Tema 1: INTRODUCCIÓN

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
• BIBLIOGRAFÍA: [HAY94], [MILL01] [SCHWE02]
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ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIÓN
TRANSMISOR
CANAL DE
COMUNICACIÓN
SISTEMA DE
COMUNICACIÓN
TRANSDUCTOR
DE ENTRADA
RECEPTOR
TRANSDUCTOR
DESALIDA
2
DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA DE
COMUNICACIÓN DIGITAL
Fuente de
Información
Usuario de
Información
Codificador de
Fuente
Decodificador
de Fuente
Codificador de
Canal
Decodificador
de Canal
Modulador
Demodulador
Transmisor
Receptor
Canal
3
TIPOS 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
anteriormente.
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MODULACIÓN y MULTIPLEXADO
• MODULACIÓN. 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. Técnicas que permiten que múltiples usuarios
puedan compartir un canal de comunicación.
• FDM (frecuencia),
• TDM (tiempo);
• CDM (código);
• SDM (espacial), etc.
5
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.)
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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
Capa que gestiona electrónicamente la información
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DISPOSITIVOS DE CONEXIÓN
ƒ 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.
ƒ 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.
ƒ 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)
¾ LAN con WLAN (1 red alámbrica con otra inalámbrica)
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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
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Año
1837
1864
1875
1887
1894
1901
19041906
1918
1920
1923
1933
1937
1939
1941
1948
1949
Acontecimiento
Telégrafo (Samuel Morse)
Ecuaciones de Maxwell
Invención teléfono (A. Bell)
Ondas radio (H. Hertz)
Telégrafo sin hilos (G. Marconi)
Primer mensaje transatlántico sin hilos (G. Marconi)
Diodo y triodo de vacío (J.A. Fleming y Lee de Forest)
Receptor superheterodyno de radio (E.H. Amstrong)
Primera emisora de radio (KDKA Pittsburgh)
Invención de la televisión (V. Zworykin)
Modulación en frecuencia FM (E.H.Amstrong)
Modulación codificada en pulsos (PCM) (Alec Reeves)
Primera emisión de TV (NBC)
Inicio de la radiodifusión FM en USA
Invención del transistor (Bell Labs)
Teoría Matemática de la Comunicación (Shannon)
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BREVE REVISION HISTORICA (Cont.)
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
1957
1958
1961
1962
1969
1970
1977
1980
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
1981
1983
1989
1990
1991
1995
1996
1998
1999
Primer satélite (Sputnik)
Primer Circuito Integrado (Kilby&Noyce)
Dispositivos lásers (Bell Labs, IBM)
Satélite Telstar (Bell Labs)
Origen de Internet en USA
Comienzo de investigación en HDTV en Japón
Primer sistema de comunicación por fibra óptica
Ethernet aceptado como standard para LANs. Inicio de RDSI
(Redes Digitales de Servicios Integrados)
Desarrollo del primer modem (D. Hayes)
Redes para teléfonos celulares (móviles-1ª Generación)
Nacimiento de World Wide Web (WWW)
2ª Generación de teléfonos móviles
Primera demostración de videoconferencia
DBS (Direct Broadcast Satellite )
Liberalización de Telecomunicaciones en USA
Standards de HDTV en USA
Comienzo de emisión digital de televisión (DTV)
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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
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TEOREMA DE LA CAPACIDAD DEL CANAL
(Hartley-Shannon)
Establece el límite de velocidad de transmisión libre de errores por un
canal gaussiano
(
C = B ⋅ log 2 1 + S
N
)
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!
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ESTADO ACTUAL DE LAS COMUNICACIONES: REDES
MULTIACCESO
ƒ Se quiere dar acceso a diferentes servicios:
teléfono, TV, datos, Internet, videoconferencias, etc.
ƒ Se dispone de distintas opciones de cobertura.
Depende de la situación y tipo de servicio
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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.
ADSL: Línea Digital Asimétrica de abonado
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APLICACIONES DE COMUNICACIONES INALAMBRICAS
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EJEMPLO DE VARIEDAD DE STANDARDS Y
TÉCNICAS DE MODULACIÓN
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Métodos y velocidades de acceso a Internet
MÉTODOS DE ACCESO
MÁXIMA VELOCIDAD
TIEMPO DE DESCARGA
(Fichero de 10Mb)
Módem
Telefónico(28.8Kb/s)
28.8Kb/s
46 minutos
Módem
Telefónico(33.6Kb/s)
33.6Kb/s
40 minutos
Módem
Telefónico(56.6Kb/s)
56.6Kb/s
30 minutos
64Kb/s
21 minutos
1.5 a 9 Mb/s
89 a 53 segundos
10 a 30 Mb/s
2.7 a 9 segundos
Módem ISDN
Módem ADSL
Módem Cable
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EJEMPLO DE ESPECIFICACIONES DE UN RECEPTOR
“WIRELESS”
PROPIEDADES
GSM
UMTS
BLUETOOTH
Banda de Frecuencia
935-960
2110-2170
2402-2480
Número de
Canales/Separación
(MHZ)
124/0.2
12/5
79/1
Codificación de voz
(Kb/s)
13.4
12.2
64-4
Sensibilidad (dBm)
-102
-117
-70
Ruido de Base (dBm)
-111
-99
-91
Figura de Ruido, NF (dB)
9.8
9
23
Máximo nivel de entrada
(dBm)
-15
-25
-20
IP3 referido a la antena
(dBm)
-12.5
-6
-16
Rango Dinámico,
SFDR(dB)
68
68
50
21
22
TENDENCIAS EN COMUNICACIONES
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).
ƒ La evolución de los móviles de segunda generación (ej. GSM: Global
System for Mobile Communications).
ƒ Deben integrar otros servicios de datos disponibles en las redes de
comunicaciones fijas. Evolución más lenta que lo previsto.
ƒ 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.
ƒ 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)
ƒ Su atractivo fundamental es la facilidad de instalación y el
ahorro del cableado.
Wireless-Fidelity (Wi-Fi)
ƒ Varias tecnologías desarrolladas: IEEE 802.11a-b (Wi-Fi)-g,
ƒ Las antenas son caras y su despliegue controvertido
ƒ Problemas de seguridad frente a intrusos
Tecnología UltrawideBand (UWB)
ƒ Emplea ráfagas de potencia mil veces menores que las de un
teléfono móvil con duración de picosegundos.
ƒ Necesita anchos debanda muy grandes.
ƒ Puede ser competencia para Wi-Fi por precisión y seguridad
ƒ También puede tener aplicaciones en sistemas de muy baja
potencia(i. e. redes de sensores autónomos)
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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).
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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
Aplicaciones de sensado, juguetería etc.
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OTRAS TENDENCIAS EN RADIOCOMUNICACIÓN
RFID (Identificación por Radio Frecuencia)
ƒ Sustitutivos de los códigos de barra
ƒ Permiten identificar objetos a cortas distancias.
ƒ Las etiquetas RFID contienen antenas para recibir y responder
a las peticiones que recibe del lector.
ƒ 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
ƒ Gran número de satélites en diferentes órbitas (GEO; LEO;
MEO, etc).
ƒ Desarrollo de nuevas aplicaciones (GPS, tráfico etc. )
30
EJEMPLOS DE ETIQUETAS DE RF ID
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COMUNICACIONES POR CABLE (WIRELINE)
1. FIBRA OPTICA
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
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 ).
ƒ 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.
ƒ Intenta satisafacer las demandas de video ofreciendo una calidad superior
al transmitido por radiodifusión.
ƒ 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
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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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EJEMPLO DE RUIDOS EN UNA LÍNEA ELÉCTRICA
36
EJEMPLO DE TRANSCEIVER DE RADIO-I
37
EJEMPLO DE TRANSCEIVER DE RADIO-II
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OTRAS REFERENCIAS DE CONSULTA
•
Tendencias de telecomunicación:
http://www.tendencias21.net/TENDENCIAS-DE-LA-TELECOMUNICACIoN_r21.html
• Museo de Telecomunicaciones:
http://www.fundacion.telefonica.com/museo/educa/index.htm
http://www.fundacion.telefonica.com/museo/nave/nave/nave.htm
• Wikipedia
http://es.wikipedia.org/wiki/Telecomunicaci%C3%B3n
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