¿Qué es la comunicación? Comunicar es esencialmente transmitir una información desde un punto a otro a través de una sucesión de procesos. Ej: Telefonía, Telegrafía, Radio, Televisión, el habla, etc. Procesos: Generación (abstracta), Descripción (símbolos), Codificación (adecuación al medio), Transmisión, Decodificación, y Regeneración de Información.
Elementos de un sistema de comunicación Transmisor: Adecúa el mensaje de la fuente al medio de transmisión. Canal: es el medio de transmisión, en general no perfecto. Introduce degradación (distorsión, interferencia, ruido) Receptor: Opera sobre la señal recibida para reconstruir el mensaje y entregarlo al usuario de destino.
Elementos de un sistema de comunicación (Gp:) Fuente de Información (Gp:) Usuario de información (Gp:) Tx (Gp:) Rx (Gp:) Canal (Gp:) Sistema de comunicaciones
Modelo de un sistema de Comunicaciones Digitales
Procesos en un sistema digital de comunicaciones Generación de señal mensaje en la Fuente de Información Codificación de Fuente: elimina información redundante Codificación de Canal: adiciona información adecuada Modulación: adaptación al canal de transmisión Transmisión a través del canal Demodulación: recuperación de versión ruidosa de la señal original Decodificación de Canal: eliminar perturbaciones y estimar (recuperar) la señal original Decodificación de Fuente: añadir información redundante necesaria para su reinterpretación por el nuevo dispositivo de recepción Entrega de la señal mensaje estimada al Usuario Destino
Procesamiento de la señal en un sistema de comunicaciones digitales Formato: transforma la información de la fuente en símbolos digitales Codificación de Fuente: produce conversión A/D en caso de fuentes análogas y remueve la información redundante o innecesaria. Encripción: evita que el mensaje sea entendido por usuarios no autorizados y previene que se introduzcan falsos mensajes. Codificación de canal: puede reducir la probabilidad de error o los requerimientos de SNR a expensas del ancho de banda o complejidad en el decodificador.
Procesamiento de la señal en un sistema de comunicaciones digitales Procedimientos de Multiplexación y Acceso Múltiple: combinan señales que pueden tener diferentes características o proceder de distintas fuentes de forma que puedan compartir una porción de los recursos de comunicación. Modulación: es el proceso por el cual los símbolos se convierten en formas de onda compatibles con el canal de transmisión. Ensanchamiento Frecuencial: puede producir una señal que es menos vulnerable a la interferencia, y que puede utilizarse para ampliar la privacidad de las comunicaciones.
Procesamiento de la señal en un sistema de comunicaciones digitales Para recuperar la señal en el receptor deben implementarse funciones que realicen los pasos inversos a los efectuados en el transmisor. No es indispensable que un sistema utilice todos los pasos descritos, e incluso el orden de algunos de ellos puede cambiarse según el esquema utilizado. La señal en banda base corresponde a una cadena de bits, es decir a una secuencia de símbolos digitales. Después de la modulación, el mensaje toma la forma de una forma de onda codificada digitalmente. La demodulación digital usualmente se acompaña de la ayuda de formas de onda de referencia.
Fuentes de Información Fuentes principales: Voz, Televisión, Facsímil y Computadores personales. Procesos de la comunicación vocal: Producción, Propagación, y Percepción. Puede modelarse como un filtro altamente selectivo en frecuencia, cuyo espectro de potencia se aproxima a cero para la frecuencia cero y alcanza un pico a pocos cientos de Hz.
Breve clasificación de los canales de comunicación Lineales: canal telefónico No Lineales: canal satelital Variante en el Tiempo: canal de radio móvil Invariante en el Tiempo: fibra óptica Limitado en Banda: canal telefónico Limitado en Potencia: fibra óptica, canal satelital.
Sistema de Comunicaciones por Líneas Eléctricas (PLC)
Administración de un Sistema de Comunicaciones PLC
Modelo de un Sistema de Comunicaciones PLC Modelo simplificado de un sistema de comunicaciones por líneas eléctricas PLC. La respuesta del canal varía como función de la frecuencia y del tiempo
Sistema de Comunicaciones por Líneas Eléctricas Señales espurias por reflexiones
Cancelación de Eco en un sistema PLC
Señales en Banda Base Señales en Banda Base: se hace alusión a la banda de frecuencia de la señal mensaje entregada por la fuente de información. Señales análogas: tiempo y amplitud toman valores continuos Señales digitales: tiempo y amplitud toman valores discretos.
Señales Pasa Banda Señales Pasa Banda: se hace referencia a la señal transmitida. En este caso la banda de frecuencias de la señal mensaje se centra alrededor de una frecuencia mucho mayor que la mayor frecuencia componente en la señal mensaje.
Representación de señales y sistemas Son los fundamentos matemáticos que nos permiten estudiar la operación de los sistemas de comunicación. Señales Periódicas: Se dice que g(t) es periódica si cumple que g(t)=g(t+T) donde t es el tiempo y T es una constante que se denomina período de la función. Señales Deterministas: No existe incertidumbre con respecto a su valor presente, pasado o futuro. Pueden modelarse y especificarse completamente como funciones del tiempo.
Representación de señales y sistemas Señales Aleatorias: Son aquellas sobre las cuales existe cierto grado de incertidumbre antes de su ocurrencia. Energía y Señales de Potencia: Si g(t) representa la corriente o tensión de una señal, la potencia instantánea p(t) puede asociarse a: p(t)=abs(g(t))2 La energía total de la señal g(t) se define por E, y la Potencia media por P:
Consideraciones Probabilísticas El proceso de las comunicaciones tiene naturaleza probabilística. Una de las fuentes de incertidumbre más importantes en la operación de sistemas de comunicación es el ruido (térmico, impulsivo e interferencias). Sin embargo la señal puede describirse en términos estadísticos a partir por ejemplo de su potencia media y de la distribución espectral de potencia.
Consideraciones Probabilísticas Otra factor de incertidumbre se encuentra en la fuente de información. Una señal aleatoria, independientemente de su origen puede verse como una realización de un conjunto de posibilidades colectivamente llamada proceso aleatorio o estocástico. La caracterización de tales procesos y la evaluación del efecto de aplicarlos a sistemas lineales es esencial para el entendimiento de la operación de los sistemas de comunicación.
Recursos Fundamentales en Comunicaciones Potencia Transmitida Canales limitados en potencia (canal satelital) Ancho de Banda del canal Canales limitados en banda (canal telefónico) ¿Cómo se relacionan el BW del canal de transmisión con la Potencia de transmisión y el ruido?
Elementos de Teoría de la Información y Codificación La Teoría de la Información utiliza las matemáticas y leyes de la probabilidad para estudiar el almacenamiento y manipulación de información. ¿Cuál es el límite fundamental en la compresión y refinamiento de información generado por una fuente? ¿Cuál es el límite fundamental en la tasa de transmisión información sobre un canal ruidoso?
Capacidad y Ancho de Banda Teorema de la Capacidad de Información:
C(b/s): Capacidad de Información – Tasa máxima a la cual la información puede transmitirse a través del canal sin cometer errores. Para una capacidad estipulada, puede intercambiarse Potencia de transmisión por ancho de banda.