(09734) Comunicaciones digitales

FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍAS DE INFORMACIÓN Y
COMUNICACIONES
CÓDIGO-MATERIA:
PRE-REQUISITOS:
PROGRAMA – SEMESTRE:
PERÍODO ACADÉMICO:
INTENSIDAD SEMANAL:
CRÉDITOS:
PROFESOR:
09734 – Comunicaciones Digitales
09725 – Señales y Sistemas
Ingeniería Telemática, Sexto semestre
Agosto a Diciembre de 2016
4 horas/semana
4
Gonzalo Llano Ramírez, Juan Manuel Madrid Molina
Programa: Ingeniería Telemática
Resultados de Aprendizaje
relacionados con el
Programa
Fuente de Valoración
• A: Aplicación de las Ciencias y las Matemáticas (A)
SI
Resultados
de Aprendizaje
A: Aplicación de las Ciencias y las
Matemáticas
Motivación
La distribución y transmisión de contenidos audiovisuales y aplicaciones multimedia es uno
de los principales objetivos de las redes de telecomunicación digital de alta velocidad. De hecho,
las demandas de estas aplicaciones justifican las inversiones en la infraestructura de las redes
de banda ancha.
El anterior contexto, plantea diversos desafíos tecnológicos a los profesionales en Ingeniería
Telemática, por ello, concebir, diseñar, implementar, operar y gestionar las nuevas redes de
comunicación digital, inicia por la correcta comprensión de los conceptos teóricos que subyacen
al problema de la transmisión de datos entre transmisor y receptor, especialmente cuando se
emplean distintos medios físicos de transmisión.
En el curso de comunicaciones digitales, se establecen las bases teóricas que le permiten al
estudiante entender las técnicas modernas de codificación y modulación para transmitir datos
en formato digital, desde su generación hasta su utilización, empleando para ello un enfoque de
subsistemas.
Objetivos:
General: Analizar, diseñar y simular un sistema de comunicación digital (SCD) en el nivel de
transmisión, especificando y caracterizando cada uno de los bloques que lo constituyen,
teniendo en cuenta criterios de eficiencia, calidad y seguridad definidos para la transmisión de
datos en forma confiable.
Terminales: Al final del curso el estudiante estará en capacidad de:
 Explicar la arquitectura de un sistema de comunicación digital en el nivel físico o de
transmisión caracterizando cada uno de los bloques que lo constituyen.
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 Evaluar el desempeño de los algoritmos de codificación de fuente y de canal, con el fin de
proponer distintas alternativas de solución a un problema de comunicación digital.
 Evaluar las prestaciones y eficiencia de los esquemas de codificación y transmisión digital
en banda base y pasabanda, para dar solución a un problema de comunicación digital.
 Diseñar y simular un sistema de comunicación digital en el nivel de transmisión teniendo en
cuenta criterios de eficiencia, calidad, e integridad de los datos.
De formación en valores y capacidades:
Al terminar el curso, cada estudiante habrá tenido la oportunidad de reflexionar sobre los
siguientes valores:
 Integridad, ética, honestidad , responsabilidad y pasión por el aprendizaje cumpliendo en
forma adecuada y oportuna con las labores académicas, de respeto , tolerancia, y
reconocimiento, en su relación con los compañeros, docentes y personal administrativo de
la Universidad Icesi.
 Potenciar capacidades que le permitan realizar sus actividades académicas, profesionales y
personales, bien en forma individual o en grupo teniendo en cuenta principios de: justicia,
equidad, responsabilidad social, curiosidad científica, innovación y especialmente, un
profundo respeto por el medio ambiente y un fuerte compromiso con el bienestar de la
sociedad.
De igual manera, habrá desarrollado estas capacidades:
 Análisis y síntesis: En el desarrollo del trabajo académico del curso.
 Manejo de información: En los trabajos de investigación que se asignan.
 Pensamiento sistémico: Para poder analizar un sistema de comunicación como un todo, y
las interacciones entre sus partes.
 Pensamiento crítico: En las discusiones y en el trabajo académico en general.
 Aprendizaje individual permanente: En la preparación previa a las clases.
 Trabajo en equipo: Para el desarrollo de proyectos que requieren de varios tipos de roles.
 Perseverancia y autonomía: a través del desarrollo de los ejercicios que entregan los
profesores, y que no representan una nota ni son necesariamente revisados en clase.
 Tolerancia: mediante el respeto a las opciones y soluciones propuestas a los problemas,
sean presentadas por los compañeros o por el profesor, aún si no coinciden con la
propuesta propia.
CONTENIDO DEL CURSO
UNIDAD 1: ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN DIGITAL
Objetivos específicos de la unidad:
 Explicar la arquitectura de un sistema de comunicación digital (SCD) caracterizando los
bloques que constituyen el sistema y explicar las ventajas y desventajas del sistema.
TEMAS DE LA UNIDAD:
1.1
Redes de comunicación digital: Celulares, Computadores, Televisión Digital Terrestre
(TDT), inalámbrica y satelital (DVB/H/S).
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1.2
Introducción a la arquitectura por bloques de un sistema de comunicación digital (SCD) y
un sistema de comunicación analógico (SCA).
1.3 Beneficios y desventajas de los sistemas de comunicación digital (SCD).
UNIDAD 2:
CODIFICACIÓN DE FUENTE
Objetivos específicos de la unidad:
 Evaluar los diferentes esquemas de codificación de fuente teniendo en cuenta el tipo de
aplicación a transmitir.
 Explicar los criterios para seleccionar un código de fuente a utilizar en un SCD teniendo en
cuenta el medio físico de transmisión.
TEMAS DE LA UNIDAD:
2.1. Fuentes de información (Digital, textual y analógica) y entropía.
2.2. Decodificación única, códigos instantáneos, desigualdad de Kraft y teorema de McMillan
2.3. Longitud promedio, códigos compactos, teorema de la codificación sin ruido (TCSR).
2.4. Capacidad de canal (teorema fundamental de Shannon en canales sin ruido), algoritmo
de Huffman.
2.5. Principios de compresión de datos, algoritmo LZW, compresión por corridas (run-length)
2.6. Codificación de imágenes, audio y video
UNIDAD 3.
CODIFICACIÓN DE CANAL
Objetivos específicos de la unidad:
 Evaluar los diferentes esquemas de codificación de canal teniendo en cuenta el tipo de
aplicación a transmitir y el medio físico de transmisión.
TEMAS DE LA UNIDAD:
3.1. Rata de codificación de canal, reglas de decisión
3.2. Capacidad de detección y corrección de errores, probabilidades de error de bit y bloque
3.3. Teorema fundamental de Shannon
3.4. Códigos binarios lineales. Códigos de Hamming.
3.5. Checksums, CRCs
3.6. Códigos cíclicos y convolucionales
UNIDAD 4.
TRANSMISIÓN Y DETECCIÓN EN BANDA BASE Y MÉTRICAS PARA EVALUAR LAS PRESTACIONES DE
LOS SCD
Objetivos específicos de la unidad:
 Explicar y simular las métricas que permiten evaluar las prestaciones de los SCD.
 Analizar los códigos de línea binarios y multinivel empleados en los SCD.
TEMAS DE LA UNIDAD:
4.1.
4.2.
Transmisión en banda base: Codificación y modulación en banda base
Formas de onda y transmisión en banda base multinivel
4.2.1. Formas de onda PCM (códigos de línea): NRZ-L, NRZ-M, NRZ-S, RZ-unipolar y RZ-bipolar,
Manchester diferencial, 2B1Q, HDB3.
4.2.2. Formas de onda M-arias banda base: PAM, PPM, PWM.
4.2.3. Modelo del canal de comunicación digital paso-bajo.
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4.2.4. Detección de símbolos en banda base
4.3.
Métricas para evaluar la calidad de un SCD y SCA: Capacidad de canal, Relación señal a
ruido, Probabilidad de error de bit y de símbolo.
UNIDAD 5.
TRANSMISIÓN Y DETECCIÓN PASABANDA
Objetivos específicos de la unidad:
 Analizar los diferentes esquemas de modulación digital pasa-banda teniendo en cuenta el
tipo de aplicación a transmitir.
 Explicar los criterios para seleccionar un esquema de modulación digital teniendo en cuenta
criterios de eficiencia espectral y potencia.
TEMAS DE LA UNIDAD:
5.1 El modulador digital
5.2 Modulaciones digitales: ASK, FSK, PSK, QAM y M-arias (M-PSK y M-QAM).
5.3 Detección coherente y no coherente.
5.4 El canal de comunicación analógico (pasabanda)
5.5 Transmisión digital pasabanda en un canal sin distorsión y con ruido AWGN
5.6 Probabilidad de error de bit y símbolo con ruido AWGN para modulaciones básicas y
modulaciones M-arias
5.7 Introducción a transmisión multiportadora OFDM
UNIDAD 6.
TÉCNICAS DE MULTIPLEXIÓN Y ACCESO MÚLTIPLE AL CANAL
Objetivos específicos de la unidad:
 Evaluar los distintos esquemas de multiplexión y acceso múltiple al canal teniendo en
cuenta el tipo de aplicación a transmitir y el medio físico de transmisión.
TEMAS DE LA UNIDAD:
6.1
6.2
6.3
Asignación de los recursos de comunicación: FDM, TDM
Canalización del recurso de comunicación: FDMA, TDMA
Tecnología CDMA
Metodología
Cada clase parte de la base de que el estudiante ha preparado con antelación el material
asignado para la sesión. Las asignaciones de lectura, consistentes en capítulos del libro y/o
artículos referentes al tema de estudio, estarán publicadas en el sitio Moodle del curso.
Al principio de la clase se preguntará a los estudiantes si tienen dudas con respecto al tema
preparado para la clase, dichas dudas se consignarán en el tablero. Luego se iniciará una ronda
de preguntas, con el fin de indagar a los estudiantes acerca de lo aprendido, y tratar en lo
posible de resolver las dudas consignadas en el tablero mediante esta discusión. Si hay dificultad
en algún tema en particular, el profesor procederá a explicarlo.
En algunas clases podrá haber solución de ejercicios en grupos pequeños de trabajo, o
individualmente en el tablero, para reforzar la comprensión del tema. Ocasionalmente se
solicitará a los estudiantes preparar una exposición de un tema de interés general para la clase.
Antes de los exámenes parciales y final, se asignarán talleres de repaso que serán
solucionados por los estudiantes y discutidos en clase.
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Adicionalmente, el profesor dejará como ejercicios a realizar en casa, prácticas de simulación
en Matlab que van a permitir reforzar los conceptos teóricos expuestos en clase.
Actividades del estudiante
 Antes de la clase
o Preparación previa, mediante el estudio del material asignado.
 Durante la clase
o Solución de ejercicios en grupos pequeños de trabajo, o individualmente en el
tablero.
o Participación en las discusiones.
 Después de la clase
o Solución de tareas, ejercicios y simulaciones para hacer en casa.
o Solución de los talleres de repaso.
 Exposiciones y proyectos
o Desarrollo de un proyecto de software/hardware aplicado a teorema del muestreo,
codificación de fuente y de canal.
o Simulación de un sistema completo de comunicación digital en una herramienta de
simulación por computador.
Evaluación de la asignatura
Nota exámenes:
Tres parciales: 20% cada uno; Trabajo Final: 40%
Si la calificación media ponderada de los exámenes individuales es mayor o igual a 3,0 la nota
total se multiplica por 0,7 y entran a computar las notas obtenidas en: Tareas, lecturas de
artículos y prácticas de simulación
Tareas y lecturas de artículos: 10%,
Prácticas de simulación: 20%
Si la calificación media ponderada de los exámenes individuales es menor o igual a 3,0 la nota
definitiva será igual al 100% de la nota de los exámenes (no se tienen en cuenta: tareas, lecturas
artículos, y prácticas de simulación).
Consideraciones éticas
La política de la Universidad, y del Departamento de Tecnologías de Información y
Comunicaciones (TIC) es de tolerancia cero frente al fraude. Todos los casos de fraude serán
reportados a la jefatura del departamento y el trabajo académico implicado será calificado con
una nota de cero (parágrafo del artículo 99 del Libro de Derechos, Deberes y Normas de los
Estudiantes de Pregrado).
Debe tenerse especial cuidado en la elaboración de trabajos escritos y proyectos para evitar
una instancia de plagio académico. La bibliografía debe estar completa, y deben existir
referencias a todos los libros, artículos, páginas web y demás materiales que hayan sido
empleados para la elaboración del trabajo académico. De forma similar, un trabajo se califica
por la contribución del estudiante a la solución del problema. Esto quiere decir que un trabajo
no puede ser una copia textual de otro trabajo o documento, ni un “collage” de documentos,
aunque se haya hecho referencia correcta al trabajo ajeno.
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REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS
Textos Guías
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A. Grami. Introduction to Digital Communications. Academic Press, 2016. (621.382/G745i)
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Roberto Togneri. The University of Western Australia. Notas del curso de Teoría de Información.
(Disponible en el sitio Moodle del curso).
Roberto Togneri y Christopher J.S. deSilva. Fundamentals of Information Theory and Coding Design.
Chapman & Hall/CRC, 2002. (003.54/T645)
Textos Complementarios sobre comunicaciones digitales
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S, Haykin, “Communications Systems”, 4th Edition. John Wiley&Sons, 2001
J.G. Proakis, M. Salehi, "Communication systems engineering", 2nd Edition. Prentice-Hall 2002
R. E. Ziemer, W. H. Tranter, "Principles of Communications", John Wiley and Sons, 2002
M. B. Pursley, "Introduction to Digital Communications", Prentice Hall, 2005
Textos Complementarios sobre codificación de fuente y de canal
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Richard B. Wells. Applied Coding and Information Theory for Engineers. Prentice Hall, 1999.
(003.54/W455a)
Richard W. Hamming. Coding and Information Theory. Prentice Hall, 1986. (003.54/H224c)
Claude E. Shannon y Warren Weaver. The Mathematical Theory of Communication. 1948.
(621.381/S528m). Disponible en
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.161.4366&rep=rep1&type=pdf
Fred Halsall. Multimedia Communications: Applications, Networks, Protocols and Standards.
Addison-Wesley, 2001. (006.7/H196m)
K.R. Rao, Zoran S. Bojkovic, Dragorad A. Milovanovic. Multimedia Communication Systems:
Techniques, Standards and Networks. Prentice Hall-PTR, 2002. (006.7/R215m)
Textos de simulación para comunicaciones digitales y sistemas inalámbricos
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J.G. Proakis, M. Salehi, “Contemporary Communications Systems Using Mat-Lab”. ISBN: 0-53437173-6
W.H. Tranter, “Principles of communications systems simulation with Wireless applications”.
Prentice Hall ISBN: 0-13494-790-8.
F. P. Fontan, P. M. Espiñeira, “Modelling the Wireless Propagation Channel: A simulation approach
with Matlab”, Wiley InterScience, ISBN: 978-0-470-72785-0
Textos de comunicaciones digitales en sistemas inalámbricos
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M.K. Simon, M.S. Alouini, “Digital Communications over Fading Channels”, 2nd ed. New Jersey:
John Wiley & Sons, Ltd., 2005
A. Goldsmith, "Wireless Communications", 1th Edition, Cambridge University Press, 2005
W.C.Y. Lee., Mobile Communications Engineering: Theory and Applications McGraw-Hill
Publications, New York, 1998.
M.D. Yacoub., Foundations of Mobile Radio Engineering, CRC, 1993.
T.S. Rappaport, “Wireless Communications Principles and Practice”, Prentice Hall, Inc, New Jersey
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