Educación a distancia Telecomunicaciones

1 Semana 1

Ingeniería en Sistemas Computacionales Telecomunicaciones

Semana 2.

Unidad 1. Sistemas de comunicación. 1.2 Señales y su clasificación:

1.2.1 Analógicas. 1.2.2 Digitales, 1.2.3 Eléctricas 1.2.4 Ópticas

1.3 Análisis matemático de señales Análisis de Fourier

Telecomunicaciones

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2 Semana 1

Índice

Pág.

Competencia de desarrollar………………………………… 3

Actividades de aprendizaje………………………………… 3

Señales y sus clasificaciones

Señal analógica…………………………………………..

4

Señal digital……………………………………………….

6

Señal Eléctrica……………………………………………

10 Señal óptica……………………………………………… 13

Análisis matemático de series de Fourier…………….. 15

Bibliografia……………………………………………………………….. 16

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Unidad 1: Sistemas de comunicación

Competencia específica a

desarrollar Actividades de Aprendizaje

Identificar y aplicar conceptos

fundamentales de las

telecomunicaciones para analizar y

evaluar sistemas de comunicación.

Aplicar técnicas matemáticas y

herramientas de software para

analizar el comportamiento de las

señales en los dominios del tiempo y

la frecuencia, de diferentes sistemas

de comunicación.

Investigar y analizar los componentes de un

sistema de comunicación para establecer una

analogía con cualquier otro sistema de

comunicación de su interés que le permita

conceptualizar dichos componentes.

Conocer el comportamiento de señales eléctricas y

ópticas, utilizando las series de Fourier o software

de simulación matemática que le permita identificar

las características de dichas señales para efectos

de detectar posibles problemas en la transmisión

de datos.

Investigar los protocolos de comunicación más

comunes, para construir una visión de las prácticas

actuales en el campo.

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Señales y su clasificación

¿

Señal analógica. El término analógico en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello que puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto límite, superior e inferior.

La señal analógica es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal (la señal es continua). Toda señal variable en el tiempo, por complicada que ésta sea, se representa en el ámbito de sus valores (espectro) de frecuencia. De este modo, cualquier señal es susceptible de ser representada descompuesta en su frecuencia fundamental y sus armónicos. El proceso matemático que permite esta descomposición se denomina análisis de Fourier.

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Señal analógica en las comunicaciones.

La utilización de señales analógicas en comunicaciones todavía se mantiene en la transmisión de radio y televisión tanto privada como comercial. Los parámetros que definen un canal de comunicaciones analógicas son el ancho de banda (diferencia entre la máxima y la mínima frecuencia a transmitir) y su potencia media y de cresta.

Ejemplo.

Un ejemplo de señal analógica es la generada por un usuario en el micrófono de su teléfono y que después de sucesivos procesos, es recibida por otro abonado en el altavoz del suyo.

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Señal digital. Una señal digital es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada (pulsos) y las representaciones se realizan en el dominio del tiempo.

Sus parámetros son

Altura de pulso (nivel eléctrico) Duración (ancho de pulso) Frecuencia de repetición (velocidad pulsos por segundo)

El término digital de la misma manera involucra valores de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1) o Bits (BInary DigiTs).

Las señales digitales no se producen en el mundo físico como tales, sino que son creadas por el hombre y tiene una técnica particular de tratamiento, y como dijimos anteriormente, la señal básica es una onda cuadrada, cuya representación se realiza necesariamente en el dominio del tiempo.

Señal digital en las comunicaciones.

En las redes de computadoras, los datos a intercambiar siempre están disponibles en

forma de señal digital. No obstante, para su transmisión podemos optar por la utilización

de señales digitales o analógicas. La elección no será, casi nunca, una decisión del

usuario, sino que vendrá determinada por el medio de transmisión a emplear.

No todos los medios de transmisión permiten señales analógicas ni todos permiten

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señales digitales. Como la naturaleza de nuestros datos será siempre digital, es necesario

un proceso previo que adecue estos datos a la señal a transmitir. A continuación

examinaremos los 2 casos posibles:

Información digital y transmisión de señal digital.

Para obtener la secuencia que compone la señal digital a partir de los datos digitales se

efectúa un proceso denominado codificación. Existen multitud de métodos de codificación,

mencionaremos seguidamente los más usuales.

NRZ (No Return to Zero): Es el método que empleamos para representar la evolución de una señal digital en un cronograma. Cada nivel lógico 0 y 1 toma un valor distinto de tensión.

o

NRZI (No Return to Zero Inverted): La señal no cambia si se transmite un uno, y se invierte si se transmite un cero.

o

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Manchester: Los valores lógicos no se representan como niveles de la señal, sino

como transiciones en mitad de la celda de bit. Un flanco de bajada representa un

cero y un flanco de subida un uno.

Información digital y transmisión de señal analógica.

Al proceso por el cual obtenemos una señal analógica a partir de unos datos digitales se

le denomina modulación. Esta señal la transmitimos y el receptor debe realizar el proceso

contrario, denominado demodulación para recuperar la información. El módem es el

encargado de realizar dicho proceso. Algunos esquemas simples de modulación son:

FSK (Modulación por desplazamiento de la frecuencia): Se modifica la frecuencia de la portadora según el valor de bit a transmitir.

ASK (modulación por desplazamiento de la amplitud): En esta técnica no se

modifica la frecuencia de la portadora sino su amplitud. Los dos valores binarios se representan mediante diferentes niveles de amplitud de esta señal.

PSK (Modulación por desplazamiento de fase): La frecuencia y la amplitud se

mantiene constantes y se varía la fase de la portadora para representar los niveles uno y cero con distintos ángulos de fase.

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Ejemplo.

Las señales digitales provienen de muchos dispositivos. Por ejemplo, marcar un número telefónico produce una de 12 posibilidades señales dependiendo de cual botón se oprime Otros ejemplos incluyen oprimir teclas en un cajero automático bancario o usar un teclado de computadora. Las señales digitales son resultado también de efectuar operaciones de conversación analógico-digitales.

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Señal eléctrica.

Una señal eléctrica es un tipo de señal generada por algún fenómeno electromagnético.

En la mayoría de los casos, las señales (tensiones o corrientes) aplicadas a los circuitos eléctricos pueden encuadrarse dentro de una de las siguientes categorías:

Señales continuas (DC): Se trata de señales de valor medio no nulo con una frecuencia de variación muy lenta, por lo que se pueden considerar como constantes en el tiempo.

Señales alternas (AC): Son señales que cambian de signo periódicamente, de tal forma que su valor medio en una oscilación completa es nulo. El caso más simple es el de una señal sinusoidal.

Señales de alterna superpuestas a un valor de continua: Obviamente, se trata de una superposición de los dos casos anteriores. Al valor medio de la señal se le llama componente continua, mientras que la oscilación recibe el nombre de componente de alterna.

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Estas señales pueden ser analógicas, si varían de forma continua en el tiempo, o digitales si varían de forma discreta (con valores dados como 0 y 1).

Señal eléctrica en las comunicaciones.

A la hora de comunicar aplicaciones que se encuentran en diferentes dispositivos, esta comunicación se ha de realizar mediante hardware, la información se ha de convertir en señales eléctricas (voltajes) ya que el hardware es lo que utiliza. En el estado de reposo de un cable, puede haber un voltaje y tenemos que diferenciar cuando hay y cuando no hay información. Para diferenciar estas situaciones se encapsula la información sale del origen en forma de señal eléctrica y se va encapsulando a medida que viaja hacia el destino como muestra la figura.

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Ejemplo. El oído y un micrófono incorporado a la tarjeta de sonido tienen un funcionamiento similar. Ambos transforman las vibraciones del aire en una señal eléctrica que puede ser comprendida y almacenada por sus respectivos cerebros. Esta señal puede ser guardada, manipulada o reproducida por los medios electrónicos adecuados

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Señal óptica.

La comunicación óptica es cualquier forma de comunicación que utiliza la luz como medio de transmisión

Un sistema óptico de comunicación consiste de un transmisor que codifica el mensaje dentro de una señal óptica, un canal, que transporta la señal a su destino, y un receptor, que reproduce el mensaje desde la señal óptica recibida.

Comunicaciones con señal óptica,

La fibra óptica se emplea como medio de transmisión para las redes de telecomunicaciones, ya que por su flexibilidad los conductores ópticos pueden agruparse formando cables. Las fibras usadas en este campo son de plástico o de vidrio, y algunas veces de los dos tipos. Para usos interurbanos son de vidrio, por la baja atenuación que tienen.

La fibra óptica es un medio de transmisión empleado habitualmente en redes de datos; un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir. El haz de luz queda completamente confinado y se propaga por el interior de la fibra con un ángulo de reflexión por encima del

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ángulo límite de reflexión total, en función de la ley de Snell. La fuente de luz puede ser láser o un LED.

Ejemplo.

Se puede usar como una guía de onda en aplicaciones médicas o industriales en las que es necesario guiar un haz de luz hasta un blanco que no se encuentra en la línea de visión.

La fibra óptica se puede emplear como sensor para medir tensiones, temperatura, presión así como otros parámetros.

Es posible usar latiguillos de fibra junto con lentes para fabricar instrumentos de visualización largos y delgados llamados endoscopios. Los endoscopios se usan en medicina para visualizar objetos a través de un agujero pequeño. Los endoscopios industriales se usan para propósitos similares, como por ejemplo, para inspeccionar el interior de turbinas.

Las fibras ópticas se han empleado también para usos decorativos incluyendo iluminación, árboles de Navidad.

Líneas de abonado Las fibras ópticas son muy usadas en el campo de la iluminación. Para edificios

donde la luz puede ser recogida en la azotea y ser llevada mediante fibra óptica a cualquier parte del edificio.

También es utilizada para trucar el sistema sensorial de los taxis provocando que el taxímetro (algunos le llaman cuentafichas) no marque el costo real del viaje.

Se emplea como componente en la confección del hormigón translúcido, invención creada por el arquitecto húngaro Ron Losonczi, que consiste en una mezcla de hormigón y fibra óptica formando un nuevo material que ofrece la resistencia del hormigón pero adicionalmente, presenta la particularidad de dejar traspasar la luz de par en par.

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Análisis matemático de señales Análisis de Fourier Los fenómenos periódicos han fascinado por mucho tiempo a la humanidad. Nuestros ancestros conocían las recurrencias de las fases de la Luna y de ciertos planetas, las mareas de los lagos y los océanos y los ciclos del agua. El cálculo y la ley de la gravitación de Isaac Newton permitieron explicar la periocidad de las mareas, pero Joseph Fourier y sus sucesores quienes desarrollaron el análisis de fourier que ha tenido aplicaciones mas profundas en el estudio de los fenómenos naturales y en el análisis de señales y datos. Una serie de Fourier es una serie infinita que converge puntualmente a una función continua y periódica. Las series de Fourier constituyen la herramienta matemática básica del análisis de Fourier empleado para analizar funciones periódicas a través de la descomposición de dicha función en una suma infinitesimal de funciones senoidales mucho más simples (como combinación de senos y cosenos con frecuencias enteras).

Aplicación en las telecomunicaciones.

La señal analógica (ej: la voz o cualquier sonido, video) se puede convertir en una serie

de senos y cosenos para así tener una señal digital (ej:pulsos de reloj, unos y ceros).

Algunos piensan que esta conversión nunca se hace, pero así es, esto se hace usando

las series de Fourier.

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Ejemplo.

En un sistema de audio cuando una persona habla (emisor o fuente), cada palabra pasa a

un micrófono (transmisor), éste convierte las señales analógicas en digitales para

transmitirlas por el cable (sistema de comunicaciones) hasta otro aparato que realizará la

conversión contraria (receptor), o sea, toma la señal digital y la convierte en analógica,

esta señal puede pasar a un parlante que cumplirá la función de destino.

Teniendo una función cualquiera que sea continua y cumpla con las condiciones de

Dirichlet, puede ser desarrollada en Series de Fourier.

Bibliografía

Cisco Networking Academy, CCNA Exloration 5.0 Aspectos bàsicos de Networking.

Wikipedia, La enciclopedia libre, colaboradores de Wikipedia. 2012. http://www.tuelectronica.es/tutoriales/telecomunicaciones/senales-

analogicas-y-digitales.html http://neo.lcc.uma.es/evirtual/cdd/tutorial/fisico/Transda.html http://www.wikimatematica.org/index.php?title=Serie_de_Fourier_generaliza

da