Comunicaciones Eléctricas - Universidad Nacional de Rosario

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FACUL TAO DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERÍA Y AGRIMENSURA- U.~~;;~-rl
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Programa Analítico de la Asignatura: Comunicaciones Eléctricas
Código: A-4-29-2
PRESUPUESTO HORARIO SEMANAl
PROMEDIO
Plan de Estudios: 1996
TEORÍA:
4
PRÁCTICA:
2
Departamento Electrónica - Area de
LABORATORIO~
1
Comunicaciones
TOTAl ASIGNADO:
7
Profesor: Elizabeth Tapia
DEDICACIÓN DEl AlUMNO
FUERA DE CLASE:
Vigencia: desde año 2013 hasta año ....... .
PRESUPUESTO TOTAL:
11
PROGRAMA BASADO EN:
(SEMANAS ÚTilES)
16
DEFINITIVO
CUATRIMESTRAl
HORAS TOTALES ASfGNADAS:
112
HORAS TOTALES
PRESUPUESTADAS:
176
Carrera:
Programa:
INGENIERÍA ElECTRÓNICA
4
OBJETIVOS: (qué debe saber el alumno al concluir el curso)
Conocer y aplicar los conceptos de teoría de la información en problemas de transmisión de
información en presencia de ruido.
Comprender y aplicar los conceptos teoría de codificación en problemas de protección de
fuentes de mensajes expuestas a ruido.
Comprender los fundamentos de los sistemas de comunicaciones banda base y pasabanda, así
como su desempeño ante el ruido propio o externo.
Conocer las técnicas de compartición de recursos para la transmisión de mensajes.
Comprender los principios de los protocolos de comunicaciones orientados al intercambio de de
datos.
UBICACION EN lA CARRERA Y CARACTERISTICAS GENERAlES
Esta materia se dicta en el octavo cuatrimestre. Sintetiza conocimientos previos poniéndolos al
servicio de los sistemas de comunicaciones en relación al análisis, a la síntesis y al estudio de
técnicas específicas, con énfasis en la modelización como herramienta básica.
MATERIAS RElACIONADAS
Previas: Probabilidades y Procesos Aleatorios (A-4-25-1), Teoría de Circuitos 11 (A-3-22-2}.
Simultáneas recomendadas: Mediciones 11 (A-4-31-2)
Posteriores: Redes de Datos, Telefonía fija y móvil, Tecnologías
Propagación y Comun·
iones Inalámbricas (Electivas).
1t3
Fecha
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CONTENIDO TEMÁTICO
1.
INTRODUCCIÓN A lOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES
1 .1 . Definiciones y conceptos básicos.
1.2. Objetivos.
1.3. Componentes. Encadenamiento de funciones.
1.4. Modelo de un sistema de comunicaciones.
1.5. Clasificación de los sistemas de comunicaciones.
1.6. Comportamiento de los sistemas de comunicaciones.
2.
ANÁliSIS DE UN ENLACE DE COMUNICACIONES
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2. 7.
2.8.
3.
Distorsión. Distorsiones lineales, no lineales, intermodulación y modulación cruzada.
Interferencia. Diafonía, canal común y canal adyacente.
Causas de pérdidas de señal en un enlace.
Fuentes de ruido en un enlace.
Propagación en el espacio libre. Potencia recibida. Pérdidas en la trayectoria.
Presupuesto de ganancias y pérdidas en un enlace.
Caso digital. Relaciones Señal/Ruido: recibida, necesaria, margen.
Disponibilidad de un enlace.
TEORfA DE LA COMUNICACIÓN
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
Introducción. Conceptos y definiciones básicas. Límites fundamentales. Teoremas.
Modelado de fuentes de información estocásticas.
Fuentes Discretas. Sin memoria y con memoria.
Fuentes Continuas. Sin memoria y con memoria.
Codificación sin pérdidas. Primer teorema de Shannon.
3.5.1. Probabilística. Algoritmo de Huffman-Fano-Shannon.
3.5.2. No probabilística. Algoritmo de Lempei-Ziv.
3.6. Codificación con pérdidas. Teoría tasa-distorsión.
3.6.1. Información mutua. Entropía diferencial.
3.6.2. Función tasa-distorsión.
3. 7. Canales de comunicación ruidosos discretos.
3. 7 .1. Información mutua. Propiedades. Notación.
3. 7.2. Información mutua sobre canal ruidoso.
3.7.3. Medidas de la información promedio. Equivocación. Información falsa o irrelevante.
Relaciones entre las entropías.
3.7.4. Maximización de la información mutua. Capacidad del canal. Interpretaciones.
3. 7.5. Teoría de Codificación. Codificación de canal.
3. 7.5. 1. Teorema de codificación del canal ruidoso. Modelos de Canal.
3.7.5.2. Codificación para el canal binario simétrico.
3.7.6. Códigos con expansión del AB.
3. 7 .6.1. Códigos correctores de bloque y convolucionales.
3.7.6.2. Códigos correctores Turbo y LDPC.
3.7.6.3. Códigos correctores BCH y Reed Solomon.
3. 7. 7. Códigos para detección y retransmisión.
3. 7.8. Códigos para AB restringidos. Codificación TCM (Trellis Code Modulation).
3.8. Canales de comunicación ruidosos continuos.
3.8.1. Información mutua sobre el canal continuo.
3.8.2. Entropía de la distribución gaussiana.
3.8.3. Ruido gaussiano.
3.8.4. Teorema de la capacidad de información para el canal gaussiano.
3.8.5. Interpretación de fa capacidad para ancho de banda infinito.
3.8.6. Intercambio ancho de banda con relación Señal/Ruido.
3.8.7. Sistemas ideales.
3.8.8. Sistemas reales. Comparación de sistemas.
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4.
MODULACIÓN DE ONDA CONTINUA
4.1. Modulación lineal.
4.1.1. Modulación por amplitud (AM) y de doble banda lateral con portadora suprimida (DSB-SC).
4.1.2. Reducción de ancho de banda de transmisión por filtrado de bandas laterales. Banda
lateral unica (BLU) y vestigial (VSB).
4.1.3. Demodulación por envolvente y detección coherente.
4.2. Modulación de ángulo.
4.2.1. Modulación en frecuencia (FM) y en fase (PM).
4.2.2. Ancho de banda de transmisión para una señal arbitraria.
4.2.3. Moduladores de ángulo. Métodos directo e indirecto.
4.2.4. Demodulacion de señales moduladas en ángulo. Demodulacíón por lazo de enclavamiento
de fase (PLL).
4.3. Técnicas de suplementarias. Receptor superheterodino. Aplicación en AM y FM. FM estéreo.
4.4. Modelos de ruido pasabanda
4.5. Comportamiento de los sistemas de modulación analógica en presencia de ruido e interferencia.
4.5.1. Ruido en receptores DSB-SC y BLU.
4.5.2. Ruido en receptores de AM. Demodulación por envolvente y efecto umbral.
4.5.3. Ruido en receptores de FM. Efecto umbral. Reducción del umbral. Mejoramiento de la
relación señal vs. ruido. Pre-énfasis y desénfasis.
4.5.4. Comparación de sistemas de modulación analógica.
5.
MODULACIÓN POR PULSOS
5.1. Modulación por pulsos analógicos.
5.1.1. Introducción.
5.1.2. Proceso de muestreo.
5.1.3. Señales de modulación de pulsos: Modulación por Amplitud de Pulsos (PAM). Modulación
por Posición de Pulsos (PPM). Modulación por Ancho de Pulso (PWM).
5.1.4. Compromiso ancho de banda vs. Ruido.
5.2. Modulación por pulsos digitales.
5.2.1. Proceso de cuantificación. Cuantificación escalar y vectorial.
5.2.2. Modulación por codificación de pulsos (PCM).
5.2.3. Consideraciones de ruido en sistemas PCM.
5.2.4. Virtudes, timitaciones y variaciones del sistema PCM.
5.2.5. Modulación Delta.
5.2.6. Modulación PCM diferencial.
5.3. Aplicación en redes de transporte telefónicas.
6.
TRANSMISIÓN BANDA BASE
6.1. Banda Base Analógica.
6. 1.1. Señales de potencia. Control de la distorsión lineal. Ecualización. Maximización de la
relación Señal/Ruido en presencia de distorsión lineal. Filtros terminales óptimos.
6.2. Banda Base Digital.
6.2.1. Señales de energía. Recepción óptima en presencia de ruido. Filtro Adaptado (MF).
6.2.2. Probabilidad de error debido al ruido.
6.2.3. Interferencia intersimbólica (ISI). Limitación del ancho de banda.
6.2.4. Criterio de Nyquist para transmisión binaria sin distorsión.
6.2.5. Contracción del ancho de banda. Sistemas multinarios.
6.2.6. Evaluación cualitativa de la señal recibida. El problema de la sincronización. El diagrama
de ojo.
6.3. Aplicación en la transmisión de datos sobre redes telefónicas. Recomendaciones ITU-T, serie V.
7.
MODULACIÓN DIGITAL PASABANOA
7.1. Sistemas basados en portadora armónica modulada por una señal discreta.
7.1.1. Modulaciones con señales binarias sin codificación. Modulación ASK, FSK y PSK.
Características espectrales y potencia.
7.1.2. Modulación con señales binarias codificadas. Codificación por transiciones, DPSK.
7.1.3. Demodulación coherente y no coherente.
7.2. Modificación de ancho de banda de transmisión.
7.2.1. Contracción del espectro, MPSK y MAPK (QAM).
7.2.2. Expansión del espectro, MFSK. Señales ortogonales.
7.3. Demodulación de señales en cuadratura.
7.4. Rendimiento es ectral.
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7.5. Comportamiento de sistemas de modulación digital pasabanda en presencia de ruido e
interferencia.
7.5.1. Detección coherente PSK, MPSK y FSK.
7.5.2. Detección no coherente DPSK y MFSK.
7.5.3. Probabilidad de error en sistemas binarios PSK, FSK y DPSK.
7.5.4. Probabilidad de error en sistemas multinarios MPSK y MAPK.
8.
SISTEMAS DE ANCHO DE BANDA INDEPENDIENTE DE LA SEI\IAL DE MENSAJE
8.1. Sistemas de espectro Expandido. Principales aplicaciones. Conceptos Fundamentales.
Definiciones básicas. Ganancia de procesamiento.
8.2. Secuencias de pseudoruido. Propiedades. Tipos de secuencias. Generación.
8.3. Sistemas de espectro expandido de secuencia directa. Rechazo a la interferencia intencional.
8.4. Sistemas por salto de frecuencia SFH y FFH.
8.5. Sincronización. Adquisición y seguimiento.
8.6. Aplicación en sistemas de telefonía móvil 2G-3G.
9.
MULTIPLEXACIÓN Y ACCESO MÚLTIPLE
9.1. Asignación de un recurso de comunicación común a múltiples usuarios. Políticas básicas.
9.2. Tipos de multiplexación.
9.2.1. División de Frecuencia (FDM).
9.2.2. División de Tiempo (TDM).
9.2.3. División de código (CDM).
9.2.4. División de espacio (SDM).
9.3. Aplicación en el transporte de tramas telefónicas. Multiplexores digitales.
9.4. Concepto de acceso múltiple. Tipos
9.4.1. División de Frecuencia (FDMA).
9.4.2. División de Tiempo (TOMA).
9.4.3. División de Código (COMA).
9.4.4. Arquitectura de control. Asignación por demanda (DAMA).
9.5. Aplicación en radioenlaces digitales y enlaces satelitales.
10.
PROTOCOLOS
10.1. Arquitectura básica de redes. Estratificación
10.2. Protocolos e interfaces de comunicación. Beneficios del uso de un modelo en capas.
10.3. Introducción a los modelo OSI TCPIIP. Direccionamiento de red.
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MODALIDADES DE ENSEÑANZA
La mayor parte del curso se desarrolla por medio de clases presenciales de asistencia no
obligatoria basadas en la exposición de material complementario de la bibliografía de base,
en la aclaración de conceptos que no surgen claramente de ésta última y en la resolución de
problemas propuestos. Como parte complementaria de la actividad de clase se están
desarrollando trabajos prácticos de simulación que complementarán la parte práctica desde
un punto de vista experimental, a partir del corriente año.
EVALUACIÓN
A. Promoción
Durante el dictado se toman 3 evaluaciones parciales, P1, P2 y P3 y correspondientes
instancias recuperatorias, R1, R2 y R3. En cada instancia de examen se evalúa un Módulo
de conocimientos.
Tanto los parciales como los recuperatorios se componen de i) Resolución de problemas y ii)
Preguntas sobre conceptos de teoría. Cada Módulo se acompaña además de Trabajo
Prácticos sobre temas relacionados. Los Trabajo Prácticos no intervienen en la conformación
de la nota asociada a cada Módulo. Sin embargo, su aprobación es un requisito para aprobar
el correspondiente Módulo.
Cada uno de los Módulos se considera aprobado si en el Parcial o en el Recuperatorio
correspondiente se obtiene una nota de 6(seis) puntos o superior y si, además, los Trabajos
Prácticos correspondientes están aprobados.
Se considera Promovido a aquel alumno que al cabo de los tres Parciales y los tres
Recuperatorios aprueba los tres Módulos.
Se considera Ubre a aquel alumno que al cabo de los tres Parciales y los tres Recuperatorios
aprueba sólo uno o ninguno de los Módulos.
Se reconoce la Condición Intermedia a aquel alumno que al cabo de los tres Parciales y los
tres Recuperatorios aprueba dos Módulos. Los alumnos en Condición Intermedia tienen
oportunidad de volver a rendir el Módulo no aprobado por única vez en una mesa de examen
siguiente al período de dictado. Esta mesa (en general alguna de las mesas del turno
febrero/marzo) es elegida por la cátedra y debidamente notificada a los alumnos que
hubieren quedado en Condición Intermedia. Los que, en uso de este beneficio no consigan
aprobar el Módulo pendiente, reprueban el examen y quedan Libres.
La nota final para el Acta y !a Libreta es el promedio de las notas obtenidas en cada uno de
los tres Módulos, una vez que han sido evaluados de acuerdo a lo estipulado en los párrafos
precedentes.
Los alumnos que tengan intención de rendir la materia en condición de Ubre podrán hacerlo,
como es natural, en cualquier mesa de examen. El examen de Libres se divide en tres partes,
con la siguiente modalidad:
Se toma un examen de práctica (probablemente por la mañana), eliminatorio, con
problemas elegidos entre todas las unidades de la materia.
Si se aprueba la parte práctica se toma (por la tarde o al día siguiente) un examen de
teoría en el que se pide desarrollar dos o tres temas, al azar, para luego exponerlos y
discutirlos con los profesores en forma oral.
Se discuten con el docente a cargo, temas vinculados con los Trabajos Prácticos
correspondientes al último año de dictado de la materia.
El examen pretende relevar conocimientos de práctica y teoría así como la destreza en la
implementación de los prácticos, tal como se hace durante el año dentro del sistema de
promoción. Si alguno decide rendir en esta modalidad se pide por favor que se preinscriba,
avisando or mail o ersonalmente con una antici ación no menor a 1O diez días res ecto a
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la fecha de examen.
B. Guia de Actividades
Se dictan tres clases semanales, de asistencia no obligatoria: una de 3(tres) horas y dos de
¡2(dos) horas. Estas clases son de Teoría, Práctica y Laboratorio con presentación de aspectos
teóricos seguidos de resolución de problemas e introducción de aspectos específicos que
serán materia de análisis en los trabajos prácticos.
1
Los Trabajos Prácticos se basan en la simulación de alguno de los modelos vistos en clase, la
observación y la presentación de un informe, trabajo éste que puede hacerse en forma
individual, o en grupos de hasta tres alumnos. Para las experiencias de simulación se utiliza
fundamentalmente MATLAB-Simulink, software con licencia disponible en facultad y que, a
esta altura de la carrera, ya ha sido utilizado por los estudiantes. Adicionalmente, para la parte
de protocolos se utiliza la plataforma de enseñanza de la materia optativa Redes de Datos y
los analizadores de protocolos incluidos en ella. Eventualmente y según las necesidades de
cada caso puede recurrirse al uso de software de libre distribución.
C. Guía de Trabajos Prácticos
i) Modulación Analógica. Modelado, simulación y análisis de sistemas AM y FM.
ii) Modulación Digital. Modelado, simulación y análisis de sistemas ASK, FSK y PSK.
iii} Banda Base. Modelado, simulación y análisis de la modulación delta adaptativa. Simulación e
interpretación del diagrama de ojo.
iv) Protocolos. Modelos OSI y TCP/IP. Introducción al análisis de transferencias de datos mediante
analizadores de protocolos.
BIBLIOGRAFÍA
A. Adecuada al Programa
Simon Haykin, Communication systems, 4th edition, ]ohn Wíley & Sons, lnc (2001)
Sklar, Bernard, Digital Communications. Fundamentals and Applications, znct edition, Prentice
Hall (2001)
Shanmugan, K Sam, Digital and Analog Communication Systems,]ohn Wiley & Sons, lnc ( 1979)
B. Complementaria
Ziemer, Rodger, and William Tranter, Principies of Communications: Systems, Modulation, and
Noise, 5th edition. ]ohn Wiley & Sons, lnc ( 2001)
Arthur M. Breipohl, K Sam Shanmugan, Random Signals: Detection, Estimation, and Data Analysis,
]ohn Wiley & Sons, lnc {1998)
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1
"2013-Año del Bicentenario de la Asamblea General Constituyente de 1813"
FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS,
INGENIERIA Y AGRIMENSURA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO
Rosario, 22 de marzo de 2013.VISTO que Secretaría Académica eleva para su aprobación los
programas de las asignaturas A-4.29.2 "Comunicaciones Eléctricas", A-4.30.2 "Control
11", A-4.31.2 "Mediciones 11" y A-4.32.2 "Electrónica IV", vigentes a partir del año 2013,
correspondientes al Plan de Estudios aprobado por Resolución C.S. W 313/99, de la
carrera de Ingeniería Electrónica.CONSIDERANDO:
Que los mismos responden a los lineamientos establecidos en el artículo
11° de la Resolución N° 604/84 D.N. (Reglamento de Programas de asignaturas de las
distintas carreras que se cursan en esta Facultad).Que el tema fue tratado y aprobado en la reunión del Consejo Directivo
del día de la fecha.Por ello,
EL CONSEJO DIRECTIVO DE LA FACULTAD DE
CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURA
RESUELVE:
ARTICULO 1°: Aprobar los programas de las asignaturas A-4.29.2 "Comunicaciones
Eléctricas", A-4.30.2 "Control 11", A-4.31.2 "Mediciones 11" y A-4.32.2 "Electrónica IV",
vigentes a partir del año 2013, correspondientes al Plan de Estudios aprobado por
Resolución C.S. W 313/99, de la carrera de Ingeniería Electrónica.ARTICULO 2°: Regístrese, comuníquese, sáquese copia, tome nota Dirección General de
Administración a sus efectos, pase a conocimiento de Secretarí . Académica y de la
Escuela de Ingeniería Electrónica, cumplido, agréguese a sus antec dentes.-
RESOLUCION No 91/13 - C. D..
L1 i re e( n~·B. () p~::Ta.t.it.ra
I:i:·c:;:i\-· :1 . :t. ~~~-fJ ,/L