Frequency Domain Concepts
Conceptos del dominio de la frecuencia
Una señal electromagnética estará compuesta por muchas frecuencias
El período de la señal total es igual al período de la frecuencia fundamental
Dicho de otra manera, cualquier señal electromagnética puede demostrarse que consiste en una colección de señales analógicas periódicas (ondas sinusoidales) a diferentes amplitudes, frecuencias y fases.
Cuando todos los
los componentes de frecuencia de una señal son múltiplos enteros de una frecuencia,
esta última frecuencia se denomina frecuencia fundamental.
Al sumar suficientes señales sinusoidales, cada una con la apropiada
amplitud, frecuencia y fase, se puede construir cualquier señal electromagnética.
El espectro de una señal es el rango de frecuencias que contiene.
Relationship between Data Rate and Bandwidth
Relación entre la tasa de datos y el ancho de banda
Existe una relación directa entre la capacidad de transporte de información de una señal
y su ancho de banda:
Cuanto mayor es el ancho de banda, mayor es la información que se transmite
capacidad.
cualquier forma de onda digital que utilice pulsos rectangulares tendrá un ancho de banda infinito.
Si
intentamos transmitir esta forma de onda como una señal a través de cualquier medio, la transmisión-
limitará el ancho de banda que puede ser transmitido.
Cuanto más limitado sea el ancho de banda, mayor será la distorsión y mayor es el potencial de error del receptor.
Analog and Digital Data
Datos analógicos y digitales
Los términos analógico y digital
continuo y discreto
Los datos analógicos asumen valores contínuos en algún intervalo.
datos, señales y transmisión
definimos los datos como entidades que transmiten significado, o información.
Señales
son representaciones eléctricas o electromagnéticas de datos.
La transmisión es la comunicación de los datos por la propagación y el procesamiento de las señales.
Los datos digitales toman valores discretos
Analog and Digital Signaling
Señalización analógica y digital
Los datos se propagan de un punto a otro por medios de señales electromagnéticas.
Las principales ventajas de la señalización digital son que generalmente es más barata que la señalización analógica y es menos susceptible a las interferencias de ruido.
Datos digitales, señal digital: En general, el equipo para codificar datos digitales
en una señal digital es menos compleja y menos costosa que la digital-analógica
equipo.
atos digitales, señal analógica: Algunos medios de transmisión, como la fibra óptica y
satélite, sólo propagará señales analógicas.
Una señal analógica es una onda electromagnética que varía continuamente y que se puede propagar a través de una variedad de medios.
dependiendo de la frecuencia
como el par trenzado y el cable coaxial
cable de fibra óptica
y la atmósfera o la propagación espacial (inalámbrica)
Una señal digital
es una secuencia de pulsos de voltaje que puede ser transmitida sobre un medio de alambre de cobre
un nivel de voltaje positivo constante puede representar un 0 binario y una constante
El nivel de voltaje negativo puede representar el binario 1.
La principal desventaja es que las señales digitales sufren más de atenuación que las señales analógicas.
Datos analógicos, señal digital: La conversión de los datos analógicos a la forma digital permite
el uso de equipos modernos de transmisión y conmutación digital de datos analógicos.
Datos analógicos, señal analógica: Los datos analógicos son fácilmente convertidos a una señal analógica
Analog and Digital Transmission
Transmisión analógica y digital
Tanto las señales analógicas como las digitales pueden ser transmitidas en medios de transmisión adecuados.
la señal analógica sufrirá una atenuación que limitará la longitud del enlace de transmisión.
La transmisión digital, en cambio, se ocupa del contenido de la señal.
La transmisión analógica es un medio de transmitir señales analógicas sin tener en cuenta su contenido.
Para lograr distancias más largas, el sistema de transmisión analógica
incluye amplificadores que aumentan la energía de la señal.
El amplificador también aumenta los componentes de ruido
Con los amplificadores en cascada para lograr una larga distancia, la señal se distorsiona cada vez más.
los datos digitales transmitidos como señales analógicas, los amplificadores en cascada
introducen errores.
Una señal digital sólo puede propagarse de manera limitada, antes de que la atenuación ponga en peligro la integridad de los datos.
Para lograr una mayor distancias, se utilizan repetidores
Un repetidor recibe la señal digital, recupera la
patrón de unos y ceros, y retransmite una nueva señal. Así, la atenuación es superadA.
La misma técnica puede utilizarse con una señal analógica si la señal lleva datos digitales.
El dispositivo de retransmisión recupera los datos de la señal analógica, generando una nueva y limpia señal analógica. Así, el ruido es no acumulativo.
Channel Capacity
Capacidad del canal
Una variedad de impedimentos pueden distorsionar o corromper una señal.
Una deficiencia común es
ruido.
el ruido es algo que degrada la calidad de la señal
La velocidad de los datos: Esta es la velocidad, en bits por segundo (bps), a la que los datos pueden ser
comunicados.
Ruido: Para esta discusión, estamos preocupados por el nivel promedio de ruido
sobre la ruta de comunicaciones.
Para los datos digitales, esto significa que nos gustaría obtener
una velocidad de datos tan alta como sea posible en un límite particular de tasa de error para una banda dada.
La principal limitación para lograr esta eficiencia es el ruido.
La velocidad máxima a la que pueden transmitirse los datos a través de una determinada vía de comunicación, o canal, en determinadas condiciones se denomina capacidad del canal.
Ancho de banda: Este es el ancho de banda de la señal transmitida como limitada por
el transmisor y la naturaleza del medio de transmisión, expresada en ciclos
por segundo, o Hertz.
Tasa de error: Esta es la tasa en la que se producen los errores, donde un error es la recepción de un 1 cuando se transmitió un 0 o la recepción de un 0 cuando se transmitió un 1.
Nyquist Bandwidth
Ancho de banda de Nyquist
consideremos el caso de un canal que no tiene ruido
la limitación de la velocidad de los datos es simplemente el ancho de banda de la señal.
Cada elemento de la señal puede representar más de un bit. Por ejemplo, si se utilizan cuatro posibles niveles de voltaje como señales, entonces cada elemento de la señal puede representar dos bits.
Señalización multinivel
Un ancho de banda dado, la tasa de datos puede ser incrementada aumentando la
número de elementos de señal diferentes.
El ruido y otras
deficiencias en la línea de transmisión limitarán el valor práctico de M.
Nyquist, establece que si la tasa de transmisión de la señal es de 2B, entonces
una señal con frecuencias no mayores que B es suficiente para llevar la velocidad de la señal.
M es el número de elementos de señal discreta o niveles de voltaje.
Esto supone una mayor carga para el receptor: En lugar de distinguir uno de los dos posibles elementos de la señal durante cada vez que la señal se produce, debe distinguir una de las posibles señales M.
El ruido y otras deficiencias en la línea de transmisión limitarán el valor práctico de M.
Shannon Capacity
Capacidad de Shannon
La fórmula de Nyquist: al duplicar el ancho de banda se duplica la tasa de datos. Ahora considera la relación entre la tasa de datos, el ruido, y la tasa de error.
La presencia de ruido puede corromper uno o más bits. Si la tasa de datos
se incrementa, entonces los bits se vuelven "más cortos" en el tiempo.
más bits se ven afectados por un determinado patrón de ruido.
A un nivel de ruido dado, cuanto mayor sea la velocidad de datos, más alta es la tasa de error.
Shannon demostró que si la tasa de información real en un canal es menor que la capacidad libre de errores, entonces es teóricamente posible utilizar una señal adecuada para lograr una transmisión sin errores a través del canal.
Cuanto más ancho de banda, más ruido se admite en el sistema. Por lo tanto, a medida que B aumenta, El SNR disminuye.
Cuanto más altos sean los datos, más daño puede hacer el ruido no deseado.
Para un determinado nivel de ruido, nosotros
esperaría que una mayor fuerza de la señal mejorara la capacidad de recibir datos correctamente en presencia de ruido.
El parámetro clave involucrado en este razonamiento es
la relación señal-ruido (SNR, o S/N), que es la relación de la potencia de una señal con la potencia contenida en el ruido que está presente en un punto particular de la transmisión.
Un SNR alto significará una señal de alta calidad.
La relación señal-ruido es importante en la transmisión de datos digitales
porque establece el límite superior de la tasa de datos alcanzable
El teorema de Shannon
desafortunadamente no sugiere un medio para encontrar tales códigos, pero sí proporciona un criterio por el cual el desempeño de los planes de comunicación práctica puede ser medido.
Terrestrial Microwave
Microondas terrestres
El tipo más común de antena de microondas es el "plato" parabólico.
La antena está fijada de forma rígida y enfoca un haz estrecho para lograr una transmisión con línea de vista a la antena receptora.
La instalación de microondas requiere muchos menos amplificadores o repetidores que el cable coaxial a la misma distancia.
requiere una transmisión con línea de vista.
Un tamaño típico es de unos 3 m de diámetro
Para lograr la transmisión a larga distancia, una serie de microondas
se utilizan torres de retransmisión, y los enlaces de microondas punto a punto.
¿Qué hace el espectro en un libro como este?
Es un canal de transmisión sin hilos.
Ejemplos: Servicios de TV, RADIO, Comunicaciones móviles, Wifi o el satélite.
Es un recurso natural limitado, de dominio público.
Permite el intercambio de infromación entre 2 o más puntos.
El espectro electromagnético lo conforman ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio libre
¿Qué es una onda electromagnética?
Tienen una componente eléctrica y otra magnética.
Se desplazan a la velocidad de la luz, ya sea por el vacío, por el aire o atravesando algunos materiales (paredes de edificios).
Las ondas electromagnéticas se ordenan en función de su frecuencia/ longitud de onda y cada banda de frecuencias tiene unos usos y propiedades distintas.
basan en los fenómenos físicos derivados de la oscilación coordinada de ambas componentes.
Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio físico o material para su propagación.
Capacidad o no de penetración en distintos medios.
Dependiendo de la onda (básicamente en función de su frecuencia), puede atravesar o no la pared de una casa, la caja de un ascensor, la parte alta de la atmósfera o el agua.
¿Qué es la propagación?
La velocidad de propagación se define como la distancia que recorre un punto de la onda por unidad de tiempo.
Propagación dependerá inversamente de la frecuencia.
Mayor frecuencia, menor propagación para un mismo sistema de telecomunicaciones.