 0,3 - 3 PHz Luz Visible 3 - 30 PHz Luz Ultravioleta 30 - 300 PHz Rayos X 0,3 - 3 EHZ Rayos gamma 3 - 30 EHz Rayos Cósmicos

Espectro de frecuencias electromagnética

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Longitud de onda Cuando se habla de ondas de radio es común utilizar unidades de longitud de onda y no de frecuencia. La longitud de onda es la distancia que ocupa en el espacio, un ciclo de una onda electromagnética.

𝝀=

𝐶 𝑓

Donde: 𝝀=longitud de onda [m]. C=velocidad de la luz (300.000.000 [m/seg]). f=frecuencia (hertz [1/seg]). 03/03/2015

Espectro Radioeléctrico Argentino • El espacio radioeléctrico es un medio acotado, el mismo se encuentra legislado y controlado por la CNC, la misma es la encargada de administrar los medios y realizar tareas de policía, los cuales lleven a asegurar la perfecta convivencia de todos los participantes del medio. • Como observaremos a continuación, todas las franjas del espectro se encuentran asignados a una tarea en especial, las cuales tienen que ser realizadas en perfecta coordinación dado que esto asegura el buen funcionamiento del sistema. 03/03/2015

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Señal Sinusoidal (simple) Volt

Amplitud

Tiempo

T = Periodo

V(t) = Vmax sen(2 π f t) Vmax= Máxima Amplitud (Volts) t = Tiempo (Segundos) f =Frecuencia (Hertz) = 1 / T 03/03/2015

Realizaremos ahora un análisis vectorial de la frecuencia, hacemos este estudio en función a diferentes puntos expresados en radianes. Con ya vimos : V(t) = Vmax sen (2 π f t) Volt

V(t) = Vmax sen (2 π f t) 0

π/4

π/2

¾π

Para 0 grados: Sen 0 = 0 Para 45° grados: Sen π/4= 0,7 Para 90° grados: Sen π/2= 1 Para 135° grados: Sen 3/4π= 0,7 Para 180° grados: Sen π= 0 Para 225° grados: Sen 4/3π= -0,7 Para 270° grados: Sen 3/2π= -1 Para 360° grados: Sen 2π= 0 03/03/2015

π

4/3 π

3/2 π

Por lo tanto v(t)= 0 Por lo tanto v(t)= 0,7 Vmax Por lo tanto v(t)= Vmax Por lo tanto v(t)= 0,7 Vmax Por lo tanto v(t)= 0 Por lo tanto v(t)= -0,7 Vmax Por lo tanto v(t)= -Vmax Por lo tanto v(t)= 0

2π

Radianes

Variación de sus Parámetros • Todo tipo de señal esta compuesto por un conjunto de señales, estas varían sus parámetros para lograr los distintos tintes. • Los parámetros a variar son: • Amplitud • Frecuencia • Fase

• Estas señales pueden ser vistas tanto en función del Tiempo como de la Frecuencia, comenzaremos viendo en el dominio del tiempo y luego en frecuencia. 03/03/2015

Comenzaremos variando la Amplitud y veamos que sucede:

Vmax

2 Vmax

Vmax/2

Como vimos:

Si la amplitud es Vmax

Ahora bien,

Si la amplitud es Vmax/2 Si la amplitud es 2Vmax

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Vamos a variar el Periodo y veremos que pasa con la Frecuencia: Amp f

f/2

2f

4f

Tiempo

Periodo: el tiempo que una señal tarda en realizar un ciclo completo. Frecuencia: Son la cantidad de ciclos que una señal realiza dentro de un segundo.

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Fase:

V(t) = Vmax sen (2 π f t + 𝜽)

𝜽 =-90 𝜽 =0

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En cuanto al dominio de la frecuencia, este tipo de visualización es la mas utilizada en las telecomunicaciones, pudiendo simplificar las formas de entender las señales, sobre todo si se trata de señales compuestas de información o señales moduladas.

Amp Vmax

Vmax

Vmax

Vmax

Vmax /2 f/2 En contra fase

La mitad de la amplitud 03/03/2015

f

2f

3f

Frec

Señales compuestas: • De acuerdo con el análisis de Fourier, cualquier señal compuesta es realmente una combinación de ondas simples con distintas frecuencias, amplitudes y fases. • Si la señal compuesta es periódica, la descomposición da una serie de señales con frecuencias discretas. • En la descomposición generada de señales, la señal de frecuencia más baja se denomina frecuencia fundamental o primer armónico. • El resto de armónicos serán múltiplos enteros de la frecuencia fundamental.

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GLOSARIO • • • • • • •

Tx: Transmisor. Rx: Receptor. Vmax= Máxima Amplitud (Volts). t = Tiempo (Segundos). f =Frecuencia (Hertz) = 1 / T 𝝀=longitud de onda de radio[m]. Hz = Unidad medida de frecuencia Hertzios. 1 Hz significa un ciclo por segundo.

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BIBLIOGRAFIA • Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos – Séptima Edición – Leon W. Couch – Capítulo 1. • Sistemas de Comunicaciones Electrónicas – Cuarta Edición - Wayne Tomasi – Capítulo 1.

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Fin de la presentación.

Muchas Gracias

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