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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN TECNOLOGÍA INALÁMBRICA EN MÉXICO APLICADA A UN CELULAR MODELO NOKIA LUMIA 520 T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA (ÁREA ELÉCTRICA - ELECTRÓNICA) PRESENTA: IRENE DEL CARMEN PÉREZ GARCÍA ASESOR: ING. ADRIÁN PAREDES ROMERO MÉXICO, 2015 Lourdes Texto escrito a máquina Ciudad Nezahualcóyotl, Estado de México UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. AGRADECIMIENTOS AGRADECIMIENTOS Gracias a mi querida Madre: Porque con tu silenciosa presencia y tu naturaleza amable has apoyado mis triunfos y señalado mis fracasos. Has aprobado mi camino sin presionar mis errores. Me has enseñado que la paciencia es una herramienta para la victoria. Gracias a mi querido Padre: Porque has guiado mis pasos cuando no sabía como dirigirme. Desde el principio de mi andar estuviste allí y ahora sé que nunca me dejaste recorrer este camino en soledad, aún cuando no lo pueda ver. Gracias a mi querida Hermana Luz: Porque siempre me has apoyado en cada caída. Siempre me presionaste para levantarme y continuar a pesar de las dudas, las dificultades y mis propias debilidades. AGRADECIMIENTOS Gracias a mi querida Hermana Edith: Porque tu fuerza y conducta templaron mi propia impertinente personalidad. Por ser siempre un símbolo de control y rectitud inquebrantable en mis días más perdidos. La debilidad es símbolo de mediocridad. La perseverancia es símbolo de victoria. La paciencia es símbolo fortaleza. La virtud debe cultivarse y la sabiduría adquirirse. Gracias a Simitrio Jaimes C.: Por prestarme una computadora para hacer este trabajo de Titulación. TABLA DE CONTENIDOS TABLA DE CONTENIDOS. TABLA DE CONTENIDO. Página JUSTIFICACIÓN. 1. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES. 1 1.1 Conceptos Básicos. 3 1.1.1 Telecomunicaciones. 1.1.2 Señal Digital. 1.1.3 Frecuencia. 1.1.4 Banda Base. 1.2 Modulación de Señales Digitales. 14 1.2.1 Modulación. 1.2.2 Modulación en Telecomunicaciones. 1.2.3 Modulación Analógica. Modulación de Amplitud (AM) Modulación de Frecuencia (FM) Modulación por Fase (PM) 1.2.4 Modulación Digital. Modulación de Posición de Pulso (PPM) Modulación de Amplitud de Pulso (PAM) Modulación por Pulsos Codificados (PCM) 1.2.5 Conversión de Modulación Analógica a Digital. 1.3 Canal. 29 1.3.1 Sistema de Transmisión con respecto a un Canal. 1.3.2 Medio de Transmisión. Medios Guiados Medios No Guiados TABLA DE CONTENIDOS 1.3.3 Tipo de Transmisión. 1.3.4 Canal. 1.3.5 Modos de Transmisión. 2. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. 42 2.1 Telecomunicaciones. 44 2.2 Señalización. 45 2.2.1 Transductor. 2.2.2 Transmisor- Receptor. Oscilador Cristal 2.2.3 Capas Internas. Primera Etapa Segunda Etapa: Transmisor/Receptor Etapa Intermedia Etapa Final 2.2.4 Modalidad de Circuito (Circuit Mode). 2.3 Transferencias en Medios de Transmisión. 59 2.3.1 Medios de Enlace. 2.3.2 Enlaces Electro-Magnéticos. 2.4 Modalidades de Transferencia. 63 2.4.1 Empaquetamiento de Datos. 2.4.2 Multiplexación de Empaquetamiento. Paquetes X.25 Retransmisión de Tramas (Framme Relay) Modalidad de Celdas (Cell Mode) Estándar JPD y PDH TABLA DE CONTENIDOS 2.4.3 Multiplexación Etiquetada (Labelled Multiplex). 2.5 Jerarquía Digital Síncrona o SDH. 67 2.5.1 Estándar SDH. 2.5.2 Trama STM-1. 2.5.3 SOH. 2.5.4 POH. 2.5.5 Interfaces Ópticas. 2.5.6 Transmisor/Receptor Óptico. 2.5.7 Transporte de Información Basados en SDH. 2.5.8 Ventajas y Desventajas. 2.6 Jerarquía Digital Plesiócrona (Plesio-Síncrona o PDH). 79 2.6.1 Entramado y Multiplexación PDH. 2.6.2 Órdenes Jerárquicos PDH: Jerarquía E1. 2.6.3 Órdenes Jerárquicos PDH: Jerarquía E2 y Superiores. 2.6.4 Detección de Errores y Alarmas. 3. TELEFONÍA CELULAR. 89 3.1 Breve Historia de la Telefonía Celular. 91 3.2 Generaciones de la Tecnología Telefónica. 93 3.2.1 Primera Generación (1G). 3.2.2 Segunda Generación (2G, Popularización). 3.2.3 Generación 2.5 (2.5G). 3.2.4 Tercera Generación (3G). 3.2.5 Cuarta Generación (4G en la Actualidad). 3.3 Telefonía Móvil o Inalámbrica. 101 3.3.1 Funcionamiento del Sistema. 3.3.2 Estructura Básica de un Sistema Celular. 3.3.3 Tipos de Radio Canales. TABLA DE CONTENIDOS 3.4 Teléfono Celular. 113 3.4.1 Tipos de Telefonía. 3.4.2 Funcionalidad. 3.4.3 Funcionamiento Interno. 3.5 Tecnología Digital. 121 3.5.1 Tecnología de Acceso Celular. 3.5.2 Internet Móvil. 3.5.3 SMS. 3.5.4 Fabricantes y otros Sistemas Operativos. 4. TECNOLOGÍA GSM. 130 4.1 Breve Historia del GSM. 133 4.2 Funcionamiento del GSM. 137 4.3 Infraestructura de la Red GSM. 142 4.3.1 Introducción. 4.3.2 Arquitectura de la Red. Elementos de la Red. Células de la Red. Reparto de Radiofrecuencias. 4.3.3 Capa de Radio y Control de Radio: Subsistema de Estaciones Base o BSS. División en Celdas: Estaciones Base o BS. Handover: Controlador de Estaciones Base o BSC. Señalización. Subsistema de red y conmutación o NSS. Central de conmutación móvil o MSC. Registros de ubicación base y visitante (HLR y VLR). TABLA DE CONTENIDOS 4.3.4 Códigos Estándar en Redes GSM. 4.4 Otras Aplicaciones Móviles. 161 4.4.1 Tarjeta SIM. 4.4.2 Comandos AT. 4.5 SMS 163 4.5.1 Relación GSM y SMS. 4.5.2 Parámetros del SMS. 4.5.3 Arquitectura SMSC. 4.5.4 Aplicaciones. 4.6 GSM en América Latina. 169 5. PLATAFORMAS MÓVILES. 170 5.1 Plataforma Android. 174 5.1.1 Historia y Desarrollo. 5.1.2 Características. 5.1.3 Arquitectura. 5.1.4 Aplicaciones Generales. 5.1.5 Versiones. 5.2 Plataforma iOS. 186 5.2.1 iOS de Apple. Historia. Características. Multitarea. 5.2.2 I-Phone. 5.2.3 BlackBerry. TABLA DE CONTENIDOS 5.3 Plataforma Symbian. 196 5.3.1 Desarrollo. 5.3.2 Historial de Versiones. 6. TELÉFONO CELULAR MODELO NOKIA LUMIA 520. 206 6.1 Nokia Lumia 520. 209 6.2 Especificaciones del Modelo Nokia Lumia 520. 211 6.2.1 Pantalla y Diseño. 6.2.2 Conectividad. 6.2.3 Multimedia. 6.2.4 Potencia y Memoria. 6.2.5 Ficha de Especificaciones. 6.3 Sistema Operativo. 227 6.3.1 Introducción. 6.3.2 Desarrollo del Sistema Operativo Mango. 6.3.3 Características. Interfaz. Perfil de Usuario. Mensajes. Correo Electrónico. Gestión de Contactos. Xbox Live. Navegación Web. Tienda de Aplicaciones: Marketplace. Música y Vídeo. Otros TABLA DE CONTENIDOS CONCLUSIONES. 234 ANEXOS. Anexo A.- Ecuaciones de Maxwell. II Anexo B.- Historia de la Telefonía. IV Anexo C.- Generaciones de la Telefonía Celular. X Anexo D.-Historia del GSM. XVI Anexo E.-Especificaciones del Nokia Lumia 520. XX BIBLIOGRAFÍAS. JUSTIFICACIÓN JUSTIFICACIÓN. En las últimas décadas, la importancia de la transferencia de datos se hizo mayor creando soluciones técnicas apropiadas. Probablemente en el futuro, la tecnología se centrara en los datos multimediales, con contenido de datos, voz y vídeo. La extensa demanda de interconexión social en cualquier punto del mundo dio el surgimiento de la red GSM (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles), que es un sistema estándar libre de regalías usando la Telefonía Móvil Digital. La telefonía Celular ha sido una nueva tecnología que influye en el ser humano, cambiando formas de vida, pues han facilitado tareas del ser humano, especialmente aquellas relacionadas a la comunicación. Estar conectado siempre ha sido el eslogan de compañías que han reinventado la tecnología alrededor de la comunicación. La Era Digital brinda infinitas fuentes de investigación, herramientas inmediatas y una constante actualización; también implica interacción y colaboración entre todas las personas que hacen uso y que se encuentran interconectadas en la red. La Comunicación Digital es un fenómeno que surge como efecto de las nuevas tecnologías que se introducen en el campo de la comunicación social; esta novedosa forma de intercambio le abre numerosas puertas al usuario para expresarse de forma escrita ideas y pensamientos, así como proporcionando un medio para compartir imágenes, vídeos, grabaciones de voz, animaciones, correos electrónicos, etc. Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular. A pesar de que la telefonía celular fue concebida estrictamente para la voz, la tecnología celular de hoy es capaz de brindar otro tipo de servicios, como datos, audio y vídeo con algunas limitaciones. Sin embargo, la telefonía inalámbrica de mañana hará posibles aplicaciones que requieran un mayor consumo de ancho de banda. Un cliente/usuario de la red GSM puede conectarse a través de su teléfono móvil con su computador, enviar y recibir mensajes, acceder con seguridad a la red informática, así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos. Por lo expuesto anteriormente se presenta este documento. CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES. 1 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Introducción. El término Comunicación suele poseer el significado de “transferencia de Información”; en el caso de que la comunicación sea entre personas y sistemas que se encuentran distantes se le refiere como Telecomunicación. El amplio desarrollo experimentado por los sistemas de comunicaciones ha originado consecuencias sociales significativas, dando lugar en la actualidad a una mayor disponibilidad a una mayor información de todo tipo, situación que se ha visto favorecida por los avances de la electrónica digital. La Comunicación Digital es un acontecimiento que intenta fusionar las nuevas técnicas de la informática, lo analógico se transforma en digital que brinda ilimitadas fuentes de investigación, así como la creación de las redes sociales, herramientas diversas de informática que con actualizaciones constantes le permiten al consumidor conectarse con otras personas e informarse sobre los acontecimientos mas recientes. El término Comunicación Digital abarca una gran área de técnicas de comunicaciones, que incluyen la transmisión digital y el radio digital. Se aplica a la transmisión de pulsos digitales entre dos o mas puntos en un sistema de comunicaciones. Los estudios relativos a los sistemas de comunicaciones tienen sus orígenes en dos ramas de la Ingeniería: la electrónica y las telecomunicaciones, y el tema fundamental es la transmisión. Comunicación Digital implica interacción y colaboración entre todas las personas que hacen uso de la red. Por tanto, la revolución digital abre las puertas a la interacción en tiempo real entre dos personas sin importar su ubicación espacial. La velocidad que las nuevas tecnologías imprimen en la comunicación digital hacen que esta sección pueda quedar obsoleta en muy poco tiempo. Los datos, programas redes sociales y dispositivos cambiarán, desaparecerán y evolucionarán constantemente. 2 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.1 CONCEPTOS BÁSICOS. 1.1.1 T elecomunicaciones. Las Telecomunicaciones comenzaron en el siglo XIX con el telégrafo eléctrico, que permitió enviar mensajes cuyo contenido eran letras y números. Más tarde se desarrolló el teléfono , con el que fue posible comunicarse utilizando la voz, y posteriormente, la revolución de la comunicación inalámbrica: las ondas de radio. A principios del siglo XX aparece el teletipo que permitía enviar textos que escribía y recibía textos. Después las telecomunicaciones fueron revolucionadas por la invención del Módem, el cual hizo posible la transmisión de datos entre computadoras y otros dispositivos. Por tanto Telecomunicaciones es: “Toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, datos, imágenes, voz, sonidos o información de cualquier naturaleza que se efectúa a través de cables, medios ópticos, físicos u otros sistemas electromagnéticos.” Esta fue la primera definición que se aprobó en la reunión conjunta de la XIII Conferencia de la UTI (Unión Telegráfica Internacional) y la III de la URI ( Unión Radiotelegráfica Internacional) el 3 de Septiembre de 1932. La telecomunicación es la transferencia de información entre dos o mas puntos a grandes distancias y de forma entendible. Es una técnica consistente en transmitir un mensaje desde un punto a otro, normalmente con el atributo típico adicional de ser bidireccional. El término Telecomunicación cubre todas las formas de comunicación a distancia, incluyendo radio, telegrafía, televisión, telefonía, transmisión de datos e interconexión de computadoras a nivel enlace. James Clerk Maxwell introdujo el concepto de onda electromagnética, que permite una descripción matemática adecuada de la interacción entre electricidad y magnetismo mediante sus célebres ecuaciones que describen y cuantifican los campos de fuerzas. Maxwell propuso que era posible propagar ondas por el espacio libre utilizando descargas eléctricas , hecho que corroboró Heinrich Hertz, quien supuso el inicio de la era de la comunicación rápida a distancia. 3 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La serie de ondas y pulsos eléctricos que representan información conforman lo que se denomina la señal, la cual atraviesa por un camino conductor de electricidad para el caso de los alámbricos; en caso de la fibra óptica, los pulsos no son eléctricos sino luminosos y el medio es conductor de la luz. En el caso de los medios inalámbricos la señal viaja a través del aire o el vacío, sin requerir un medio físico. El medio que se extiende desde el transmisor hasta el receptor conforma el citado enlace entre los dos extremos. 1.1.2 Señal Digital. Una Señal es la forma de transmisión de un mensaje que va a contener una información y la va a transmitir; es un fenómeno físico cuyos parámetros pueden ser modificados. Una Señal Digital es una secuencia de pulsos de voltaje que pueden transmitirse a través de un medio y contiene amplitud, intensidad, frecuencia. En una señal digital, la amplitud no es un dato dado que todos los bits del tren de pulsos tiene igual magnitud en referencia a la velocidad de cambios de la señal, independientemente de la información de la señal que este llevando. Se puede abordar el estudio de la señal desde dos puntos de vista: el dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia. Dentrodel dominio del tiempo, la señal f(t) es: Continua.- Cuando la señal existe en todo el rango de tiempo. Discontinua.- Cuando existen saltos en la función. Discreta.- La función toma un conjunto finito de valores. Analógica.- La función puede tomar un conjunto infinito de valores. Si la señal es periódica, la función puede tomar el mismo valor cada cierto tiempo T, al que se denomina Periodo. f(t) = f (t + T) 4 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La función Periódica posee los siguientes parámetros: Amplitud.- Máximo valor que puede adoptar la señal periódica. Frecuencia.- Numero de ciclos por segundo, calculado por la inversa del periodo, representado por ƒ Fase.- Diferencia en el valor de paso por cero de la función. Sirve para distinguir señales que aun que tienen la misma frecuencia y amplitud no son iguales. Fig. 1.1- Parámetros de una señal. La Señal puede ser transmitida en función a la Frecuencia, generalmente constituida por varias componentes frecuenciales. Suele resultar mas útil un análisis frecuencial de la señal, y puede demostrarse por medio de un análisis de Fourier, el cual expresa que cualquier señal periódica puede descomponerse en una o más componentes, siendo cada componente una sinusoide. El Espectro de una señal es el rango de frecuencias que contiene, siendo el ancho de banda absoluto la anchura del espectro. La señal Digital es generada por un tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango; esta también es discreta o discontinua en el tiempo. En una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas Flanco de bajada y de subida, respectivamente. 5 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La simplicidad del diseño de circuitos digitales y la facilidad con que se puede aplicar técnicas de circuito integrado a los sistemas digitales, permite que se opte por esta tecnología para minimizar los efectos del ruido. Los Sistemas Digitales usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, un alto (H) y un bajo (L); dichos estados se sustituyeron por ceros y unos (1,0) lo que facilita la aplicación de la lógica y aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 se habla de lógica positiva, si el bajo es 0, es lógica negativa. (Fig 1.2) Fig. 1.2 Alto (H,1), Bajo (L,0) Cuando la señal recibida difiere en exceso de la señal transmitida, el receptor puede interpretar incorrectamente la información y decimos entonces que se produce un error de transmisión. Otros problemas de transmisión pueden ser la atenuación, distorsión por atenuación, diafonía, ruido térmico, retardo, ruido impulsivo, entre otros. A la contaminación por señales externas, generalmente artificiales, se le conoce como Interferencia, lo cual es un problema común en emisiones de radio, donde pueden ser captadas mas de dos señales por el receptor. La atenuación de una señal consiste en el debilitamiento o pérdida de amplitud de la señal de la recibida frente a la transmitida; para disminuir el efecto de la atenuación se pueden incorporar en el camino de la señal dispositivos activos cuya función es amplificar la señal de la misma medida en que acaba de ser atenuada por el medio, de esta manera se consigue recuperar la señal para obtener mayor distancia. Los dispositivos utilizados son conocidos como repetidores que son capaces de restaurar la señal original. 6 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Cuando la señal recibida se ha deformado con respecto a la transmitida es conocido como distorsión, es decir, que es la alteración de la señal debido 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. Para compensar esta diferente atenuación a distintas frecuencias los amplificadores pueden incorporar una etapa denominada ecualizador. El Ruido consiste en pulsos irregulares de corta duración y relativamente gran amplitud que son provocados por inducciones, constantemente debido a causas externas de transmisión; es decir, señal no deseada. Si bien el ruido afecta mas a las señales analógicas, también el ruido magnético y eléctrico pueden afectar la señal. 1.1.3 Frecuencia. La Longitud de Onda, que es la distancia entre dos crestas consecutivas de una onda. Nos dice lo larga que es una onda. Y la Frecuencia, que es el número de veces que se repite la onda en cada segundo, medida en Hertzios (Hz). Fig. 1.3 Aspectos de una onda. El conjunto de frecuencias forma el espectro electromagnético en el que se transmiten las ondas. Todos los sistemas de transmisión electromagnética son iguales diferenciados solo por la frecuencia a la que transmiten. 7 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Entonces, la frecuencia es el numero de veces que se repite una onda o señal durante una unidad de tiempo; esta depende del periodo (T) de la señal, es decir, el tiempo que la señal comienza a repetirse nuevamente. La frecuencia se expresa: Ec. 1.1 Frecuencia. Tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda, es decir, a mayor frecuencia menor longitud de onda, y viceversa. La frecuencia (f) es igual a la velocidad de onda (v), dividido por la longitud de onda lambda (λ). La Frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando solo su longitud y velocidad. Esto se expresa mediante las Ecuaciones 1.3 y 1.4 Apreciándose en la onda (Fig 1.4) Ec. 1.2 λ en función a la Frecuencia. Ec. 1.3 Frecuencia en función a λ Fig 1.4 Longitud de Onda. 8 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La Frecuencia es una magnitud invariable en el universo por lo que no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda. Una determinada transmisión está constituida por muchas formas de onda y frecuencias diferentes. El rango de frecuencias se denomina ancho de banda, y se determina fácilmente restando el límite inferior de frecuencia al límite superior. Por lo tanto se define al ancho de banda de un sistema como el intervalo de frecuencias para las cuales la distorsión lineal y la atenuación permanecen bajo límites determinados y constantes. Se denomina espectro de frecuencias (Fig 1.5) al mapa de utilización de las diferentes frecuencias de acuerdo al uso de equipo de datos. Cada uso tiene un espectro normalizado dedicado a una aplicación. El uso de cada frecuencia esta determinado por organismos gubernamentales de cada país que administra y controla el adecuado uso de cada frecuencia. Fig. 1.5 Espectro de Frecuencias. 9 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES El ancho de banda de la señal o su espectro de frecuencias es una medida de la velocidad de la señal. Cuando se quiere transmitir mucha información en poco tiempo se requiere señales con gran ancho de banda. La velocidad de modulación es la inversa del tiempo que dura el elemento mas corto de la señal, utilizado para crear un pulso. La velocidad de modulación se mide en Baudios. Vm=1/T Ec. 1.4 Ecuación de Velocidad de Modulación. La multiplexación, que conlleva una relación con la frecuencia, es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado Multiplexor. Mientras que a la recuperación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión se le conoce como Demultiplexación.Una Onda electromagnética puede tener una frecuencia de menos de 4x1014 Hz pero no será visible para el ojo humano, tales ondas se llaman Infrarrojos (IR). Para frecuencias menores, las ondas se llaman Microondas, las ondas de radio se posicionan por debajo de las microondas. De la misma forma, una onda electromagnética puede tener una frecuencia mayor a 8x1014 Hz , siendo aun invisible al ojo humano, tales ondas se llaman Ultravioleta (UV); las frecuencias mayores a estas son los ya conocidos Rayos X, y aun mayores a ellos se encuentran los Rayos Gamma. 1.1.4 Banda Base. Se denomina Banda Base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, por lo que son señales transmitidas en su frecuencia original; se pueden codificar dando lugar a los códigos de banda base. En Telecomunicaciones, el término Banda Base se refiere a la banda de frecuencias producida por un transductor u otro dispositivo generador de señales que no es necesario adaptarlo al medio por el que se va a transmitir, es decir, que es la señal de una sola transmisión en un canal. Por otro lado, la banda ancha lleva mas de una señal y cada una de ellas se transmite en diferentes canales. 10 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES En los sistemas de transmisión, la banda base es utilizada para modular una portadora. La información digital no puede ser enviada en forma de 0 y 1, debe ser codificada en forma de señal con dos estados. Esta transformación de información binaria en una señal con dos estados se realiza a través de un decodificador de banda base; para optimizar la transmisión de la señal, debe ser codificada, de manera que se transmita en un medio físico. Durante el procesos de demodulación se reconstruye la señal banda base original. Se puede decir que la banda base describe el estado de la señal antes de la modulación y la multiplexación, y después de la demultiplexación. Las frecuencias de banda base se caracterizan generalmente por ser mucho mas bajas que las resultantes cuando estas se utilizan para modular una portadora o subportadora; suele ser la frecuencia de una señal igual a la comprendida entre la frecuencia cero y la frecuencia máxima de codificación. La transmisión en banda base se utiliza para cortas distancias debido a su bajo costo y a que solo se efectúa una codificación. Los datos se codifican para solucionar: Disminución de la componente continua. Detectar la presencia de la señal en la línea. Proveer sincronismo entre receptor y transmisor. Existen varios sistemas de codificación para este propósito, los cuales se pueden dividir en dos categorías: Codificación de dos niveles: la señal solo puede tomar un valor estrictamente positivo (-X ó +X, donde X representa el valor de la cantidad física utilizada para transportar la señal) Codificación de tres niveles: la señal solo puede tomar un valor negativo, nulo, o positivo (-X, 0, +X) De acuerdo al desarrollo de Fourier se puede extraer un valor importante de la componente continua por lo que al codificar se busca disminuir dicho valor, pues el sistema de transmisión puede poseer amplificadores y/o transformadores que no tienen en cuenta la componente continua y ello provocaría una deformación en la señal. La transmisión en banda base posee las siguientes características: 11 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La señal mas simple empleada es la NRZL (Non return to zero level). La señal no retorna a cero, y el pulso de tensión tienen la duración de 1 bit. Generalmente un 1 lógico es un pulso de tensión mientras que un 0 lógico es la ausencia de dicho pulso de tensión. La mayor parte de la potencia transmitid se encuentra en las primeras armónicas puesto que el desarrollo de la serie de Fourier da un espectro de la forma sen(x)/x Existen otros tipos de codificación, como la Codificación Retrasada de Miller, codificación Manchester y NRZI. Las señales empleadas en banda base se pueden clasificar de la siguiente forma: Unipolares, Polares y Bipolares. Unipolares. Cuando el valor que representa a un determinado dígito binario sea “1” o “0” adoptando la misma polaridad positiva o negativa, mientras que un 0 vale siempre 0. (Fig 1.6) Fig. 1.6 Unipolar. Polares Los valores que representan a los dígitos binarios se originan como consecuencia de la conmutación entre un valor positivo y uno negativo, de manera que cada dígito binario tendrá una polaridad única y nunca se dispondrá del valor cero. Es decir, que la señal tomara valores positivos para un 1 lógico y negativos para un 0 lógico pero nunca toma el valor 0. 12 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Fig. 1.7 Polar. Bipolares.- Cuando un determinado dígito “0” o “1” adopta valores de polaridad alternada mientras el otro adopta el cero. Fig. 1.8 Bipolar. No es posible enviar junto con los datos una señal de sincronismo. El receptor se sincroniza por medio de las transiciones de pulsos recibidos. Pero si se tiene una larga secuencia de ceros o de unos, la señal permanece constante durante un tiempo bastante largo en la línea y el receptor no puede identificar el principio y fin de cada bit. Este inconveniente se resuelve con la codificación. En transmisiones en banda base puede producirse una deformación por interferencia entre símbolos (intersímbolos), la cual es debida a la superposición parcial de señales que corresponde a cada bit. 13 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.2 MODULACIÓN DE SEÑALES DIGITALES. 1.2.1 Modulación. La Modulación es una operación por medio de la cual se modifica alguna de las características de una señal denominada portadora con una señal denominada modulante, que contiene la información a transmitir. El resultado es una tercer señal denominada modulada. También es la capacidad inherente de tomar la información digital (ondas cuadradas) y modificar las frecuencias específicas de la señal portadora para que la información pueda ser transmitida de un punto a otro sin ningún problema. La demodulación es el proceso de retornar la información a su forma original. A la modificación de algunos parámetros que definen una onda portadora (amplitud, frecuencia, fase), por una señal modulada que se requiere transmitir, es llamada modulación, es decir que la Modulación también es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede entonces ser codificada. Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión. Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros se varía en proporción a la señal de banda base S(t); se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en Frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). Se utilizan dispositivos electrónicos semiconductores con características no lineales (diodos, transistores, bulbos), resistencias, inductancias, capacitores y combinaciones entre ellos. Estos realizan procesos eléctricos cuyo funcionamiento es descrito de su representación matemática. (Ec 1.5) S (t ) =A sin (wt+Θ ) Ec. 1.5 Ecuación de modulación Donde : A es la amplitud de la portadora (volts) w es la frecuencia angular de la portadora (rad/seg) θ es el ángulo de fase de la portadora (rad) 14 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Una radiación eficiente de energía electromagnética requiere de elementos radiadores (antenas) cuyas dimensiones físicas serán por lo menos de 1/10 de su longitud de onda; utilizando la propiedad de traslación defrecuencias de la modulación, las señales se pueden sobreponer sobre una portadora de alta frecuencia, con lo que se logra una reducción sustancial del tamaño de la antena. La modulación posee la útil propiedad de suprimir tanto el ruido como la interferencia; la supresión generalmente requiere de un ancho de banda de transmisión mucho mayor que el de la señal original. Este convenio de ancho de banda para la reducción de ruido es un desventajoso aspecto del diseño de un sistema de comunicación. La Ecuación característica de la Modulación en Frecuencia (FM) es: Ffm=cos (Wct+a+Kf∫ f (t ) dt ) Ec. 1.6 Ecuación de Frecuencia modulada. La modulación hace posible seleccionar y separar cualquiera de las estaciones, dado que cada una tiene asignada una frecuencia portadora diferente. Las técnicas de multicanalización son formas intrínsecas de modulación, permiten la transmisión de múltiples señales sobre un canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en el extremo receptor, las aplicaciones de multicanalización comprenden telemetría de datos, emisión de FM estereofónica y telefonía de larga distancia. Se puede usar para situar una señal en la parte del espectro de frecuencias donde las limitaciones del equipo sean mínimas o donde se encuentren mas fácilmente los requisitos de diseño. Por tanto las razones para modular son: Facilita la propagación de la señal de información por cable o por aire. Ordena el radio-espectro distribuyendo canales a cada información distinta. Disminuye dimensiones de antenas. Optimiza el ancho de banda de cada canal. Evita interferencia entre canales. Protege a la información de las degradaciones por ruido. Define la calidad de la información transmitida. 15 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.2.2 Modulación en Telecomunicaciones. La Modulación en Telecomunicaciones engloban al conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal; estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que hace posible transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra ruido e interferencia. Consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir. Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación analógica, que se realiza a partir de señales analógicas de información (AM, FM, PM), y la modulación digital, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales (ASK, FSK, PSK, QAM). Así como también se puede decir que hay dos tipos básicos de modulación: por onda continua (portadora senoidal) y por pulsos (donde la portadora es un tren de pulsos). Por pulsos, es un proceso discontinuo o discreto, los pulsos están presentes solo en ciertos instantes de tiempo. La modulación por pulsos a su vez también puede ser digital o analógico, variando estos en proporción directa a la señal modulante. Generalmente la Modulación Analógica es apta para señales que varían en el tiempo, debido a que es un proceso continuo; la frecuencia senoidal portadora es mayor que cualquiera de las componentes modulantes. La Modulación Analógica obtenida a partir de ciertas señales son: Modulación de amplitud (AM) Modulación de frecuencia (FM) Modulación de fase (PM) Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe tenemos las siguientes Modulaciones Digitales: Modulación en doble banda lateral (DSB) Modulación banda lateral única (SSB) Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) Modulación de banda lateral vestigial (VSB) 16 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Modulación en anillo Modulación por multitono discreto (DMT) Modulación por longitud de onda Modulación por espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) Las Técnicas de modulación por pulso son por pulsos codificados (PCM), por anchura de pulsos (PWM), por duración de pulsos (PDM), por amplitud de pulsos (PAM), por posición de pulsos (PPM), entre otras. Cuando la señal es una indicación simple on-off a baja velocidad, como una transmisión en código morse o radioteletipo (RTTY), la modulación se denomina manipulación, o modulación por desplazamiento, así tenemos al ASK, FSK, PSK y APSK. La transmisión de radioteletipo (RTTY) puede ser considerada como una forma simple de modulación por impulsos codificados. Cuando se usa el código morse para conmutar on-off la onda portadora, no se usa el término “manipulación de amplitud”, sino operación en onda continua (CW). La modulación se usa frecuentemente en conjunto con varios métodos de acceso de canal. El canal influye en la elección del tipo de modulación de un sistema de comunicaciones, principalmente debido al ruido siendo los principales efectos que sufre la señal al propagarse los siguientes: Atenuación y desvanecimiento. Ruido blanco aditivo e interferencia externa. Dispersión y difracción. Refracción y ruido de fase. Reflexión de señales. Entonces una señal modulada es la que, viajando a través de una línea de transmisión transporta de forma analógica la información que originalmente se encuentra en forma digital. 17 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.2.3 Modulación Analógica. Modulación de Amplitud (AM). La modulación de amplitud (AM) es una técnica utilizada en la comunicación electrónica, más comúnmente para la transmisión de información a través de una onda transversal de televisión. La modulación en amplitud (AM) funciona mediante la variación de la amplitud de la señal transmitida en relación con la información que se envía. Contrastando esta con la modulación de frecuencia, en la que se varía la frecuencia, y la modulación de fase, en la que se varía la fase. A mediados de la década de 1870, una forma de modulación de amplitud, inicialmente llamada "corrientes ondulatorias", fue el primer método para enviar con éxito audio a través de líneas telefónicas con una calidad aceptable. Fig 1.9 – Señal AM Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por consiguiente, los receptores son sencillos y baratos; un ejemplo de esto es la radio a galena. Otras formas de AM como la modulación por Banda lateral única o la Doble Banda Lateral son más eficientes en ancho de banda o potencia pero en contrapartida los receptores y transmisores son más caros y difíciles de construir, ya que además deberán reinsertar la portadora para conformar la AM nuevamente y poder demodular la señal trasmitida. 18 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF; es utilizada en las comunicaciones radiales entre los aviones y las torres de control de los aeropuertos. La llamada "Onda Media" (capaz de ser captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico) abarca un rango de frecuencia que va desde 500 a 1700 KHz. Modulación de Frecuencia (FM). La modulación de frecuencia o frecuencia modulada (FM), es una técnica de modulación que permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia. En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia. La modulación de frecuencia es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también es difundido pormedio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM" o Amplio FM). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM" o el Reducido FM) es utilizada para ahorrar ancho de banda. Además, se utiliza para enviar señales al espacio. La modulación de frecuencia es el único método factible para la grabación de video sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia, siendo también demasiado amplia para trabajar con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta magnética en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de FM elimina a través de impresión Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los más importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de modulación de amplitud (AM), a la modulación de frecuencia (FM), establece un importante avance no solo en el 19 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y interferencia de la señal, tan comunes en AM. La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia. Por ello, la solución simple de aplicar la señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria. Modulación del oscilador.- En oscilador estable, controlado con un cristal piezoeléctrico, se añade un condensador variable con la señal moduladora (varactor). Eso varía ligeramente la frecuencia del oscilador en función de la señal moduladora. Como la excursión de frecuencia que se consigue no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida. Moduladores de fase.- Un modulador de FM se puede modelar exactamente como un modulador de PM con un integrador a la entrada de la señal moduladora. Modulador con PLL.- Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto que estas variaciones son las que modulan la salida del VCO. Fig 1.10 - Señal FM. 20 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Al contrario que en el caso de modulación de amplitud modulada, que se concentra en la frecuencia portadora y dos bandas laterales, el ancho de banda de una señal de FM se extiende indefinidamente teniendo como una amplitud estándar o de rango de transferencia de 58 KHz con 6 canales de transferencia, cancelándose solamente en ciertos valores de frecuencia discretos. A través de la regla de Carson es posible determinar el ancho de banda que se requiere para transmitir una señal modulada en FM (o PM). Mientras que la frecuencia AM contiene una amplitud del espectro de transferencia 38 KHz y un ancho de banda de 56 KB/s conteniendo 5 canales de transferencia. Modulación por Fase (PM) Es una modulación que se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía en forma directamente proporcional de acuerdo con la señal modulante. La modulación de fase no suele ser muy utilizada porque se requieren equipos de recepción más complejos que los de frecuencia modulada. Además puede presentar problemas de ambigüedad para determinar si una señal tiene una fase de 0º o 180º. Fig 1.11 – Un tipo de Señal por Fase Digitalizada. 21 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.2.4 Modulación Digital. La modulación Digital se enfoca en la conversión de información a formas de pulsos. Modulación por ancho de pulso (PWM).- También llamada modulación de duración de pulso o modulación de longitud de pulso, donde el ancho de pulso es proporcional a la amplitud de la señal analógica. En el PWM el periodo y la amplitud de los pulsos son constantes y la información entregada por la señal modulante va a variar el ancho, es decir, la duración de pulsos. El ancho de pulsos es proporcional a la amplitud de la señal analógica. Fig. 1.12 - Modulación digital PWM. Modulación de Posición de pulso (PPM).- La modulación de un pulso de ancho constante varía de acuerdo a la amplitud de la señal analógica. Modulación de Amplitud de Pulso (PAM).- La amplitud de un pulso de posición y ancho constante varia de acuerdo a la amplitud de la señal analógica. Es una señal obtenida después de la técnica de muestreo, cuya señal analógica modulante varía la amplitud del tren de pulsos que constituyen la portadora; la amplitud de cada muestreo es proporcional a la amplitud instantánea de la señal continua en el momento del muestreo. 22 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Siendo la aplicación mas común de la modulación PAM es en la multiplicación por división de tiempo (TDM). Modulación por Pulsos Codificados (PCM).- La señal analógica se prueba y se convierte a una longitud fija, número binario serial, el cual varía de acuerdo a la amplitud de la señal analógica. Esta modulación es un procedimiento que permite convertir una señal analógica en señal numérica y viceversa. Fig 1.13 - La frecuencia con que se toma la muestra se llama frecuencia de muestreo (fm). La modulación por pulsos codificados se basa en tres grandes principios: Muestreo, Cuantificación y Codificación. (Fig 1.13) Muestreo. Es el proceso mediante el cual se transforma una señal analógica en una serie de pulsos de distinta amplitud, llamadas muestras. Cuantificación. No se puede transmitir las infinitas amplitudes continuas que se pueden presentar, se dividen en un número limitado de intervalos de cuantificación, en el que a las muestras cuya amplitud cae dentro del mismo intervalo, se le asigna el mismo valor. En la cuantificación, a las muestras se introduce un error en la amplitud, ya que se sustituye su amplitud real por una aproximada; a este error se le llama error de cuantificación. 23 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Fig. 1.14 - Cuantificación de una muestra. Codificación. Las muestras se codifican según un código determinado (código binario simétrico). Mediante este código se representa la amplitud de cada muestra cuantificada con un número binario, el primer bit indica el signo de muestra (“1” si la muestra es positiva, “0” si la muestra es negativa). El resto de los bits binarios nos dan el valor absoluto de la amplitud de la muestra. Fig. 1.15 - Codificación. Lógicamente, cuando la señal numérica llega al terminal distante, debe ser sometida a los procesos inversos a los efectuados en el lado emisor; estos procesos son: decodificación, reconstrucción de las muestras y obtención de la señal analógica. 24 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.2.4 Conversión de Modulación Analógica a Modulación Digital. Las ondas analógicas son ondas que toman diferentes valores en cada momento, estas ondas transmiten mejor la informaciónal tener solo dos valores que transmitir, normalmente de una forma analógica se convierte a una digital (digitalización). En este proceso se suelen eliminar los sonidos que no puede percibir el ser humano y al llegar al receptor la señal tiene mejor calidad. Finalmente la onda digital se puede convertir en digital binaria. Fig. 1.16 - Transmisión de una onda, de analógica a digital, y de esta a digital binaria. Las señales de naturaleza analógica pueden ser transmitidas digitalmente, para ello deben ser previamente muestreadas y convertidas en muestras discretas de amplitud, las cuales pueden ser codificadas para una eficiente transmisión. Modulación por cambio de amplitud “ASK”.- Consiste en establecer una variación de la amplitud de la frecuencia portadora según los estados significativos de la señal de datos. Fig 1.17 - Ejemplo de Modulación “ASK” 25 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Modulación por cambio de Frecuencia “FSK”.- Consiste en asignar una frecuencia diferente a cada estado significativo de la señal de datos (“0”,”1”). Modulación por cambio de Fase “PSK”.- Consiste en asignar variaciones de fase de una portadora según los estados significativos de la señal de datos, cuando es “0”, el desfase es 0°, cuando es 1, el desfase es 180°. Esta modulación se subdivide en “QPSK”, “DPSK”, “DQPSK” y “QAM”. Las ventajas de la modulación “PSK” radica en que estas modulaciones la potencia es la misma, lo que simplifica el diseño de amplificadores y etapas receptoras (reduciendo costos), ya que la potencia de la fuente es constante así también son óptimas desde el punto de vista de protección frente a errores. Fig. 1.18 - Ejemplo de Modulación “PSK” La Modulación por cambio de fase en cuadratura “QPSK” .- Es el desplazamiento de fase de 4 símbolos, desplazados entre sí 90°. Normalmente se usan como valores de salto de fase 45°, 135°, 225° y 315°. Cada símbolo aporta 2 bits. Bit Defase 00 225° 01 315° 11 45° 10 135° Tabla 1.1 – Fases de la Modulación QPSK 26 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Fig. 1.19- Fases de la modulación “QPSK” Entre las aplicaciones de esta modulación se encuentran: Los estándares IEEE 802.11b-1999 (LAN inalámbrica) y IEEE 802.15.4 usan modulaciones PSK. La modulación QPSK se utilizan en la transmisión de datos por satélite. La banda de 868-915 MHz usa BPSK, mientras que la de 2.4 GHz usa OQPSK. Bluetooth usa DQPSK para su baja velocidad de 2Mbps, y 8-DPSK para la alta de Mbps. Modulación por Amplitud en Cuadratura “QAM”.- Es una modulación digital avanzada que transporta datos cambiando la amplitud de dos ondas portadoras. Estas portadoras tienen igual frecuencia pero están desfasadas 90° entre sí. En QAM es posible transferir mas bits por posición, ya que hay múltiples puntos de transferencia. La señal obtenida sumando la amplitud y la fase de modulación de una señal portadora se utiliza para la transferencia de datos. QAM es generalmente modulaciones cuadradas, siendo 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM y 256-QAM algunos de ellos. Bit Desfase 0000 22.5° 0001, 0011 45° 0010 70.5° 0110 112.5° 27 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 0111, 0101 135° 0100 157.5° 1100 202.5° 1101, 1111 225° 1110 247.5° 1010 292.5° 1011, 1001 315° 1000 337.5° Tabla 1.2 – Fases de la Modulación QAM Fig. 1.20 Modulación QAM. Entre las aplicaciones de esta modulación se encuentran: Son utilizadas en estándares RFID como el ISO 14443, que se ha adoptado en pasaportes biométricos o tarjetas de crédito. Se utiliza para la transmisión de datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido. Televisión digital terrestre. Diseño de Módems superiores a 2400 bps (Incluidos los usados en ADSL) Diseño de sistemas de transmisión de televisión, satélites, microondas. Módem por cable digital. 28 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES 1.3 CANAL. 1.3.1 Sistema de Transmisión con respecto a un Canal. El sistema de transmisión de telecomunicaciones es un conjunto de elementos interconectados que se utilizan para transmitir una señal de un lugar a otro, siendo esta transmisión eléctrica, óptica o de radio frecuencia. Algunos sistemas de transmisión están dotados de repetidores que amplifican la señal antes de volver a retransmitirla. En el caso de señales digitales, estos repetidores reciben el nombre de regeneradores ya que la señal, deformada y atenuada por su paso, es reconstruida y conformado antes de la retransmisión. Los elementos básicos de cualquier sistema de transmisión son la pareja demultiplexor/multiplexor que pueden ser analógicas y digitales, los equipos terminales de línea y en su caso los repetidores o regeneradores. Fig 1.21 Sistema de Transmisión. Todos los sistemas de comunicación consisten de tres parte fundamentales, estos son: sistema de transmisión, sistema receptor, medio de transmisión. Los elementos que integran un sistema de transmisión son un transmisor, una línea o medio de transmisión, un canal y finalmente un receptor. El Transmisor es el dispositivo que transforma y codifica los mensajes en un fenómeno físico conocido como señal. El medio de transmisión es posible que 29 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES modifique o degrade la señal en su trayecto desde el transmisor al receptor debido a ruido, interferencias o la propia distorsión del canal. El receptor posee un mecanismo de decodificación capaz de recuperar el mensaje dentro de ciertos límites de degradación de la señal. La telecomunicación puede ser punto a punto, punto a multipunto o teledifusión, que es una forma particular de punto a multipunto que funciona solamente desde el transmisor a los receptores. Los modernos Sistemas de comunicación hacen amplio uso de la sincronización temporal. Hasta la reciente aparición del uso de telefonía sobre IP. El Emisor, dentro del Sistema de Transmisión, realiza la función de tomar la información de la fuente para adaptarla al canal; siendo el canal el medio por el cual se propaga la información, y el receptor un dispositivo que accede al canal y recupera la información que se ha transmitido. Las características principales del Emisor son: La Frecuencia de emisión y estabilidad de la misma. Tipo de modulación y ancho de banda empleado. Potencia de emisión. 1.3.2 Medio De Transmisión. El medio de Transmisión es aquel que soporta la propagación de señales acústicas, electromagnéticas, de luz u ondas. Los canales de transmisión son típicamente cables metálicos o fibra óptica que acotan o confinan la señal por sí mismos, la radio transmisiones, la transmisión por satélite o por microondas por línea de vista. Por medio de transmisión se entiende el material físico cuyas propiedades de tipo electrónico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo que se emplea para facilitar el transporte de información entre terminales distantes geográficamente. Su uso depende del tipo de aplicación particular ya que cada medio tiene sus propias características de costo, facilidad de instalación, ancho de banda soportado y velocidades de transmisión máxima permitidas. Los criterios principales para ser un medio físico apto son: Facilidad de manejo y costos asociados. Capacidad. 30 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Un determinado voltaje es necesario para vencer la resistencia y forzar el flujo de corriente. Cuando esto ocurre, el flujo de corriente a través del medio produce calor. Desempeño, esto es la potencia generada por el calor se pierde. Distancia . Seguridad. La resistencia del medio físico. El Medio Físico posee un costo dado al tiempo de instalación además de tener menosposibilidades para una reconfiguración, lo cual evita errores; suele poseer menor susceptibilidad a interferencias electromagnéticas. Los medios físicos que acarrean la información pueden ser de dos tipos: confinados o limitados, y no confinados; también conocidos como guiados o no guiados. Los Medios de Transmisión Guiados son aquellos que utilizan unos componentes físicos y sólidos para la transmisión de datos. Medios Guiados Construcción y Variación Par Simétrico Línea de Cobre y Neutro Par Trenzado UTP, FTP Cable Coaxial Delgado- Cortas Distancias Grueso- largas Distancias Fibra Óptica Monomodo Multimodo Tabla 1.3 – Medios Guiados. Medios Guiados. Cables de Pares o Par Trenzado. Consiste en hilos de cobre aislado por una cubierta plástica y torzonada entre sí. Debido a que puede haber acoples entre pares, estos se trenzan lo que tiende a disminuir la interferencia electromagnética. Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajo coste pero su inconveniencia principal es su poca velocidad de 31 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES transmisión y su corta distancia de alcance; su velocidad es inferior al MHz (250 Khz) con velocidades de hasta 16Mbps. El trenzado elimina el ruido eléctrico de los pares adyacentes. Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias por lo que se trenza el cable con distintos pasos de torsión y se suele recubrir una malla externa para evitar las interferencias externas. Existen dos tipos de pares trenzados: sin apantallar (UTP) y apantallado (STP), es decir, con coraza (Shielded Twisted Pair, STP) y sin coraza (Unshielded Twisted Pair, UTP). El primero posee una cubierta metálica que lo aisla completamente de las interferencias, mientras que el segundo no la posee, pero el UTP no solo es más económico y fácil de manejar, sino que es de mucha utilidad. Cable Coaxial. Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable. Es mas caro que el par trenzado. Para señales analógicas se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro. Se usan para transmitir a grandes distancias sin pérdida de la información. El término apantallamiento hace referencia al trenzado o malla de metal que rodea algunos tipos de cable. El apantallamiento protege los datos transmitidos absorbiendo las señales electrónicas conocidas como ruido, de forma que no pasan por el cable y no distorsionan los datos. El núcleo de un cable coaxial transporta datos, este núcleo puede ser sólido o de dos hilos. Si el núcleo es sólido normalmente es de cobre. Fig 1.22 Cable coaxial. 32 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Rodeando al núcleo hay una capa aislante dieléctrica que la separa de la malla de hilo. La malla de hilo trenzado actúa como masa y protege al núcleo de la inter- modulación. El núcleo de conducción y malla de hilos deben estar separados uno del otro; si llegasen a tocarse el cable experimentaría un cortocircuito. Por tanto el cable coaxial se compone de dos conductores, uno interno (central) que es un alambre de cobre grueso y otro externo en forma de malla metálica. Los dos conductores están separados por un aislante y la malla tiene una cubierta plástica. Existen dos tipos de cables coaxiales: cable fino (Thinnet) y grueso (Thicknet). Fibra Óptica. En este medio los datos se transmiten mediante un haz confinado de naturaleza óptica, es mucho mas caro y difícil de manejar pero su rendimiento y calidad de transmisión es mejor. Se utiliza el cable de fibra óptica si se necesita transmitir datos a velocidades muy altas y a grandes distancias en un medio muy seguro. Es un medio muy flexible y muy fino con una forma cilíndrica de tres secciones radiales: núcleo , revestimiento y cubierta. Físicamente un cable de fibra óptica esta constituido por un núcleo formado por una o varias fibras o hebras muy finas de cristal o plástico, esto es que consta de un cilindro de vidrio extremadamente delgado, denominado núcleo. Este se encuentra recubierto por una capa de vidrio concéntrica, conocida como revestimiento; un revestimiento de cristal o plástico con propiedades ópticas diferentes a las del núcleo, cada fibra rodeada de su propio revestimiento y una cubierta plástica para protegerla de humedades y el entorno. Debido a que los hilos de vidrio pasan las señales en una sola dirección, un cable consta de dos hilos en envolturas separadas; un hilo transmite y otro recibe. Una capa de plástico de refuerzo alrededor de cada hilo de vidrio ofrece solidez. Del lado del transmisor, un transductor transforma la señal eléctrica en pulsos de luz por medio de un LED o de un LD, y en el extremo receptor se hace la operación inversa, convirtiendo la señal luminosa en señal eléctrica. Los pulsos luminosos viajan por el núcleo del cable. El núcleo tiene un diámetro muy pequeño totalmente transparente y está cubierto por un revestimiento opaco, que evita que la luz se disipe. Existen dos tipos de fibras ópticas: multimodo y monomodo. 33 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES En el cable de fibra óptica las señales que se transportan son señales digitales de datos en forma de pulsos modulados de luz. El cable no se puede pinchar y sus datos no se pueden robar, es apropiado para transmitir datos a velocidades muy altas, con grandes capacidades a la carencia de atenuación de la señal y a su pureza. Algunas ventajas de la fibra óptica son: Seguridad de alta calidad de transmisión. Reducción de costos de protección contra el ruido. Localización cercana a líneas de alta tensión. Seguridad contra descargas eléctricas. Espaciamiento mayor entre repetidoras. Bajo mantenimiento y gran capacidad de transmisión. Alta privacidad de transmisión y baja potencia en el transmisor. Interferencia mínima entre fibras. A pesar de que la movilidad es reducida en los sistemas de radiocomunicación, además de que la fuente óptica no suele ser lineal. Fig 1.23 Fibra Óptica. 34 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Medios No Guiados. Los Medios no Guiados o sin cable han tenido gran acogida al ser un buen medio de cubrir grandes distancias y hacia cualquier dirección, a través de satélites y su tecnología no para de cambiar. Fig. 1.24 Medios de Transmisión No Guiados. La Radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro mediante ondas. Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. Líneas Aéreas. Consiste en la utilización de hilos de cobre y aluminio recubierto de cobre, mediante los que se configuran circuitos. Como por ejemplo el telégrafo y la telefonía. 35 MEDIOS NO GUIADOS (AIRE) RADIO- FRECUEN- CIAS (KHz,MHz) RADIODIFUSORA, BANDA CIVIL, ETC. MICRO- ONDAS (GHz,THz) SATÉLITES, ANTENAS DE VISTA, ENLACES MINI LINK, ETC. CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES Microondas. En un sistema de microondas se usa el espacio aéreo como medio físico de transmisión. La información se transmite en forma digital a través de ondas de radio de muy corta longitud. Pueden direccionarse múltiples canales a múltiples estaciones dentro de un enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto. Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la antena con la terminal del usuario. Las microondas están definidas como un tipo de onda electromagnética cuya propagación puede efectuarse por el interior de tubos metálicos. Su ancho de banda varía entre 300 a 3000 MHz, aun que con algunos canales de bandasuperior, entre 3GHz y 26GHz. Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas parabólicas, las cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre ellas, además entre mayor sea la altura, mayor el alcance. La principal causa de pérdidas es la atenuación causada por la lluvia. El satélite recibe las señales y las amplifica o retransmite en la dirección adecuada. Para mantener la alineación con los receptores y emisores de la tierra, el satélite debe ser geoestacionario. El rango de frecuencias para la recepción del satélite debe ser diferente del rango al que este emite, para que no haya interferencias entre las señales que descienden y ascienden. Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempo desde que sale del emisor en la tierra hasta que es devuelta en al receptor o receptores, se debe tener cuidado con el control de errores y el flujo de la señal. Existen sutiles diferencias entre las ondas de radio y microondas, como por ejemplo: las microondas son unidireccionales y las ondas de radio son omnidireccionales, las microondas son sensibles a la atenuación producida por la lluvia, las ondas de radio pueden crear señales hermanas. Sin embargo dentro de la comunicación se busca mayor información transmitida a mayor velocidad de transmisión. 1.3.3 Tipo De Transmisión. Algunos tipos de transmisión son: Tipo Asíncrono. Tipo Síncrono. Tipo Plesio-síncrono. Tipo Serial. 36 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La Transmisión Asíncrona se define como las señales numéricas que se transmiten sin sincronía temporal. Las señales tienen diversas frecuencias y relaciones de fase. Los caracteres individuales contenidos en segmentos del control señalan el principio y el final de cada paquete. Es una forma de transmisión de datos en la cual los datos se envían intermitentemente, un carácter a la vez, más bien, en una corriente constante con los caracteres separados por intervalos fijos del tiempo. La transmisión asincrónica confía en el uso de un bit(s) al comienzo del carácter (bit de paridad opcional), para distinguir caracteres separados. Por otro lado, la transmisión Síncrona es aquella Transmisión de datos usando octetos de la sincronización, en vez de bits partida/parada, para controlar la transmisión. Las señales numéricas se transmiten con registro exacto de tiempo. Las señales tienen la misma frecuencia. Los caracteres individuales contenidos en bits del control (los bits de comienzo y de parada) señalan el principio y el extremo de cada carácter. 1.3.4 Canal. En Telecomunicaciones el termino canal es considerado el camino único facilitado mediante un medio de transmisión que transporta las señales eléctricas o electromagnéticas, también puede ser la conexión que une un generador a un receptor. Desde el punto de vista telemático, un canal puede ser estudiado por sus propiedades físicas: naturaleza de la señal, velocidad de transmisión, ancho de banda, nivel de ruido que genera, modo de inserción de emisores y receptores. Entonces un canal de comunicación es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de la información de emisor y receptor, es decir, que es el medio por el cual se transmite la señal con la información de intercambio entre emisor y receptor. Las propiedades del canal de comunicaciones no coincide con las propiedades de la señal que se desea transmitir. Cuando se quiere que varias informaciones distintas compartan un mismo canal de comunicaciones, hay que adaptar las señales a enviar mediante un proceso de multiplexación, de forma que todas ellas puedan ser adecuadamente recuperadas sin alteración significativa. 37 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES En la Tabla 1.4 se mencionan los tipos básicos de canales. Tipos Básicos de Canales Medio Físico (Cables guiados) Medio Radio-Eléctrico Fibras ópticas Cable coaxial Par Trenzado Tropos- férico Ionosférico Vacío Tabla 1.4 Tipos de Canales La frecuencia del canal suele ser la frecuencia central del canal asignado a una estación, la cual coincide con la frecuencia de portadora emitida en ausencia de la señal modulante. En un canal de datos, se denomina velocidad de transmisión al número de dígitos binarios transmitidos en la unidad de tiempo, independientemente que lleve información o no; a su vez, la velocidad binaria de transmisión se mide en bits por segundo (bps), este concepto es más utilizado en los sistemas síncronos. Para un enlace de m canales y n niveles, la velocidad de transmisión sería definida por la siguiente formula: Cuando N es un único canal la fórmula adecuada es la anterior. 38 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La capacidad máxima de un canal es determinada por la ecuación conocida como “Capacidad de Shanon” la cual toma en cuenta la razón señal/ruido del canal de transmisión (medido en decibeles o dB). C=B log (1+S /N )bps Ec 1.7- Ecuación Capacidad Shanon 1.3.5 Modos De Transmisión. Atendiendo a la capacidad de transmitir entera o parcialmente existen tres modos de transmisión: Dúplex, Semidúplex y simplex. Dúplex.- Es un sistema capaz de mantener una comunicación bidireccional, enviando y recibiendo mensajes de forma simultánea. Este modo debe ser capaz de transmitir en ambos sentidos, enviar y recibir a la vez. Fig 1.25- Representación del Canal Dúplex Semidúplex (Half Dúplex).- Una conexión alternativa o semi-dúplex es una conexión en la que los datos fluyen en una u otra dirección, no las dos al mismo tiempo. Con este tipo de conexión, cada extremo de la conexión transmite uno después del otro. Este tipo de conexión hace posible tener una comunicación bidireccional utilizando toda la capacidad de la línea. Simplex.- Solo permiten la transmisión en un sentido. Dentro de la Duplexación existen, además, dos técnicas conocidas como: Duplexación por división de tiempo (TDD) y Duplexación por división de frecuencia. 39 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES DIGITALES La duplexación por división de tiempo (TDD) es una técnica que convierte este canal en dúplex separando las señales enviadas, y recibidas en intervalos de tiempos diferentes sobre el mismo canal usando acceso múltiple por división de tiempo. Algunos ejemplos de esta duplexación son las interfaces suplementarias de UMTS 3G, TD-CDMA para telecomunicaciones en interiores, el TD-LTE 4-G, la interfase para comunicaciones móviles TD-SCDMA 3G, la telefonía inalámbrica DECT, las redes de paquetes semi-dúplex basadas en acceso múltiple por detección de portadora. Fig 1.26- Representación del Canal Half Dúplex La Duplexación por división de frecuencia (FDD) significa que el transmisor y el receptor operan a diferentes frecuencias portadoras, siendo capaz de enviar y recibir al mismo tiempo alterando ligeramente la frecuencia a la que envía y recibe, este modo es referido a complemento. Es eficiente en el caso de tráfico simétrico. Por tanto tiende a desperdiciar ancho de banda, requiere circuitería más compleja, y posee una mayor latencia inherente. Existen dos técnicas fundamentales que permiten dicha transmisión: Transmisión de Banda Base (Base Band) y Transmisión de Banda Ancha (Broad Band). La primera consiste en entregar al medio de transmisión la señal de datos directamente, sin que intervenga ningún proceso entre la generación de la señal y su entrega a la línea, como pudiera ser cualquier tipo de modulación. La Transmisión paralela es el envío de datos de byte en byte, sobre un mínimo de ocho líneas paralelas a través de una interfaz paralela; mientras que la transmisión en serie es el envío de datos de bit en bit sobre una interfaz en serie. 40 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓNCAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. 42 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Introducción. En telecomunicaciones, un sistema de transmisión es un conjunto de elementos interconectados que se utiliza para transmitir una señal de un lugar a otro. Algunos sistemas de transmisión están dotados de repetidores que amplifican la señal antes de volver a retransmitirla. En el caso de señales digitales estos repetidores reciben el nombre de regeneradores ya que la señal, deformada y atenuada por su paso por el medio de transmisión, es reconstruida y conformada antes de la retransmisión. El equipo terminal de línea consta de los elementos necesarios para adaptar los multiplexores al medio de transmisión, sea este un conductor metálico, fibra óptica o el espacio radioeléctrico. En el equipo terminal se incluyen además los elementos de supervisión de repetidores o regeneradores así como, en caso de ser necesario, el equipo necesario para alimentar eléctricamente a estos repetidores o regeneradores intermedios cuando ello se hace a través de los propios conductores metálicos de señal. Los elementos básicos de cualquier sistema de transmisión son la pareja multiplexor/demultiplexor (que pueden ser analógicos o digitales), los equipos terminales de línea y, en su caso, los repetidores o regeneradores . Los multiplexores pueden ser de división de frecuencia o de división de tiempo. Los modernos equipos de transmisión digital tales como los utilizados en comunicaciones, específicamente los modernos celulares de la amplia gama de Nokia, I-Phone, Galaxy, etc; se rigen bajo los protocolos de la Jerarquía Digital Síncrona (SDH), que es un conjunto de protocolos de transmisión de datos. Se puede considerar como la revolución de los sistemas de transmisión, como consecuencia de la utilización de la fibra óptica como medio de transmisión, así como de la necesidad de sistemas más flexibles y que soporten anchos de banda elevados. Estas funciones de supervisión y adaptación al medio, generalmente óptico, están concentradas en el mismo equipo. 43 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN 2.1 TELECOMUNICACIONES Se le llama Telecomunicaciones al procedimiento que permite hacer llegar a uno o varios usuarios determinadas o eventuales informaciones empleando cualquier sistema electromagnético para su transmisión. Por lo cual, un Sistema de Telecomunicaciones, es el conjunto de equipos y enlaces tanto físicos como electromagnéticos utilizables para la prestación de un determinado servicio de comunicaciones. El Servicio Público de Telecomunicaciones es aquel servicio que es brindado de manera general dado en concesión a empresas privadas. Las Telecomunicaciones suelen clasificarse en: a) Terrestres b) Radioeléctricas o Satelitales. Las Telecomunicaciones Terrestres son aquellas que necesitan un medio de propagación por ejemplo: las líneas físicas. Algunos representantes de las T. Terrestres son cables coaxiales, guías de ondas, fibras ópticas, par trenzado, etc. Estas constituidas en su mayoría por alambre de cobre. Las Telecomunicaciones Radioeléctricas o Satelitales utilizan como medio de propagación la atmósfera terrestre, transmitiendo señales en ondas electromagnéticas, ondas de radio, microondas; dependiendo de la frecuencia a la cual se transmite. Un satélite actúa básicamente como un repetidor situado en el espacio: recibe las señales enviadas desde la estación terrestre y las re-emite a otro satélite o de vuelta a los receptores terrestres. Estas también pueden ser de estación terrestre a estación espacial, de estación espacial con otra estación espacial; o de una estación terrestre a otra, utilizando una estación espacial como repetidora. El elemento principal dentro de las Telecomunicaciones es considerada la señalización mediante Transductores y aparatos Receptor-Emisor. 44 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN 2.2 SEÑALIZACIÓN. La comunicación es la transferencia de información con sentido desde un lugar ( fuente, transmisor) a otro lugar (destino, receptor); pero la información es un patrón físico al cual se le ha asignado un significado comúnmente acordado. El patrón debe ser único con la capacidad de ser enviado por el transmisor además de ser capaz de ser detectado y entendido por el receptor. Existen tres elementos básicos en un sistema de comunicación: el transmisor, el canal de transmisión y el receptor. El transmisor pasa el mensaje al canal en forma de señal por lo que se realizan varios procesamientos de la señal siendo la más importante la modulación, 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 la fuente y el destino. La función del Receptor es extraer la señal y entregarla al transductor de salida; como resultado de la atenuación, el receptor debe tener varias etapas de amplificación por lo que la demodulación es la clave dentro de estas etapas. Fig 2.1- Estructura de la Señalización. 45 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN 2.2.1 Transductor. Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (por ejemplo, fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro. Por lo que un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física diversa. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad). Los transductores son, hoy en día, indispensables en los sistemas de automatización y control. En el momento que se registran o se usan magnitudes físicas para el control de un proceso es necesario usar un transductor. La razón radica en que hoy en día es necesario registrar un número grande de magnitudes. Además de las famosas magnitudes como temperatura o presión, muchas veces es necesario registrar otros parámetros, como concentración de gases, o caudal. Para que la electrónica pueda recibir una señal legible, es necesario que el transductor convierta la magnitud física en una señal eléctrica. Para tener flexibilidad, la industria ha determinado señales normalizadas que pueden ser leídas por muchos medidores. Fig 2.2- Transductores Analógicos. Implementos de variación de la señal. 46 CAPÍTULO II. SISTEMAS DE TRANSMISIÓN Cualquier sensor o transductor necesita estar calibrado para ser útil como dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento mediante el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida. Los transductores, dependiendo de la forma de la señal convertida, se clasifican en: Transductores analógicos Transductores digitales Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide. Algunos ejemplos se pueden apreciar en la Figura 2.2 Los transductores digitales producen una señal digital de salida, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos, como se muestra en la Figura 2.3 Fig 2.3- Transductores Digitales. Omanometro Digital y Espirometro Microloop 47
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