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Capitulo 02 - Conceptos Fundamentales

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TEL120 - Introducción a Telecomunicaciones

Curso inicial de Telecomunicaciones y Tecnologías dictado en el cuarto semestre de la Facultad de Ciencias e Ingeniería en la Especialidad de Ingeniería de Telecomunicaciones.

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Capitulo 02 - Conceptos Fundamentales

  1. 1. ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ TEL 120 Capítulo 02  Conceptos Fundamentales  Ing. David Ortega G. 
  2. 2. Agenda  Conceptos de… 1  Teoría de Comunicaciones  2  Redes de Telecomunicaciones ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 2
  3. 3. Conceptos de Teoría de ComunicacionesITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 3
  4. 4. Modelo de Comunicaciones  Ruido  Fuente  Tx  El Canal  Rx  Destinatario  Mensaje               Señal  Señal Recibida        Mensaje  Modelo de Comunicaciones de Shanon y Weaver, 1948ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 4
  5. 5. Transmisores y Receptores  •  El transmisor es el elemento que transforma el mensaje emitido en un conjunto  de señales o códigos que serán adecuados al canal encargado de transmitirlos.  •  El  receptor  se  encarga  de  decodificar  el  mensaje  transmitido  que  llegó  por  el  canal, para transformarlo en un código (lenguaje) entendible por el destinatario y  enviarlo a éste.  Y un teléfono? Un celular?  Transmisor + Receptor = Transceptor  (Transciever)  No olvidemos que  en  el  fondo  los  transmisores  y  receptores  son  circuitosITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 5
  6. 6. Transmisores y Receptores  Transmisor  Transductor de  Pre ­ Procesador  Modulador  Entrada  Convierte el  Acondiciona o trata  Genere una señal  mensaje de entrada  la señal eléctrica  análoga o muy  en una señal  parecida a la original  eléctrica variable en  modificando alguno  el tiempo  de sus parámetros  como amplitud, fase  o frecuenciaITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 6
  7. 7. El Medio •  El medio o canal puede ser considerado como un subsistema de comunicaciones  físico  en  función  a la  distancia  por  el  cual  viajan  las  señales  entre  los  extremos  del modelo.  El Medio no es ideal ni perfecto  •  El  Ruido es la perturbación de una señal por culpa de otra interferente que  produce  errores  en  la  percepción  de  la  señal.  Este  rudio  es  producido  por  inducción de otras señales en el canal de una comunicación o por la presencia de  elementos eletrónicos en los repetidores o amplificadores de señal.  •  Eco, Crosstalk, Diafonía, Retardo, limitaciones en banda o en potencia, etc ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 7
  8. 8. El Medio ­ Cableado  Par Trenzado  Cable Coaxial  Fibra Óptica  Cable  de  cobre  trenzado  Cable  de  cobre  de  dos  Cable  que  transmite  para  evitar  interferencia  conductores (vivo y malla)  señales, pulsos de luz que  eléctrica.  Es  presa  del  que  trasnmite  señales  de  rebotan  en  fibras  internas  crosstalk  o  diafonía  por  alta  frecuencia.  Usado  en  de  vidrio  vía  reflexión.  ser  un  cable  de  multiples  enlaces  troncales  TDMs,  Inmune  a  ruido  medios  y  ruido  inicialmente  LAN;  siendo  electromagnético.  Alta  eletromagnético.  Usado  el  CATV  su  uso  más  vellcidad  y  gran  ancho  de  en Telefonía y xDSL  popular. 50 (D) y 75 Ohms  bandaITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 8
  9. 9. El Medio ­ Inalámbrico  Las Comunicaciones Móviles, Comunicaciones Satelitales, Comunicaciones  de  radio  y  lasmicroondas  usan  el  aire  o  el  espacio  como  medio  físico  utilizando las diferentes bandas de frecuencias.  La  Radiofrecuencia  utiliza  la  porción  del  espectro  eletromagnético  entre  3  Hz y 300 Ghz para transmitir señales de manera inalámbrica.  Más adelante veremos conceptos específicos de RadiofrecuenciaITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 9
  10. 10. Espectro ElectromagnéticoITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 10
  11. 11. Modos de Transmisión  Full Duplex  Tx/Rx  Tx/Rx  Tx  Tx  Half Duplex  Rx  Rx  Simplex Tx  Rx ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 11
  12. 12. Señales  •  Una señal es una variación de la corriente eléctrica o  alguna  otra  magnitud  física  utilizada  para  trasmitir  información a través del canal.  •  Al provenir de la fuente las señales son Analógicas.  •  Deben ser convertidas a señales Digitales:  –  Ante ruido o perturbaciones, las señales digitales  pueden ser reconstruidas  –  Permite  corregir  errores  ocasionados  en  el  trayecto  –  Es  posible  realizar  y  aplicar  métodos  de  compresión  •  La  Digitalización  de  señales  contempla  3  pasos:  Muestreo, Cuantificación y CodificaciónITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 12
  13. 13. Digitalización de Señales ­ Muestreo  Cuánto es la  frecuencia  adecuada? Toma de muestras periódicas de la amplitud de una Señal a  Muestreo  una frecuencia llamada frecuencia de muestreo ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 13
  14. 14. Digitalización de Señales ­ Cuantificación  09 08  07  06  05  04  03  02  01  Es el ajuste de los valores tomados en el muestreo al universo  Cuantificación  Finito de valores admitidos por el sistema. ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 14
  15. 15. Digitalización de Señales ­ Codificación  Un  Códec? 09  04,05,06,05,04,03,02,01,02,03,04,06,07,09,  09,09,08,05,03,02,03,05  08  07  06  05  04  03  02  010001010110010101000011001000  01  010010001101000110011110011001  1001100001010011001000110101  Conversión de los valores ajustados de la cuatificación al  Codificación  Código binario ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 15
  16. 16. Modulación  •  Señal Moduladora  –  Es la señal que tiene la información  •  Onda Portadora  –  Señal  de  mayor  frecuencia que  la señal  moduladora  •  El  tamaño  físico  de  las  antenas  es  proporcional  a  la  longitud  de  onda  de  las  señales  que  se  trasnmiten  o  reciben  por  ellas.  •  Ordenamos el espectro modulando  •  Optimizamos Ancho de banda  •  Protegemos la calidad de la información  •  La señal se propaga de mejor forma  Diferentes tipos de Modulación:  •  Analógica: AM, FM, PM  •  Digital: QAM, QPSK, ASK, FSK Graficos tomado de WikipediaITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 16
  17. 17. Dominios de Tiempo y Frecuencia  Fuente: http://spie.org  La  Transformada  de Fourier  nos  permite  pasar  una  señal  del  dominio  temporal  al  dominio  de  la frecuencia.  A  través  del  análisis  frecuencial  y la aplicación de filtros podemos  recuperar  señales  que  han  sido  interferidas  Analizador de Espectros  (Spectrum Analyzer)ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 17
  18. 18. Dominios de Tiempo y Frecuencia  Un Ejemplo: Frecuencia                                  Tiempo  La Voz Humana  La  Voz  humana  se  encuentra  en  el  rango  entre  80  y  1100  Hz  (escuchamos  desde  20  hasta  4400  Hz)  Chicos: Tono entre 100 y 200 Hz  Chicas: Tono entre 150 y 300 Hz  Bebé Recién nacido: 440 – 500 Hz ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 18
  19. 19. Ancho de Banda Analógico  •  Definimos  ancho  de  banda  analógico  como  el  espacio  en  Hz  de  potencia  significativa en una señal en el dominio de la frecuencia.  •  Se define como:  BW = Frecuencia Final – Frecuencia Inicial  •  Ejemplos:  –  El ancho de banda de la voz humana es de alrededor de 1 Khz.  –  El ancho de banda de una portadora GSM (2G) es de 200 Khz  Ancho de Banda Digital  Es la cantidad de datos que se pueden transmitir en una unidad de tiempo. La unidad  más usada es Kbps – Kilobits por segundo. Ejemplo BW ADSL = 256 KbpsITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 19
  20. 20. Relación Señal a Ruido (SNR)  Relación  de  señal  deseada contra  el  ruido  interferente  del  sistema  de telecomunicaciones.  Es  importante  para  saber  cuan  rescatable  del  ruido  es  nuestra  señal  Tomado de radioeletronics.com  Los  dB  son  unidades  logaritmicas  de  niveles  de  referencia.  Esto  permite,  por  ejemplo,  expresar  en  Qué son los Decibelios? decibelios la ganancia  de  un  amplificador  o la  pérdida  de  un  atenuador  sin  necesidad  de  referirse  a  la  potencia  de  entrada  que,  en  cada  momento,  se  les  esté aplicando. ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 20
  21. 21. Teorema de Nyquist  El teorema de Nyquist demuestra, que la  reconstrucción  exacta  de  una  señal  periodica  contínua  en  banda  base  a  partir  de  sus  muestras,  es  matemáticamente  posible  si  la  señal  está  limitada  en  banda  y  la  tasa  de  muestreo  es  superior  al  doble  de  su  ancho de banda.  f(m) ≥ 2*BWITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 21
  22. 22. Teoría de la Información (Shanon)  •  Juguemos al ahorcado…  •  La  teoría  de  la  Información  busca  cuantificar  la  información  para  definir  la  capacidad  de  un  canal,  temas  de  compresión  de  datos.  Cada  elemento  de  un  mensaje  aporta  cierta  cantidad  de  información  lo  que  elimina  la  incertidumbre,  haciendo  más  probable la eliminación de errores (entropía de shannon)ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 22
  23. 23. Cantidad de Información de Shannon  •  Conociendo el BW y el SNR de un sistema, podemos saber la  cantidad de Información que este soporta:  C = BW*Log2 [1+ SNR] bits/seg  Ejemplo: Para el sistema telefónico, la Relación señal a Ruido,  usualmente es 20dB.  Luego:  20 = 10*Log(S/N) S/N =100.  Por lo tanto:  C = 3kHz*Log2 [1+ 100]  C = 19kbpsITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 23
  24. 24. Conceptos de Redes de TelecomunicacionesITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 24
  25. 25. Red de Telecomunicaciones  Server  Aplicaciones  Internet  Ethernet  IP Core  Softswitch  Transporte  Red de Acceso  Red Core  Llamamos  “Red  de  Telecomunicaciones”  al  enmallado  de  enlaces  y  nodos  ordenados  para  la  telecomunicación en el cual los mensajes pasan de una parte a otra de la red a través de diferentes  enlaces y nodos.ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 25
  26. 26. La Última Milla – Last Mile  Llamamos  “Última  Milla”  al  último  tramo  de  comunicación  entre  un  operador  de  Telecomunicaciones y el usuario final. Podrán encontrar literatura en la cual es también llamada “la  primera milla” (visto desde el usuario)  Diferentes tecnologías se utilizan en la última milla como Wi­Fi, tecnologías de acceso xDSL como  ADSL2+ (Speedy), tecnologías xPON sobre fibra óptica entre otras.  La  última  milla  es  un  gran  reto  para  los  operadores,  usando  tecnologías  fijas  despliegan  gran  infratesructura; y con tec. Inalámbricas pagan canones de espectro.  Los operadores buscan optimizar BW, inversión y escalabilidad.ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 26
  27. 27. Redes P2P & P2MP  Tomado de: bibliotecadigital.ilce.edu.mxITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 27
  28. 28. Conmutación (Switching)  Circuitos  Paquetes  Tomado de: bibliotecadigital.ilce.edu.mx Nodo  Nodo  Nodo  Nodo  Nodo  Nodo  ­ Tiempo Real  ­ Flexibilidad y rentabilidad  ­ No se comparte el BW  ­ Retransmisión en caso de error  ­ Desperdicio de recursos en tiempo muerto  ­ Equipos de nodos mas complejos  ­ Negociación previa que retrasa  ­ BW aprovechado por todos y no  ­ Circuitos Fijos  por una comunicación en particular ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 28
  29. 29. Multiplexación  Combinar varios canales sobre el mismo medio n entradas  n salidas  1 enlace, n canales  MUX  DEMUX  •  La Multiplexación puede ser:  –  TDM – Multiplexación por división de tiempo  –  FDM – Multiplexación por división de frecuencia  –  WDM – Muliplexación por división de Longitudes de Onda ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 29
  30. 30. Tecnologías de Acceso Múltiple  Control  de Acceso  al Medioo Acceso  Múltiple:  Protocolos  basados en multiplexación  para accesar a un medio común por medio de multicanalización. Us er  Us Us er  er  Power  Power  Power  Us er        n cy n cy nc y T im ue T im q ue T im ue eq Fre e q e  Fr e  e  Fr FDMA  TDMA  CDMA ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 30
  31. 31. Accesibilidad y Modelo de Colas  •  En  telecomunicaciones,  se  utilizan  los  modelos  de  colas  para  establecer  la  posibilidad  de  pérdida  de  un  sistema  de  telecomunicaciones,  dada  la  existencia  de  tráfico.  Los  sistemas  de  telecomunicaciones  no  pueden  albergar  a  todos  los  usuarios  por lo que se diseñan con un porcentaje de pérdida.  Aparece un concepto interesante  para las telecomunicaciones: 1%  2%  Pérdida en  Pérdida en  Telefonía Fija  Telefonía Móvil ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 31
  32. 32. Protocolos  •  Un  protocolo  es  el  conjunto  de  reglas  standard  que  establece  y  controla una comunicación o transferencia de información.  •  Los protocolos de comunicación:  –  Dan formato a los datos o a la información  –  Negociación automática de toma del canal (handshaking)  –  Corrigen errores y establecen reconexión  –  Inician y terminan sesiones de comunicación.ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 32
  33. 33. Protocolos – OC, NOC  No Orientado a Conexión  Orientado a Conexión  Conexión  OK!  Envía y “Reza”  Envía y Monitorea  Ej: Voz sobre IP  Ej: InternetITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 33
  34. 34. Modelo de Capas  El Ejemplo del telegrafista Autor: Angelo Velarde ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 34
  35. 35. Modelo de Capas  Tomemos  en  cuenta  los  protocolos,  como  parte  de  la  arquitectura, no las interfaces.  Autor: Angelo VelardeITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 35
  36. 36. Modelo de Capas  Y una red de Telegrafistas… Autor: Angelo Velarde ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 36
  37. 37. Modelo OSI de Capas  •  El  modelo  OSI  (Open  Systems  Interconnection)  es  una  arquitectura  de  capas  para  diseño  de  protocolos  y  sistemas  de  red. El modelo OSI se divide en 7 capas.  •  Una capa es una entidad abstracta que provee servicios a la capa  inmediata  superior  y  utiliza  servicios  ofrecidos  por  la  capa  inmediata inferior.  •  Y estas capas son:  PHYDANETSEPREAITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 37
  38. 38. Modelo OSI de Capas  APLICATION – Capa de Aplicación PRESENTATION – Capa de Presentación  SESSION – Capa de Sesión  TRANSPORTATION – Capa de Transporte  NETWORK – Capa de Red  DATA LINK – Capa de Enlace  PHYSICAL – Capa Física ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 38
  39. 39. Modelo OSI de Capas  APLICATION – Capa de Aplicación  Interfaz al usuario PRESENTATION – Capa de Presentación  Formato requerido por aplic.  SESSION – Capa de Sesión  Establecer y cerrar conexión  TRANSPORTATION – Capa de Transporte  Control de Datos (Paquetes)  NETWORK – Capa de Red  Ruta de Comunicación  DATA LINK – Capa de Enlace  Control y Gestion de Errores  PHYSICAL – Capa Física  Medio de transmisión ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ Ing. David Ortega G. 39
  40. 40. ITEL – Introducción a Ingeniería de las Telecomunicaciones ­ TEL 120 Capítulo 02  Conceptos Fundamentales  Ing. David Ortega G. 

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