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2016
Johan Silva Cueva
IST AVANSYS
16/08/2016
FUNDAMENTO DE LAS
COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS
OBJETIVO:
Al finalizar, el est...
Escuela de: Ingeniería
Carrera: Electrónica Industrial
Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I
FUNDAMENTOS DE LAS ...
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Carrera: Electrónica Industrial
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Clase1 Fundamentos de Comunicaciones Electronicas

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Guía de las Comunicaciones Electronicas

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Clase1 Fundamentos de Comunicaciones Electronicas

  1. 1. 2016 Johan Silva Cueva IST AVANSYS 16/08/2016 FUNDAMENTO DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS OBJETIVO: Al finalizar, el estudiante será capaz de describir las etapas principales de un sistema de comunicaciones, definir los conceptos de ondas y clasificar las bandas de frecuencias del espectro electromagnético.
  2. 2. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 1 FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 1. INTRODUCCIÓN La comunicación fue una de las primeras aplicaciones de la tecnología eléctrica1. En la actualidad, en la edad de la fibra óptica y de la televisión digital, de los correos electrónicos y de los teléfonos celulares inteligentes, los sistemas de comunicación siguen siendo la vanguardia de la electrónica. Quizá ninguna otra rama de la ciencia tenga tan profundo efecto en la vida cotidiana de las personas. Esta parte de Comunicaciones Electrónicas I, se empieza por los sistemas analógicos. El estudiante que ansíe llegar a los sistemas digitales debe comprender que para que muchos de estos funcionen también requieren la tecnología analógica. El técnico moderno necesita contar, por lo menos, con un conocimiento elemental tanto de los sistemas analógicos como de los digitales entes de especializase en uno de ellos. Con frecuencia decimos que vivimos en la era de la información. La tecnología de las comunicaciones es absolutamente vital para la generación, almacenamiento y trasformación de esta información. La información está constituida por un grupo de datos ya supervisados y ordenados, que sirven para construir un mensaje basado en un cierto fenómeno o ente. La información permite resolver problemas y tomar decisiones, ya que su aprovechamiento racional es la base del conocimiento. Toda la información debe convertirse a energía electromagnética, antes de que pueda propagarse por un sistema de comunicaciones electrónicas. 2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN Cualquier sistema de comunicación pasa información desde un origen o fuente a un destino por medio de un canal. En la siguiente figura se ilustra esta idea sencilla. Por lo general, la información de la fuente no está en una forma que tenga la capacidad de viajar a través de un canal, por tal razón se utiliza un dispositivo llamado transmisor en un extremo y un receptor en el otro. CANAL FUENTE: Es la generadora de la señal de información que se quiere enviar (audio, video, imagen o datos digitales) 1 La comunicación eléctrica práctica empieza en 1837 con el telégrafo de Samuel Morse. No fue el primero ni el único pero si el que tuvo éxito comercial. Para 1898, había ya 12 cables trasatlánticos. La comunicación de voz por medios eléctricos se inicia en 1879 con la invención de Alexander Graham Bell del teléfono. Después viene la radiocomunicación en 1887 gracias a James Clerk Maxwell y Heinrich Rudolph Hertz. Donde la primera transmisión trasatlántica la logra Guillermo Marconi en 1901. Sin embargo la radiodifusión general empieza en 1920. A finales de la década de los 20´s se inician las pruebas de la TV. Después de la segunda guerra Mundial se vuelve una realidad en todo el mundo
  3. 3. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 2 Esta señal puede ser analógica o digital. En caso de que no sea eléctrica se convierte a una señal eléctrica a través de un TRANSDUCTOR (a la que se le llama señal de banda base). Se describe a menudo en términos de las frecuencias que ocupa la señal: Voz analógica con calidad telefónica 300-3 kHz Música analógica de alta fidelidad 20-20 KHz Video analógico para radio difusión comercial 0-4.2 MHz TRANSMISOR: Es el bloque encargado de transformar la señal que emana de la fuente (o del transductor) para que pueda ser transportada de forma eficiente por el medio, vía o canal seleccionado. Para transmitir la señal se requiere de unos procesos que se llama modulación. La etapa del transmisor está compuesta por diferentes bloques que contienen circuitos electrónicos de radiofrecuencia. Existen dos tipos básicos de sistema de comunicaciones electrónicas: Comunicaciones del tipo Análogo y digital. El sistema de comunicación análogo es un sistema en el cual la energía electromagnética se transmite y recibe en forma analógica (una señal variando continuamente tal como una onda senoidal).  Los sistemas de radio comerciales emiten señales analógicas. Un sistema de comunicación digital es un sistema en el cual la energía electromagnética se transmite y recibe en forma digital (niveles discretos tal como + 5v y tierra).
  4. 4. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 3 Los sistemas binarios utilizan señales digitales que solo tienen dos niveles discretos. Frecuentemente la información de la fuente original está en una forma que no es adecuada para la transmisión y debe convertirse en una forma más adecuada antes de la transmisión. Por ejemplo, con el sistema de comunicaciones digitales, la información analógica se convierte en una forma digital antes de la transmisión y con los sistemas de comunicaciones analógicas, la información digital se convierte la forma analógica antes de la transmisión. CANAL: Medio a través del cual se lleva la señal de información que se quiere transmitir. Cable conductor Electricidad Guías de onda, microcintas, líneas de TX Ondas EM Espacio libre (antenas) OEM, ondas de sonido Fibra óptica Luz RECEPTOR: Es el bloque encargado de transformar la señal que viene del medio ó vía para que pueda ser entregada en un formato entendible para el destino (si es necesario se utiliza otro transductor de salida). Ejercicio 1a. Investigue qué sistema de comunicación es utilizado en los sistemas de automatización. Describa claramente cuáles son los elementos básicos. 3. PROCESO DE MODULACIÓN Y DEMODULACIÓN En las comunicaciones de radio es necesario superponer una señal de inteligencia de frecuencia relativamente baja a una señal de frecuente relativamente alta para la transmisión. En los sistema de comunicaciones electrónicas analógicas, la información de la fuente (señal de inteligencia) actúan sobre o modula una señal senoidal de frecuencia sencilla. Modular significa variar, cambiar o regular. Por lo tanto, la información de la fuente de frecuencia relativamente baja se llama señal de modulación. La señal de frecuencia relativamente alta, sobre la cual se actúa (modulada) se llama portadora, y la señal resultante se llama la onda modulada o señal. En esencia la información de la fuente se transporta a través del sistema sobre la portadora.
  5. 5. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 4 Con los sistemas de comunicaciones analógicos, la modulación es el proceso de variar o cambiar alguna propiedad de una portadora analógica de acuerdo con la información original de la fuente. Recíprocamente, la demodulación es el proceso de convertir los cambios en la portadora analógica a la información original de la fuente. La modulación se realiza en el transmisor y la demodulación se realiza en el receptor, en un circuito llamado demodulador. La señal de información que modula la portadora principal se llama señal de banda base o simplemente banda base. La banda base es una señal de información, como un canal telefónico sencillo, y la señal de banda base compuesta es la señal para la información total, como varios cientos de canales telefónicos. Las señales de banda base se convierten en frecuencia alta en el transmisor y se convierten en frecuencia baja en el receptor. La traslación de frecuencia es el proceso de convertir una frecuencia sencilla o una banda de frecuencias a otra ubicación en el espectro de la frecuencia total. El termino canal es comúnmente utilizado, cuando se refiere a una banda específica de frecuencias distribuidas, para su servicio en particular o transmisor. Por ejemplo un canal estándar de banda de frecuencia para voz ocupa un ancho de banda de 3KHz y se utiliza para la transmisión de señal de voz de calidad. Un canal de radiofrecuencia se refiere a una banda de frecuencias usadas para propagar señales de radio frecuencia. La ecuación 𝑽(𝒕) = 𝑽 𝒔𝒆𝒏 (𝟐 𝒇𝒕 +  ) es la expresión para una onda senoidal variante con el tiempo de voltaje tal como portador analógico. Tres propiedades de una onda senoidal pueden ser variadas: 1º La amplitud (V) 2º La frecuencia (F) 3º La fase ( ) 4º Cualquier combinación de dos o más de estas propiedades. Si la amplitud de la portadora es variada proporcionalmente a la información de la fuente resulta la amplificación modulada (AM). Si la frecuencia de la portadora varía proporcionalmente a la información de la fuente, resulta la frecuencia moduladora (FM). Si la fase de la portadora varía proporcionalmente a la información de la fuente, resulta la fase modulada (PM).
  6. 6. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 5 En la ecuación: 𝑽 (𝒕) 𝒔𝒆𝒏 (𝟐 𝒇𝒕 +  ) V (t) = onda de voltaje que varía senoidalmente en el tiempo. V = máxima amplitud (volts) f = frecuencia (Hertz)  = fase (radianes) 4. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO 5. S El propósito de un sistema de comunicaciones electrónica es comunicar información entre dos o más ubicaciones (generalmente llamadas estaciones). Esto se logra convirtiendo la información de la fuente original a energía electromagnética y después transmitiendo la energía a uno o más destinos, en donde se convierte de nuevo a su forma original. La energía electromagnética puede propagarse en varios modos: Como un voltaje o una corriente a través de un cable metálico, como onda de radios emitidas por el espacio libre y como ondas de luz por una fibra óptica. La energía electromagnética está distribuida a través de un rango de frecuencias casi infinito. El espectro de frecuencia electromagnética total que muestra las localizaciones aproximadas de varios servicios dentro de la banda se enseña en la siguiente figura. Espectro Radioeléctrico
  7. 7. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 6 El espectro electromagnético es la parte del comprendida entre 3 kHz y 300 GHz. Se emplea en las telecomunicaciones, y está dividido en varias bandas de frecuencia El espectro de frecuencias se extiende desde las frecuencias subsónicas (unos cuantos Hertz) a los rayos cósmicos, (1022Hz). Cada banda de frecuencias tiene una característica única que la hace diferente de las otras bandas. Cuando se trata de ondas de radio, es común usar las unidades de la longitud en vez de la frecuencia. La longitud de onda es la longitud que un ciclo de una onda electromagnética 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 propagación (la velocidad de propagación de la energía electromagnética en el espacio libre se asume que sea la velocidad de la luz, 3x108 m/s) la relación entre la frecuencia, velocidad y longitud de onda se expresa matemáticamente. Longitud de onda (λ) = 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝑳𝒖𝒛(𝒎/𝒔) 𝑭𝒓𝒆𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝒄/𝒔) f c 
  8. 8. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 7 Donde  = longitud de onda (metros por ciclo) c = velocidad de la luz (300,000,000 m/s) f = frecuencia (Hertz) El espectro total de la longitud de onda electromagnética que enseña varios servicios dentro de la banda. FRECUENCIAS DE TRANSMISIÓN El espectro total de la frecuencia electromagnética está dividido en subsectores o bandas. Cada banda tiene un nombre y límites. En Estados Unidos, las asignaciones de frecuencias para la propagación de radio en espacio libre, son asignadas por la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC). Por ejemplo la banda de radiodifusión de FM comercial se extiende de 88 a 108 MHz. Las frecuencias exactas asignadas a transmisores específicos funcionando en las diversas clases de servicios están constantemente actualizándose y alterándose, para cubrir las necesidades de comunicaciones de la nación. Sin embargo, la división general de espectro de frecuencia totalmente utilizable se decide en las convenciones internacionales de telecomunicaciones, las cuales son realizadas aproximadamente cada 10 años. El espectro de frecuencia de radio (RF) totalmente utilizable se divide en bandas de frecuencia más angostas, las cuales son asignadas con nombre descriptivos y numéricos de banda. Las designaciones de banda del Comité Consultivo Internacional de Radio (CCIR), se menciona en la tabla. Tabla de Banda de Frecuencias Varias de estas bandas se dividen en diversos tipos de servicios, tales como una búsqueda a bordo de un barco, microondas, satélite, navegación de barco, aproximación de aeronaves, detección de superficie de aeropuerto, clima desde aeronaves, teléfono móvil y mucho más.
  9. 9. Escuela de: Ingeniería Carrera: Electrónica Industrial Unidad didáctica: Comunicaciones Electrónicas I FUNDAMENTOS DE LAS COMUNICACIONES ELECTRÓNICAS 8 ACTIVIDAD N°1: Desarrollar los siguientes cuestionarios. 1. Que es los sistemas de comunicaciones electrónicas? 2. Cuáles son los bloques de un sistema de comunicaciones. Describir cada uno de ellos? 3. Que es la modulación y la demodulación? 4. Que es la banda base? 5. Que es el canal? 6. Que es el medio de transmisión? 7. Que es el espectro electromagnético? 8. Cuáles son las bandas de frecuencias? 9. Que es la longitud de onda? 10. Que es ganancia, atenuación y potencia? BIBLIOGRAFÍA. Blake Roy (2004).Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Mexico. Ed.Thomson Frenzel, L.(2003). Electrónica aplicada sistemas de las comunicaciones. México. Alfa Omega.

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