PRINCIPIOS BASICOS

DE LAS

TELECOMUNICACIONES

INTRODUCCION Comunicaciones electrnicas es la transmisin,

recepcin y procesamiento de informacin usando

circuitos electrnicos.

La informacin se define como el conocimiento, la

sabidura o la realidad y puede ser en forma

analgica (proporcional o continua) tal como la

voz humana, informacin sobre una imagen de

video o msica, o en forma digital (etapas

discretas), tales como nmeros codificados en

binario, cdigos alfanumricos, smbolos grficos,

cdigos operacionales del microprocesador o

informacin de base de datos

Toda la informacin debe de convertirse a energa

electromagntica, antes de que pueda

propagarse por un sistema de comunicaciones

electrnicas.

Un diagrama a bloques simplificado de un sistema

de comunicaciones electrnicas mostrando la

relacin entre la informacin de la fuente original,

el transmisor, el medio de transmisin (conductor),

el receptor, y la informacin recibida en el destino

es mostrada en la siguiente figura.

Un sistema de comunicaciones electrnicas

consiste de tres secciones primarias:

a) Transmisor

b) Medio de Transmisor

c) Receptor

Transmisor: Convierte la informacin original de la fuente a una forma mas adecuada para la transmisin.

Medio de Transmisin: Proporciona un medio de conexin entre el transmisor y el receptor, esto puede ser: Conductor Metlico, Fibra ptica, Espacio Libre).

Receptor: Convierte la informacin recibida a su forma original y la transfiere a su destino.

La informacin original puede originarse de una variedad de fuentes diferentes y ser de forma analgica o digital.

Cuando se transmite informacin a partir de

muchas fuentes sobre un medio de transmisin

comn, la informacin debe combinarse en una

seal de informacin compuesta sencilla.

El proceso de combinar la informacin en una

seal de informacin compuesta se le llama

multicanalizacin y el proceso de separar la

informacin se le llama desmulticanalizacin.

Existen dos tipos bsicos de sistemas de

comunicaciones electrnicas:

a) Analgicas

b) Digitales

Sistema de Comunicacin Analgico: Sistema en el

cual la energa electromagntica se transmite y

recibe en forma analgica (una seal variando

continuamente tal como una onda senoidal). Los

sistemas de radio comerciales emiten seales

analgicas.

Sistema de Comunicacin Digital: Sistema en el

cual la energa electromagntica se transmite y

recibe en forma digital (niveles discretos tal como

+5V y tierra).

Los sistemas binarios utilizan seales digitales que

solo tienen dos niveles discretos.

MODULACIN/DEMODULACIN Con las comunicaciones de radio, es necesario

superponer una seal de inteligencia de

frecuencia relativamente baja a una seal de

frecuencia relativamente alta para la transmisin.

En los sistemas de comunicaciones electrnicas

analgicas, la informacin de la fuente (seal de

informacin) acta sobre o modula una seal

senoidal de frecuencia sencilla.

Modular simplemente significa variar, cambiar o

regular.

La informacin de la fuente de frecuencia

relativamente baja se llama seal de modulacin,

la seal de frecuencia relativamente alta, sobre la

cual se acta (modulada) se llama la portadora, y

la seal de frecuencia resultante se llama la onda

modulada o seal.

Con los sistemas de comunicaciones analgicas, la

modulacin es el proceso de variar o cambiar

alguna propiedad de una portadora analgica de

acuerdo con la informacin original de la fuente.

La demodulacin es el proceso de convertir los

cambios en la portadora analgica a la

informacin original de la fuente.

La modulacin se realiza en el transmisor, en el

circuito llamado modulador, y la demodulacin se

realiza en el receptor, en el circuito llamado

demodulador.

La seal de informacin que modula la portadora

principal se llama seal de banda base o

simplemente banda base.

Las seales de banda base se convierten en

frecuencia alta en el transmisor y se convierten en

frecuencia baja en el receptor. La traslacin de

frecuencia es el proceso de convertir una

frecuencia sencilla o una banda de frecuencia a

otra ubicacin en el espectro de la frecuencia

total.

El termino canal es comnmente utilizado cuando se refiere a una banda especifica de frecuencias distribuidas, para un servicio en particular o transmisin.

Por ejemplo: un canal estndar de banda de frecuencia para voz ocupa un AB de 3KHz y se utiliza para la transmisin de seales de voz de calidad.

Un canal de RF se refiere a una banda de frecuencia usadas para propagar seales de radiofrecuencia, tal como un canal sencillo y comercial de emisin FM que ocupa aproximadamente, una banda de frecuencias de 200KHz dentro de la banda total de 88 a 108MHz.

La expresin general para una onda senoidal

variante con el tiempo de voltaje, tal como una

portadora analgica se expresa como:

Tres propiedades de una onda senoidal pueden ser

variadas:

a) Amplitud (Amplitud Modulada AM)

b) Frecuencia (Frecuencia Modulada FM)

c) Fase (Fase Modulada PM)

Diagrama a bloques simplificado de un sistema de

comunicaciones que muestra la relacin entre la

seal de modulacin (informacin), la seal

modulada (portadora), onda modulada

(resultante) y el ruido del sistema.

Porque es necesario Modular?

a) Es extremadamente difcil radiar seales a

frecuencias bajas por la atmosfera de la tierra

en forma de energa electromagntica.

b) Las seales de informacin frecuentemente

ocupan la misma banda de frecuencia y, si son

transmitidas en su forma original, interferirn.

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO El propsito de un sistema de comunicaciones

electrnica es comunicar informacin entre dos o

mas ubicaciones. Esto se logra convirtiendo la

informacin de la fuente original a energa

electromagntica y despus transmitiendo la

energa a uno o mas destinos, en donde se

convierte de nuevo a su forma original.

La energa electromagntica puede propagarse en

varios modos:

a) Voltaje/Corriente cable metlico.

b) Ondas de radio emitidas por el espacio libre

c) Ondas de Luz por F.O.

El espectro de frecuencias electromagnticas total que muestra las localizaciones aproximadas de varios servicios dentro de la banda se muestra:

El espectro de frecuencia se extiende desdelas frecuencias subsnicas a los rayos csmicos. Cada banda de frecuencia tiene una caracterstica nica que la hace diferente de las otras bandas.

Cuando se trata de ondas de radio, es comn usar

las unidades de la longitud de onda en vez de la

frecuencia.

La longitud de onda es la longitud que un ciclo de

una onda electromagntica ocupa en el espacio

(es decir, la distancia entre los puntos semejantes

en una onda repetitiva).

La longitud de onda es inversamente proporcional

a la frecuencia de la onda y directamente

proporcional a la velocidad de propagacin.

La relacin entre la frecuencia, velocidad y

longitud de onda se expresa matemticamente

como:

Ejemplo: Determine la longitud de onda para las

siguentes frecuencias: (a)1KHz, (b) 100KHz y (c)

10MHz.

FRECUENCIA DE TRANSMISIN El espectro total de la frecuencia electromagntica

esta dividido en subsectores o bandas. Cada

banda tiene un nombre y limites.

Por ejemplo, la banda de radiodifusin de FM

comercial se extiende de 88 a 108MHz.

La divisin general del espectro de frecuencia

totalmente utilizable se decide en las Convenciones

Internacionales de Telecomunicaciones, las cuales

son realizadas aproximadamente cada 10 aos.

El espectro de frecuencias de radio (RF) totalmente

utilizable se divide en bandas de frecuencia mas

angosto, las cuales son asignadas con nombres

descriptivos y nmeros de banda.

Varias de las bandas se dividen en diversos tipos de

servicios, tales como una bsqueda a bordo de un

barco, microondas, satlites, bsqueda mvil

basado en tierra, navegacin de barco,

aproximacin de aeronaves, deteccin de

superficie de aeropuerto, clima desde aeronaves,

telfono mvil y mucho mas.

ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD

DE INFORMACIN

Las dos limitaciones mas significativas en el

funcionamiento del sistema de comunicaciones son:

a) Ruido

b) AB

El AB de banda de un sistema de comunicaciones

es la banda de paso mnima (rango de frecuencia)

requerida para propagar la informacin de la

fuente a travs del sistema.

La capacidad de informacin de un sistema de

comunicaciones es una medida de cuanta

informacin de la fuente puede transportarse pro el

sistema, en un periodo dado de tiempo.

La cantidad de informacin que puede

propagarse a travs de un sistema de transmisin es

un funcin del AB del sistema y el tiempo de

transmisin.

La relacin entre el AB, tiempo de transmisin y capacidad de informacin, segn la ley de Hartley es:

Se requiere aproximadamente 3KHz de AB para transmitir seales telefnicas con calidad de voz. Se requieren mas de 200KHz de AB para la transmisin de FM comercial de msica de alta fidelidad y se requieren de 6MHz de AB para las seales de televisin con una calidad de radio fusin.

MODOS DE TRANSMISIN Los sistemas de comunicaciones electrnicas pueden disearse para manejar la transmisin solamente en una direccin, en ambas direcciones pero solo uno a la vez, o en ambas direcciones al mismo tiempo.

Estos sistemas se llaman modos de transmisin, siendo:

a) Simplex

b) Half Duplex

c) Full Duplex

d) Full/Full - Duplex

SIMPLEX (SX) Las trasmisiones pueden ocurrir solo en una

direccin, los sistemas simplex son, algunas veces,

llamados sistemas de un sentido, solo para recibir o

solo para transmitir. Una ubicacin puede ser un

transmisor o un receptor, pero no ambos.

HALF DUPLEX (HDX) Las transmisiones pueden ocurrir en ambas

direcciones, pero no al mismo tiempo. A los sistemas

half-duplex, algunas veces se les llaman sistemas

con alternativa de dos sentidos, cualquier sentido, o cambio y fuera. Una ubicacin puede ser un

transmisor y un receptor, pero no los dos al mismo

tiempo.

FULL DUPLEX (FDX) Las transmisiones pueden ocurrir en ambas

direcciones al mismo tiempo. A los sistemas de full-

duplex algunas veces se les llama lneas simultanea

de doble sentido, duplex o de ambos sentidos. Una

ubicacin puede transmitir y recibir

simultneamente; sin embargo, la estacin a la que

esta transmitiendo tambin debes ser la estacin de

la cual esta recibiendo.

FULL/FULL DUPLEX (F/FDX) Es posible transmitir y recibir simultneamente, pero

no necesariamente entre las mismas dos

ubicaciones (es decir, una estacin puede transmitir

a una segunda estacin y recibir de una tercera

estacin al mismo tiempo). Las transmisiones F/FDX

se utilizan casi exclusivamente con circuitos de

comunicaciones de datos.

ARREGLOS DE CIRCUITOS Los circuitos de comunicaciones electrnicas

pueden configurarse de varias maneras, a estas

configuraciones se les llama arreglos de circuitos,

pueden ser:

a) Transmisin a dos hilos

b) Transmisin a cuatro hilos

TRANSMISIONES CON DOS HILOS

La transmisin a dos hilos contiene dos cables (uno

para la seal y uno para la referencia o tierra fsica),

o una configuracin de circuito que es equivalente

a solo dos cables.

Los circuitos a dos hilos son idealmente adecuados

para la transmisin simplex, aunque puede usarse

para la transmisin de half-duplex y full duplex.

TRANSMISIONES A CUATRO HILOS Las transmisiones a cuatro hilos consiste de cuatro

cables. Los circuitos de cuatro hilos estn

idealmente hechos para la transmisin full-duplex.

Un circuito de cuatro hilos equivale a dos circuitos

de dos hilos, uno para cada direccin de

transmisin. Con operacin a cuatro hilos, el

transmisor en una ubicacin se conecta a travs de

un medio de transmisin al receptor en la otra

ubicacin y viceversa, de este modo, los

transmisores y receptores en cierta ubicacin se

pueden operar completamente independiente uno

del otro.

Ventajas de las transmisiones a cuatro hilos:

a) Son considerados menos ruidosos

a) Proporcionan mas aislamiento entre las dos

direcciones de transmisin cuando se utiliza una

operacin ya sea de Half-Duplex o Full Dupex.

HIBRIDOS Y SUPRESORES DE ECO

Cuando un circuito de dos hilos se conecta a un

circuito de cuatro hilos, como en una llamada

telefnica de larga distancia, un circuito de

interface llamado hibrido o conjunto terminante se

utiliza para lograr el afecto de la interface.

El conjunto hibrido se usa para igualar impedancias

y lograr aislamiento entre las dos direcciones del

flujo de seal.

La bobina hibrida compensa las variaciones de

impedancia en la porcin de dos hilos del circuito.

Los amplificadores y atenuadores ajustan los voltajes

de la seal a los niveles requeridos, y los

ecualizadores compensan los deterioros en la lnea

de transmisin que afectan la respuesta a la

frecuencia de la seal transmitida, tal como la

induccin de lnea, capacitancia y resistencia.

Si la impedancias de la lnea de dos hilos y la red

balancea no son acoplados, los voltajes inducidos

en los secundarios de la bobina hibrida no se

cancelaran completamente.

Este desbalanceo ocasiona que una parte de la

seal recibida sea regresada al emisor en la porcin

O-E del circuito de cuatro hilos.

La parte regresada de la seal ser escuchada

como un ECO por el que habla y, si el retardo del

viaje redondo de esta seal excede

aproximadamente 45ms, el eco puede ser muy

irritante.

Para eliminar el eco, los aparatos llamados supresores de eco se insertan en un lado del circuito de cuatro hilos.

Los portadores comunes de larga distancia, normalmente colocan supresores de eco en circuitos de cuatro hilos que exceden 1500 millas elctricas de longitud.

ANALISIS DE SEALES Cuando se disea los circuitos para

comunicaciones electrnicas, frecuentemente es

necesario analizar y predecir el funcionamiento del

circuito basndose en la distribucin de potencia y

composicin de frecuencia de la seal de

informacin.

Aunque todas las seales en las comunicaciones

electrnicas no son ondas senoidales con una

frecuencia sencilla o una onda cosenoidales,

muchas si lo son, y las seales que no lo son se

pueden representar por una serie de funciones seno

o coseno.

SEALES SENOIDALES El anlisis de seales es el anlisis matemtico de la

frecuencia, el ancho de banda y el nivel de voltaje

de una seal.

La seales elctricas son variaciones de voltaje (o

corriente) con respecto al tiempo que pueden

representarse por una serie de onda seno o coseno.

La forma de onda de un voltaje de frecuencia

sencilla de voltaje o de una corriente es:

Si una funcin seno o coseno se usa para

representar una seal, esto es totalmente de

manera arbitraria y depende de cual fue elegida

como referencia.

De este modo debe observarse que:

Forma de onda repetitiva de frecuencia sencilla.

Una forma de onda se llama onda peridica

porque se repite en un rango uniforme (es decir,

cada ciclo sucesivo de la seal tiene exactamente

la misma duracin de tiempo y exactamente las

mismas variaciones de amplitud que cualquier otro

ciclo, cada ciclo tiene exactamente la misma

forma)

Las ondas peridicas pueden analizarse ya sea en el

dominio del tiempo o en el dominio de la

frecuencia. Cuando se analiza el funcionamiento

de un sistema es frecuentemente necesario

cambiar del dominio de tiempo al dominio de la

frecuencia.

DOMINIO DEL TIEMPO Un osciloscopio estndar es un instrumento de

dominio del tiempo. La pantalla en el tubo de rayos

catdicos CRT despliega una representacin de

una amplitud contra el tiempo de la seal de

entrada y se le suele llamar una forma de onda de

una seal.

Una forma de onda de una seal muestra la forma y

la magnitud instantnea de la seal, con respecto

al tiempo, pero no necesariamente indica su

contenido de frecuencia.

DOMINIO DE LA FRECUENCIA Un analizador de espectro es un instrumento de

dominio de la frecuencia. Ninguna forma de onda

se muestra en el CRT, se muestra una grafica de la

amplitud contra la frecuencia (esto se llama un

espectro de frecuencia).

ONDAS PERIODICAS NO

SENOIDALES (ONDAS COMPLEJAS)

Cualquier forma de onda repetitiva que consiste de

mas de una onda seno o coseno es una onda no

senoidal u onda peridica compleja. Para analizar

una forma de onda peridica compleja, es

necesario utilizar las series de Fourier.

SERIES DE FOURIER Se usan en el anlisis de seales para representar a

los componentes senoidal de una forma de onda

peridica no senoidal (es decir, cambiar una seal

en el dominio del tiempo a una seal en el dominio

de la frecuencia). Matemticamente:

La forma de onda f(t) consiste de un valor promedio

(cd) (Ao), una serie de frecuencias coseno, en las

cuales cada termino sucesivo tiene una frecuencia

que es un mltiplo entero de la frecuencia del

primer termino coseno en la serie, y una serie de

funciones seno en las cuales cada termino sucesivo

tiene una frecuencia que es un mltiplo entero de la

frecuencia del primer termino seno en la serie.

Una forma de onda peridica consiste de una componente promedio y una serie de armnicas de ondas seno y coseno relacionadas.

Una armnica es un mltiplo entero de la frecuencia fundamental.

La frecuencia fundamental es la primera armnica y es igual a la frecuencia (rango de repeticin) de la forma de onda.

El segundo mltiplo de la frecuencia fundamental se llama la segunda armnica, el tercer mltiplo la tercera armnica, etc.

La frecuencia fundamental es la mnima cantidad

de frecuencia necesaria para representar una

forma de onda, puede representarse como:

SIMETRIA DE LA ONDA La simetra de la onda describe la simetra de una

onda en el dominio del tiempo, es decir, su posicin

relativa con respecto a los ejes horizontales (tiempo)

y verticales (amplitud. Los tipos de simetra pueden

ser:

a) Simetra par

b) Simetra impar

c) Simetra de media onda

SIMETRIA PAR Si una forma de onda con voltajes peridicos es

simtrica en el eje vertical (amplitud), se dice que

tiene simetra axial o de espejo y se llama una

funcin par.

Para todas las funciones pares, los coeficientes de B

en la ecuacin anterior son ceros. Las funciones

pares satisfacen la condicin:

SIMETRIA IMPAR Si una forma de onda de voltaje peridico es

simtrica sobre la lnea a la mitad de los ejes

verticales y horizontales negativos (es decir, los ejes

en el segundo cuadrante y cuarto cuadrante) y

pasa por el origen de la coordenada, se dice que

tiene una simetra de punto u oblicua y se llama

funcin impar. Para todas las funciones impares los

coeficientes A son cero.

Esta forma debe reflejarse primero en el eje Y y

despus en el eje X por superposicin, por lo tanto:

SIMETRIA DE MEDIA ONDA Si una forma de onda de voltaje peridica es tal

que la forma de onda para la primera mitad de

ciclo (t=0 a t=T/2) se repite a si misma, excepto con

el signo opuesto para la segunda mitad del ciclo

(t=T/2 a t=T) se dice que tiene simetra de media

onda.

Para todas las formas de onda con simetra de

media onda, la armnica pares en la serie para los

trminos seno y coseno son cero.

Una forma de onda puede tener media onda as

como simetria par o impar al mismo tiempo, lo

coeficientes A0, B1a Bn y A1 a An pueden evaluarse

usando las siguientes integrales:

La siguiente tabla es un resumen de la serie de

Fourier para varias de las formas de ondas

peridicas no senoidales mas comunes:

Ejemplo.

Para el tren de ondas cuadradas mostradas en la

siguiente figura:

Determine:

a) Las amplitudes picos y las frecuencias de la

primeras cinco armnicas impares.

b) Dibuje el espectro de frecuencias.

c) Calcule el voltaje instantneo total para varios

tiempos y trace la forma de onda en el dominio

del tiempo.