Sistema basico de comunicación (Sistema de Telecomunicaciones)

Unidad 1

Sistema básico de comunicación

Modelo de un Sistema de Comunicaciones :

La Comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar (remitente, origen, fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor). Por otra parte Información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único (separado y distinto), capaz de ser enviado por el transmisor, y capaz de ser detectado y entendido por el receptor.

Si la información es intercambiada entre comunicadores humanos, por lo general se transmite en forma de sonido, luz o patrones de textura en forma tal que pueda ser detectada por los sentidos primarios del oído, vista y tacto. El receptor asumirá que no se está comunicando información si no se reciben patrones reconocibles.

En la siguiente figura se muestra un diagrama a bloques del modelo básico de un sistema de comunicaciones, en éste se muestran los principales componentes que permiten la comunicación.

Elementos básicos de un sistema de comunicaciones

ELEMENTOS DEL SISTEMA

En toda comunicación existen tres elementos básicos (imprescindibles uno del otro) en un sistema de comunicación: el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. Cada uno tiene una función característica.

El Transmisor pasa el mensaje al canal en forma de señal. Para lograr una transmisión eficiente y efectiva, se deben desarrollar varias operaciones de procesamiento de la señal. La más común e importante es la modulación, un proceso que se distingue por el acoplamiento de la señal transmitida a las propiedades del canal, por medio de una onda portadora.

El Canal de Transmisión o medio es el enlace eléctrico entre el transmisor y el receptor, siendo el puente de unión entre la fuente y el destino. Este medio puede ser un par de alambres, un cable coaxial, el aire, etc. Pero sin importar el tipo, todos los medios de transmisión se caracterizan por la atenuación, la disminución progresiva de la potencia de la señal conforme aumenta la distancia.

La función del Receptor es extraer del canal la señal deseada y entregarla al transductor de salida. Como las señales son frecuentemente muy débiles, como resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación. En todo caso, la operación clave que ejecuta el receptor es la demodulación, el caso inverso del proceso de modulación del transmisor, con lo cual vuelve la señal a su forma original.

El Mensaje Información que se pretende llegue del emisor al receptor por medio de un sistema de comunicación. Puede ser en formas como ser texto, número, audio, gráficos, etc. Este también puede ser de forma verbal o no verbal.

Tipos de Señal

Señal análoga: Usa variaciones (modulaciones) en una señal, para enviar información. Es especialmente útil para datos en forma de ondas como las ondas del sonido. Las señales análogas son las que usan normalmente su línea de teléfono y sus parlantes.

Las señales análogas se pueden modular en:

Amplitud Modulada: Se emplean dos niveles diferentes de voltajes para representar el 0 y el 1 respectivamente.

Frecuencia Modulada: Se utilizan dos o más tonos diferentes.

Señal Digital: Es una corriente de 0 y 1 toman un conjunto finito de valores en un intervalo de interés.

La señal digital se puede modular por:

Modulación por Impulsos Codificados MIC

Pulse Coded Modulation (PCM)

Cuando se habla por teléfono sale una señal análoga normal que después se digitaliza mediante un Codec produciendo un numero de 7 u 8 bits. El Codec efectúa 8000 muestras por segundo (125 s /muestra) con este número de muestras es suficiente para capturar toda la información de un ancho de banda de 4Khz.

Tipos de Transmisión

Serie: Transmisión sobre un canal de una sola línea, la mayoría de las redes de comunicaciones utilizan la transmisión en serie entre terminales y computadoras. En la transmisión serie los bits van uno detrás de otro a través de un cable. Se requiere de una sincronización.

Paralelo: Los datos pueden transmitirse entre ordenadores y terminales mediante cambios de corriente o tensión en un cable, salen un grupo de bits a la vez por varias líneas (Se pude decir que el paralelo es la unión de varias series), o sea cada bit de un carácter se traslada por su propio cable.

Hay una señal llamada Strobe o reloj que va sobre un cable adicional e indica al receptor cuando están presentes todos los bits sobre sus respectivos cables para que se pueda tomar una muestra de valores.

La comunicación en paralelo es útil a corta distancia, siendo mas rápida.

Contaminaciones de la señal

Durante la transmisión de la señal ocurren ciertos efectos no deseados. Algunos de ellos son la atenuación, distorsión, la interferencia y el ruido, los cuales se manifiestan como alteraciones de la forma de la señal. Al introducirse estas contaminaciones al sistema, es una práctica común y conveniente imputárselas, pues el transmisor y el receptor son considerados ideales. En términos generales, cualquier perturbación no intencional de la señal se puede clasificar como "ruido", y algunas veces es difícil distinguir las diferentes causas que originan una señal contaminada. Existen buenas razones y bases para separar estos tres efectos, de la manera siguiente:

Atenuación: Desgaste que sufre la señal de energía ocasionada por la distancia entre el emisor y el receptor. Toda señal eléctrica al ser transmitida por un medio físico o por espacio experimenta una perdida de potencia denominada atenuación. Se mide normalmente en decibelios por unidad de distancia

Distorsión: Es la deformación que experimenta la señal al ser transmitida por un canal debida a la respuesta imperfecta del sistema a ella misma. A diferencia del ruido y la interferencia, la distorsión desaparece cuando la señal deja de aplicarse.

Interferencia: Es la contaminación por señales extrañas, generalmente artificiales y de forma similar a las de la señal. El problema es particularmente común en emisiones de radio, donde pueden ser captadas dos o más señales simultáneamente por el receptor. La solución al problema de la interferencia es obvia; eliminar en una u otra forma la señal interferente o su fuente. En este caso es posible una solución perfecta, sí bien no siempre práctica.

Ruido: Interferencia externa sobre la señal transmitida. Por ruido se debe de entender las señales aleatorias e impredecibles de tipo eléctrico originadas en forma natural dentro o fuera del sistema. Cuando estas señales se agregan a la señal portadora de la información, ésta puede quedar en gran parte oculta o eliminada totalmente. Por supuesto que podemos decir lo mismo en relación a la interferencia y la distorsión y en cuanto al ruido que no puede ser eliminado nunca completamente, ni aún en teoría.

Frecuencias de transmisión

Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación.Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico.

Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana.

Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aquí las frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares.

Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación aeronáutica y marina.

Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz).

Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro.

Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2 al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hay varias bandas de radioaficionados en este rango.Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.

Frecuencias super altas: SHF, Super High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB.Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de 30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy difundidos aún.

Espectro electromagnético

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplementeespectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a unahuella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véaseCosmología física) aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.

Onda electromagnética

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por elvacío.

Longitud de onda

La longitud de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso . Normalmente se consideran dos puntos consecutivos que poseen la misma fase: dos máximos, dos mínimos, dos cruces por cero (en el mismo sentido)

Frecuencia

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

Para calcular la frecuencia de un suceso, se contabilizan un número de ocurrencias de este teniendo en cuenta un intervalo temporal, luego estas repeticiones se dividen por el tiempo transcurrido. Según el Sistema Internacional (SI), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es la frecuencia de un suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, un fenómeno con una frecuencia de dos hercios se repite dos veces por segundo. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).

Clasificación de las ondas

- Atendiendo a su naturaleza:

Ondas mecánicas: requieren un medio material para propagarse, no se propagan en el vacío (son las que se propagan en una cuerda, en la superficie del agua, en el sonido, etc.)

Ondas electromagnéticas: no requieren un medio material para desplazarse. Se propagan en el vacío (RX, UV, IR, luz visible,…)

– Si asociamos una función de onda ð para describir formalmente una onda, según ð dependa de una, dos o tres coordenadas hablaremos de una, dos o tres dimensiones.

– Otra clasificación es atendiendo a su dependencia temporal. Destacan en este sentido las denominadas ondas armónicas, que son las que tienen una dependencia armónica o sinusoidal con el tiempo, y ondas con dependencia temporales de carácter más general.

– Otra subdivisión es la de ondas transversales y longitudinales según que la perturbación consista en una variación perpendicular o longitudinal a la dirección de propagación:

Ondas transversales: serían las electromagnéticas o las generadas en una cuerda.

Ondas longitudinales: serían el sonido y en general todas las que se propagan en medios fluidos.

– Teniendo en cuenta la dualidad onda-corpúsculo y el comportamiento simétrico de la naturaleza, puede pensarse que la materia exhiba esa dualidad

Tipos de propagación

Tipos de propagación La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos: 

? –Superficial

? — Troposférica

? — Ionosférica

? — Línea de vista

? — Espacio

Propagación en superficie. En la propagación en superficie, la ondas de radio viajan a través de la porción mas baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias mas bajas, las señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue la curvatura de la tierra. La distancia depende de la cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua del mar. 

Propagación troposferica. La propagación troposferica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la señal en línea recta de antena a antena (visión directa) ó se puede radiar con un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir distancias mayores. 

Propagación Ionosférica. En la Propagación Ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia se radian hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite cubrir grandes distancias con menor potencia de salida. 

Propagación por visión directa. En la Propagación por visión directa, se trasmite señales de muy alta frecuencia directamente de antena a antena, siguiendo una línea recta. Las antenas deben ser direccionales, estando enfrentadas entre si, y/o bien están suficientemente altas ó suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra. La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar completamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia abajo así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora más tarde que la porción directa de la transmisión puede corromper la señal recibida. 

Propagación por el espacio. La Propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite situado en órbita, que la reenvía devuelta a la tierra para el receptor adecuado. La transmisión vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa como un intermediario. La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de súper alta ganancia e incremente enormemente la distancia que puede ser cubierta por una señal.

Unidad 2

Conexión Telefónica

Una conexión telefónica permite a los usuarios de este servicio, conectarse a la Internet por medio de su línea telefónica utilizando un modem estándar de 56k.  La computadora literalmente marca un número telefónico proporcionado por el proveedor de servicio de Internet y conecta con el modem del Servidor y de ahí a la Internet.  La conexión por teléfono tiene una transferencia de información de 56 Kilobits por segundo bajo condiciones ideales.

Esta conexión es factible en la mayor parte del planeta, ya que la RTC está globalmente extendida. Esto es útil para la gente que viaja con su ordenador portátil. Esta conexión es utilizada en zonas rurales o en áreas muy remotas donde las conexiones de banda ancha son imposibles por falta de infraestructura (la baja demanda de este tipo de servicios en estos lugares hace que su instalación sea poco rentable y que no se halle entre las prioridades de las empresas de telecomunicaciones; también hay zonas sin siquiera RTC).

Esta forma de conexión suele realizarse a través de una llamada local. Normalmente requiere algo de tiempo para establecer una sesión de datos. Si la empresa proveedora del servicio telefónico cobrara por cada nueva conexión y por el tiempo que dura la sesión, el costo a fin de mes puede acercarse al de la banda ancha, que es cada vez más barata debido a la competencia en auge.

Red Telefónica Conmutada

Se define la Red Telefónica Visual Envolvente (RTVE) como el conjunto de elementos constituido por todos los medios de transmisión y conmutación necesarios para enlazar a voluntad dos equipos terminales mediante un circuito físico que se establece específicamente para la comunicación y que desaparece una vez que se ha  completado la misma. Se trata por tanto, de una red de telecomunicaciones conmutada.completado la misma. Se trata por tanto, de una red de telecomunicaciones conmutada.

ESTRUCTURA Y CARACTERÍSTICAS DE UNA RED TELEFÓNICA

En el campo de la telefonía tenemos tres conceptos fundamentales, la comunicación, la transmisión y la distribución.

La comunicación: es el sistema capaz de llevar a cabo la conexión de dos abonados, una central telefónica realiza la función de conmutación entre miles de abonados.

La transmisión: significa transporte de energía a través de un medio, en telefonía el tipo de energía es eléctrica y los medios utilizados son cables, fibra óptica y el aire.

La distribución: consiste en hacer llegar la energía hasta el destino final, esta función es proporcionada por las líneas de abonado que se conectan a la red, los terminales telefónicos pueden ser cualquier otro aparato como fax, modem.

En general una línea telefónica de abonado está constituida por dos hilos que se denominan par.

CONMUTACIÓN TELEFÓNICA

¿Por qué se necesita la conmutación telefónica?

Supongamos que una red constituida por dos teléfonos para conectar con todos mediante una red de malla se necesita 4 líneas, el número de líneas se calcula: número de líneas n x N-1 (siendo N el número de líneas que se conectan).

En vez de esta manera conectamos los teléfonos en estrella con un elemento en el centro que conecte con cualquiera el número de líneas descendente de tal manera que es solo los mismos que teléfonos. Número de líneas = a número de teléfonos, a este sistema se le denomina conmutación ya que conmuta unos teléfonos con otros y precisa una central de conmutación.

CONMUTACIÓN ESPECIAL Y TEMPORAL

Todas las centrales telefónicas disponen de su estructura de dos bloques funcionales, unidad de conmutación y unidades de control.

La unidad de conmutación es la encargada de establecer un camino entre la entrada y la salida para realizar la conmutación, contiene una red de contactos a través de los cuales pasa la llamada, para cada llamada la unidad de conmutación cierra un trayecto de contactos en esta red de conmutación.

Los conmutadores diseccionan las comunicaciones y también conecta el tráfico; los abonados conectados no están en un momento dado todos en activo.

La conmutación se puede efectuar de dos maneras:

CONMUTACIÓN ESPECIAL TAMBIÉN LLAMADA SDM.

Consiste en que el conmutador establece los caminos mediante conexiones físicas (reles, tiristores, etc.) este circuito de entrada-salida se mantiene todo el tiempo que dura la conversación, este tipo de conmutación es utilizado por las señales analógicas.

CONMUTACIÓN TEMPORAL

Es la que el conmutador conmuta las informaciones en espacios de tiempo fijos.

CONMUTACIÓN ANALÓGICA

La señal eléctrica generada por el aparato telefónico es de tipo analógico modulada por la voz y limitada dentro de un ancho de banda comprendido entre 300Hz y 3400Hz. Una línea de abonado solo puede transportar una conversación en el canal de voz, esto no resulta económico por lo que se concibió un sistema para conversaciones simultáneamente por una sola vía de transmisión, a este método se le denomina transmisión simultánea o múltiplex. Para transmitir varias señales analógicas correspondientes a varias conversaciones telefónicas se envían juntas en un canal de transmisión pero separadas por frecuencias.

CONMUTACIÓN DIGITAL

En la actualidad se impone la digitalización de toda la red con la utilización de circuitos de tipo NIC también llamados PCE (pulsos de código modulado). Estos circuitos utilizan una conmutación temporal también denominada MDT (multiplexación por división en el tiempo) consiste muestrear o introducir muestras de otros canales en el espacio de tiempo existente entre dos muestras de un mismo canal, las muestras se convierten a valores binarios obteniendo los tramos MIC, lo que implica que la conmutación es digital.

CENTRALES DE CONMUTACIÓN

Estas centrales establece automáticamente el enlace entre dos abonados que desean establecer una comunicación. En las centrales telefónicas se realizan dos tipos de enlaces: los que conectan a dos abonados de una misma central (enlaces internos) y los de entrada-salida de otras centrales, puesto que todos los abonados no utilizan la central al mismo tiempo el numero de enlaces es inferior al número de abonados por ello es necesario utilizar las etapas de concentración y expansión, así como otra de distribución.

En la etapa de concentración el abonado que llama se puede conectar a cualquiera de los enlaces de salida, sin embargo, en la etapa de expansión el enlace de llegada se conecta solo al abonado que llama.

Cuando un abonado quiere efectuar una llamada en la etapa de concentración se busca un enlace que se encuentre disponible. El número de entradas es el mismo que el número de abonados mientras que las salidas están en función del tráfico que estos originan.