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Telecomunicaciones IIntroduccinSemestre I 2015Profesor: Ing. Martin A. Nombera Lossio

Conceptos generalesImaginemos cmo sera nuestra vida diaria sin:

Celulares Internet T.V. Telfono Radio Satlites

Cmo nos comunicaramos a distancia?

Conceptos generales

A los que nacimos en la

Era de la Informacin

nos resulta difcil imaginarun mundo sin las telecomunicaciones

Perspectiva Histrica

En la antigedad el nico sistema de comunicacin a distancia fue el basado en mensajeros, fortalecido con las estaciones de conmutacin o relevo.

Cuando el tiempo era apremiante y las distancias no tan largas se buscaron alternativas ms rpidas como las seales de luz de humo o de sonido.

Perspectiva HistricaPrimeros dispositivos de telecomunicaciones:

Esquilo (525-456 a. C.), en su tragedia Agamenn, relata cmo alrededor del ao 1000 a. C. se estableci un sistema de comunicacin ptica entre Troya y Argos, que contaba con estaciones repetidoras, y lograba cubrir en una noche una distancia de ms de 500 km (en mar y tierra).

Como en aquella poca se usaban antorchas como emisores de luz, el sistema era mucho ms efectivo de noche que de da.

Perspectiva HistricaPrimeros dispositivos de telecomunicaciones:

Polibio (204-122 a. c.) Describe un mtodo sncrono para transmitir letras del alfabeto de una isla a otra basado en seales de luz para sincronizar la apertura y cierre de los orificios del transmisor y del receptor.

Perspectiva HistricaDurante largo tiempo el correo fue la nica forma de comunicacin a gran distancia, incorporando las mejoras que iban ofreciendo los nuevos adelantos tecnolgicos: del caballo se pas a los barcos y los ferrocarriles, despus a los automviles y por ltimo a los aviones.

Fue necesario el descubrimiento de fenmenos elementales de la fsica, tales como la electricidad y el magnetismo, para que surgiera una competencia real para el sistema postal

Perspectiva HistricaLas Comunicaciones Electrnicas

1865: El primer avance fue de tipo terico, James Clerk Maxwell predice con sus ecuaciones que la energa electromagntica puede viajar por el espacio libre en forma de ondas o radiacin en forma similar a como lo hace la luz.

1888: Heinrich Hertz comprueba en forma experimental las ecuaciones de Maxwell

Perspectiva HistricaLas Comunicaciones Electrnicas

1892: E. Branly desarroll el primer detector de radiacin electromagntica basado en un coherer

Perspectiva HistricaEl telgrafo.1833: Samuel Morse desarroll un sistema de transmisin de pulsos a travs de lneas de transmisin. Morse tendi una lnea telegrfica entre Washington D.C. y Baltimore (ms de 100Km)

Perspectiva HistricaEl telfono.

1855: Antonio Meucci une dos habitaciones mediante una lnea de voz usando guas de ondas acsticas.

1876: Alexander Graham Bell y su asistente Thomas Watson transmitieron una conversacin humana usando cables metlicos como medio de transmisin.

Perspectiva HistricaLas comunicaciones inalmbricas:

1894: Guglielmo Marconi logr la primera transmisin telegrfica inalmbrica, usando seales de radio a una distancia de de Milla.


1899: Marconi enva el primer mensaje a travs del Canal de la Mancha, de Francia a Dover, Inglaterra.

1901: Marconi hace posible las primeras seales atravesando el Oceno Atlntico.

1906: Reginal Fessenden usa el principio heterodino para la primera transmisin de audio de la historia

1918: Edwin H. Armstrong inventa el superheterodino. Base de las radiocomunicaciones actuales.


1908: Lee de Forest inventa el trodo de tubo de vaco (bulbo) basado en el efecto termoinico descubierto por Edison, el cual permite la primera amplificacin prctica de seales electrnicas as como la modulacin. As nace la Electrnica.

1951: William Bradford Shockley inventa el transistor, el cual hace el mismo trabajo que el trodo, pero con un consumo de potencia miles de veces menor.

Perspectiva HistricaEl Trodo: El Primer Transistor:

Perspectiva HistricaLa Radio

El trodo hace posible la modulacin de amplitud (AM) y con ello las transmisiones regulares de radio.

1920: Comienzan las primeras transmisiones de radio en AM comercial en Detroit y Pittsburgh.

1933: Edwin H. Armstrong inventa la Frecuencia Modulada (FM), comenzando la emisin comercial en FM en 1936.

Perspectiva HistricaLa Televisin

1897: Ferdinand Braun inventa el tubo de rayos catdicos y el osciloscopio.

1923: Vladimir Zworykin desarrolla el iconoscopio, el primer tubo de cmara basado en las propiedades electropticas del selenio, el cual vara su resistencia dependiendo de la luz que recibe (slo hasta 1990 es sustituido por los sensores de semiconductor).

Perspectiva HistricaLa Televisin

1926: John Logie Baird realiza la primera demostracin pblica de transmisin de imgenes de TV en su laboratorio en Londres.

1937: Se comercializan receptores de TV en Inglaterra.

1941: Guillermo Gonzlez Camarena patenta en el primer sistema de TV en color.

Conceptos generalesLos conceptos en que se basan las telecomunicaciones no han cambiado mucho desde sus inicios.

Son los mtodos y la tecnologa a travs de la cual estos conceptos se implementan los que han sufrido cambios dramticos y sorprendentes generando los avances actuales que van desde las comunicaciones por satlite a la telefona celular, pasando por el internet, la televisin digital, el videotelfono, el GPS, etc.

Conceptos generalesQu se entiende por Comunicaciones Electrnicas ?

Transmisin,

Recepcin y

Procesamiento

de informacin mediante circuitos electrnicos

Conceptos generalesQu es Informacin?

Conjunto organizado de datos que contienen algn conocimiento (mensaje) o representacin de algn aspecto de la realidad o la imaginacin en la forma de:

Sonido Imagen Smbolos Cdigos

Conceptos generalesMensaje:

Todo mensaje o informacin debe ser convertida a energa electromagntica para poder ser transmitida mediante dispositivos electrnicos.

El proceso de convertir la informacin de su forma original a su forma transmitible es un tipo de codificacin.A su vez en la recepcin el mensaje debe ser reconvertido a su forma original (decodificacin)

Conceptos generalesSistema de transmisin

Unidireccional:

Conceptos generalesSistema de transmisin

Bidireccional:

Conceptos generalesMulticanalizacin

Proceso de combinar varios mensajes provenientes de diversas fuentes para ser enviados compartiendo un solo medio de transmisin.

Al proceso de separar la informacin se le llama desmulticanalizacin.Transmisor 1receptorMedio de transmisinTransmisor 2Transmisor n. . .

Conceptos generalesSistema de Comunicaciones Analgico

En estos sistemas la energa electromagntica se transmite en forma de seal analgica. (una seal analgica es una seal continua, por ejemplo una senoide)

Conceptos generalesSistema de Comunicaciones Digital

En estos sistemas la energa electromagntica se transmite en forma de seal digital. (Una seal digital es una seal discontinua que normalmente toma slo dos posibles valores, por ejemplo un tren de pulsos como el de la figura)

Conceptos generales

Los sistemas de comunicacin analgicos fueron los primeros en desarrollarse

Los sistemas de comunicacin digitales son ms complejos pero ms confiables.

Con el tiempo los sistemas digitales han ido reemplazando a los analgicos, los cuales probablemente desaparezcan en un futuro.

Modulacin y demodulacin

Las seales de baja frecuencia (menos de 500 Khz) son difciles de transmitir en forma de seales electromagnticas.

Las antenas requeridas son de tamao proporcional a la longitud de onda (inversamente proporcional a la frecuencia).

El rango de frecuencias de las seales a transmitir se traslapa y por lo tanto se interfieren: por ejemplo (seales de voz, de msica, de mediciones, comparten el rango de 0 a 15 Khz)


La Modulacin permite montar la informacin (de baja frecuencia) a transmitir sobre una seal de alta frecuencia que es ms facil de radiar.

A la seal a transmitir se le llama seal de modulacin, modulante o seal de banda base y a la seal modulada de alta frecuencia se le llama portadora.

Al proceso inverso de separar la seal de modulacin de la portadora a partir de la seal modulada se le llama Demodulacin.


Ejemplo: Modulacin de Amplitud (AM)


Ejemplo: Modulacin de Frecuencia (FM)

Modulacin y demodulacinSistema de TelecomunicacionesSeal modulanteInformacin recibidaModuladorDemoduladorPortadoraOnda moduladaRuidoAmplificadorTransmisorReceptor

El espectro electromagntico

La energa electromagntica puede viajar a la velocidad de la luz: como ondas de radio por el aire o por el vaco, como corriente elctrica a travs de un cable metlico, como luz a travs de fibras pticas

El sonido no es propiamente energa electromagntica sino ms bien variaciones de presin, por lo tanto su velocidad de propagacin depende enormemente del medio de transmisin.

El espectro electromagnticoLa energa electromagntica se presenta en un rango de frecuencias casi infinito denominado espectro de frecuencias o espectro electromagntico. El espectro electromagntico se divide en dos grandes partes:

Ondas materiales

Ondas electromagnticas


Tipo de OndaSubtipo de ondaFrecuencia (Hertz)Ondas MaterialesInfrasonidoSonidoUltrasonido0 8 8 - 30x10330x103 - 20x106Ondas ElectromagnticasOndas de Radio (RF)0 - 1x109Microondas1x109 - 3x1012InfrarrojoLuz visibleUltravioleta3x1012 - 4.6x1014 4.6x1014 7.5x10147.5x1014 - 6x1016Rayos x6x1016 - 1x1020Rayos Gamma1x1020 -

El espectro electromagnticoOndas materiales: Se propagan por vibraciones de la materia (slida, lquida o gaseosa). Incluyen: Infrasonido (debajo de los 8 Hz) Producido por algunos animales como los elefantes

Sonido (entre 8 y 30 Khz). Por ejemplo voz humana (hasta 4 Khz), msica, seales telefnicas, etc.

Ultrasonido: (de los 30 Khz a los 20 Mhz). Se usa en la inspeccin de la calidad de soldaduras, medicin de distancia, aplicaciones mdicas, etc.


Ondas electromagnticas: Se generan debido a la variacin de un campo electromagntico, y no requieren ningn tipo de soporte material para su propagacin, por ejemplo:

Ondas de radio (o Hertzianas), Microondas, Ondas luminosas (luz), Rayos X , Rayos gamma.


Las ondas de radio (RF): De 0 a 109 Hz, se usan en los sistemas de radio y televisin y se generan mediante circuitos oscilantes.

Las ondas de radio y las microondas son tiles por que pueden penetrar las nubes, la niebla y las paredes.

Estas son las frecuencias que se usan para las comunicaciones va satlite y entre telfonos mviles.

El espectro electromagnticoLas microondas: Se generan mediante dispositivos electrnicos. Se usan en el radar y otros sistemas de comunicacin, as como en el anlisis de detalles muy finos de la estructura atmica y molecular.

La radiacin infrarroja: Se subdivide en tres regiones, infrarrojo lejano, medio y cercano. Los cuerpos calientes producen radiacin infrarroja y tienen aplicaciones en la industria, medicina, astronoma, control remoto, etc.

El espectro electromagnticoLa luz visible: Es una regin muy estrecha pero importante, ya que nuestra retina es sensible a las radiaciones de estas frecuencias. Se subdivide en seis intervalos: Los colores bsicos (rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta).

El espectro electromagnticoRadiacin ultravioleta:

Los tomos y molculas sometidos a descargas elctricas producen este tipo de radiacin. Es la componente principal de la radiacin solar.

La energa de la radiacin ultravioleta es del orden de la energa de activacin de muchas reacciones qumicas entre el oxgeno y el ozono, por ello su energa es absorbida por la capa de ozono generando una gran cantidad de iones (ionsfera).

El espectro electromagnticoRayos X:

Si se aceleran electrones y luego, se hacen chocar con una placa metlica, la radiacin de frenado produce rayos X. Los rayos X se han utilizado en medicina desde el mismo momento en que los descubri Rntgen debido a que los huesos absorben mucho ms radiacin que los tejidos blandos. Debido a la gran energa de los fotones de los rayos X son muy peligrosos para los organismos vivos.

El espectro electromagnticoRayos gamma

Se producen en los procesos nucleares, por ejemplo, en la desintegracin de sustancias radioactivas.

Es tambin un componente de la radiacin csmica y tienen especial inters en astrofsica. La enorme energa de los fotones gamma los hace especialmente tiles para destruir clulas cancerosas. Pero son tambin peligrosos para los tejidos sanos por lo que la manipulacin de rayos gamma requiere de un buen blindaje de proteccin.

El espectro electromagnticoEl espectro electromagntico se suele representar en una recta de frecuencia como en la figura:

El espectro electromagnticoLa relacin: donde:

l es la longitud de la onda, v es la velocidad de propagacin (200,000km/seg), f es la frecuencia de la seal, permite expresar el espectro en trminos de la longitud de onda:

El espectro electromagnticoO bien:

El espectro electromagnticoResumen:

Frecuencias de transmisinEl espectro electromagntico se divide en sectores o bandas de frecuencia. Cada banda tiene su nombre y sus lmites.

El uso de las diferentes bandas para la transmisin es regulada por organismos de gobierno:

La Comisin Federal de Telecomunicaciones (COFETEL) en Mxico

La Federal Communications Comision (FCC) en los EUA.

Frecuencias de transmisinExisten tambin acuerdos internacionales: Cada 10 aos se realizan las Convenciones Internacionales de Telecomunicaciones.

El espectro de Radio Frecuencia se ha dividido en bandas designadas con nombres especficos por el CCIR (Comit Consultivo Internacional de Radio). Se muestra en la siguiente tabla

Frecuencias de transmisin

NombreNo. De bandaAbreviaturaFrecuenciasExtremely low frequency2ELF3-30 HzVoice Frequency3VF0.3-3 KhzVery low frequency4VLF330 kHzLow frequency5LF30300 kHzMedium frequency6MF3003000 kHzHigh frequency7HF330 MHzVery high frequency8VHF30300 MHzUltra high frequency9UHF3003000 MHzSuper high frequency10SHF3-30 GHzExtremely high frequency11EHF30-300 GHz

Frecuencias de transmisin

* THz=TeraHertz = 1012 Hz, PHz=PetaHertz=1015 Hz, EHz=ExaHertz=1018 Hz.

NombreNo. De bandaFrecuenciasInfrarrojo120.3-3 THzInfrarrojo133-30 THzInfrarrojo1430-300 THzLuz visible150.3-3 PHzUltravioleta163-30 PHzRayos X1730-300 PHzRayos Gamma180.3-3 EHzRayos Csmicos193-30 EHz

Frecuencias de transmisinVarias de estas bandas se dividen en diversos tipos de servicios como:Microondas terrestres.Microondas satelitales.Navegacin martima.Deteccin de sup. de aeropuertoComunicaciones Personales Inalmbricas MvilesClima desde aeronavesAproximacin de aeronavesBsqueda mvil basada en tierraRadionavegacin AeronuticaMvil Martimo.Mvil Aeronutico.Mvil Terreste (Telfono mvil).Mvil por Satlite.Radioastronoma.Radiolocalizacin.Operaciones espaciales.Investigacin Espacial.Exploracin de la Tierra por Satlite. Entre Satlites.Radiodifusin Sonora.Radiodifusin de T.V.Ayudas a la Meteorologa.Aficionados.Frecuencias Patrn y Seales Horarias. Radiodifusin por SatliteFijo por Satlite.

Frecuencias de transmisinAlgunos Servicios :

Frecuencia:Servicio:800 MHzCelular, CDMA banda A (potencia 1, 0.5 y 3W)900 MHzTelfonos inalmbricos de casa (baja potencia)530 a 1700KHzBanda de radio AM88 a 108MHzBanda de radio FM

Clasificacin de TransmisoresLos Transmisores se clasifican de acuerdo a: Ancho de banda (rango de frecuencia) Tipo de modulacin:De amplitud, de frecuencia, de fase, de pulsos, no modulada. Tipo de seal:Analgica, digital o ambas Tipo de informacin que transmitenTelegrafa, Facsmil. Telemetra, Telefona, Radiodifusin de sonido, Radiodifusin de video.

Ancho de bandaEl Ancho de Banda (B) de un sistema de comunicaciones es el rango de frecuencias requerido para propagar la informacin de la fuente.

Este debe ser lo suficientemente ancho para pasar todas las frecuencias importantes de la informacin:InformacinAncho de Banda

Ancho de bandaPor ejemplo, para transmitir seales telefnicas de voz con buena calidad se requiere un ancho de banda mnimo de 3 KHz.

Para transmitir seales de msica de alta fidelidad por radio comercial FM se requieren 200 Khz de ancho de banda.

Para seales de TV se requiere un acho de banda de casi 6 Mhz.

Capacidad de informacinLa capacidad de informacin (I) de un sistema de comunicaciones es una medida de la cantidad de informacin que el sistema puede transportar en un periodo dado de tiempo.

R. Hartley defini este concepto en 1920: I a B tEs decir, I es proporcional al ancho de banda (B) y al tiempo transcurrido (t).

Modos de transmisinLos sistemas de comunicaciones pueden disearse para transmitir informacin en una sola direccin, o en ambas direcciones:

Simplex (SX): Transmite en un solo sentido.

Half Duplex (HDX): Transmite en ambas direcciones, pero no al mismo tiempoEjemplo: radio de banda civil

Modos de transmisin

Full Duplex (FDX): Transmite y recibe al mismo tiempoEjemplo: Los sistemas telefnicos

Full/Full Duplex (F/FDX): Transmite y recibe al mismo tiempo, pero no necesariamente de la misma estacin a la que transmite.