Apuntes de Comunicaciones

69 Pages·2016·1.11 MB·Spanish

by  Eva Valdez Aleman

APUNTES DE COMUNICACIONES

TTEECCNNOOLLOOGGIICCOO DDEE EESSTTUUDDIIOOSS SSUUPPEERRIIOORREESS DDEE
EECCAATTEEPPEECC
División Ingeniería Electrónica y Telemática.

APUNTES DE COMUNICACIONES

AUTOR: M. en. C. EVA VALDEZ ALEMÁN.

Ecatepec, Edo de Méx. 25 de Julio de 2006.

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APUNTES DE COMUNICACIONES

CONTENIDO

TEMA I. “TÓPICOS DE COMUNICACIONES I”

OBJETIVO: El alumno conocerá los principios básicos de la modulación
analógica y digital utilizada en la mayoría de los sistemas de
comunicación. Analizar las características de radio propagación.

1.1 Radio propagación …………………………………………...Pág. 2
1.1.1 Características de la onda de radio………………………...Pág. 2
1.1.2 Características de propagación……………………………..Pág. 5
1.1.3 Condiciones atmosféricas y comunicaciones……………Pág. 6

1.2 Modulación Analógica……………………………………......Pág. 7
1.2.1 AM…………………………………………………………….….Pág. 7
1.2.2 FM………………………………………………………………...Pág. 8
1.2.3 Modulación angular…………………………………………..Pág. 9

1.3 Modulación Digital………………………………………….…Pág. 10
1.3.1 ASK……………………………………………………………….Pág. 10
1.3.2 FSK……………………………………………………………….Pág. 13
1.3.3 PSK……………………………………………………………….Pág. 16
1.3.4 QPSK………………………………………………………….….Pág. 16
1.3.5 QAM…………………………………………………………...….Pág. 17

1.4 Modulación de pulsos…………………………………… …...Pág. 18
1.4.1 Modulación de Ancho de Pulsos (PWM)……………….…Pág. 19
1.4.2 Modulación de Posición de Pulsos (PPM)……………… Pág. 19
1.4.3 Modulación de Amplitud de Pulsos (PAM)……………… Pág. 20
1.4.4 Modulación de Pulsos Codificados (PCM)…………..…. Pág. 21

TEMA 2.”TOPICOS DE COMUNICACIONES 2”

OBJETIVO: El alumno cancera los principios básicos de comunicación
tales como microondas, satélites, antenas sistemas de radio, televisión y
radar.

2.1 Antena………..……………………………………………………. Pág. 23
2.2 Sistemas de radio…………………………………………….…. Pág. 32
2.3 Microondas y Radar……………………………...…………..…. Pág. 34
2.4 Transmisión y Recepción de Televisión………………....…. Pág. 47
2.5 Satélites………………………………………………………..…. Pág. 51
2.6 Sistemas de Cable y Fibra Óptica………………………...…. Pág. 55
2.7 Introducción a la telefonía. ………………………………...…. Pág. 64
BIBLIOGRAFIA……………………………………………….………..Pág. 69

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APUNTES DE COMUNICACIONES

CAPITULO 1

1.1 Radiopropagacion
1.1.1 Características de las Ondas de Radio
Absorción y Emisión. Cuando las ondas de radiación pasan a través
de un gas los átomos o moléculas que lo componen pueden absorber parte de
esta energía. Cada átomo o molécula absorbe una longitud de onda específica.
Cuando la radiación es captada después de su paso por el gas es captada en
su espectro le "faltara" la porción absorbida por el creando en el espectro una
línea oscura de absorción. Este gas a su vez reemitirá la energía absorbida,
esta observada contra un fondo oscuro producirá líneas brillantes de emisión
que tendrán la misma longitud de onda del las radiaciones absorbidas. A este
fenómeno se le conoce como ley de Kirchhoff.
Reflexión. Así como las ondas del espectro visible son reflejadas por
superficies como el agua o los espejos, las ondas de radio también los son. El
principio de reflexión es el que ha permitido el diseño y construcción de
antenas parabólicas que reflejan y concentran la luz en un solo punto para que
pueda ser captado por un receptor.
Refracción. Es la desviación de las ondas cuando ellas pasan a través
de un medio transparente. Las diferentes sustancias tienen diferentes índices
de refracción Ej. El vacío es 1 y el agua 1.3
Fase. Se dice que dos ondas están en fase cuando sus picos y valles
coinciden
Interferencia. Cuando dos ondas de la misma frecuencia y dirección se
encuentran la onda resultante será la suma de ambas, a esto se le denomina
Interferencia Constructiva. Cuando dos ondas tienen la misma amplitud y están
fuera de fase 180 grados -es decir el pico de una coincide con el valle de otra -
las dos ondas se cancelan a esto se le denomina Interferencia Destructiva.
Difracción. Cuando una onda electromagnética pasa por un obstáculo
en el espacio la onda es desviada alrededor del objeto.
Cintilación. Cuando una onda electromagnética viaja a través del medio
se ve sometida a pasar por áreas que varían en presión, temperatura, densidad
entre otras su consecuencia es que desde el punto de observación parecerá
que las ondas varíen en intensidad, el efecto visual de esto es que las estrellas
titilen o se vean espejismos en las tierras muy secas. Este mismo fenómeno
ocurre con todas las ondas del espectro.

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 EJERCICIO DE SIMULACION USANDO MATLAB-SIMULINK

Sistema de portadora suprimida usando un multiplicador.

Antecedentes:

Las frecuencias de salida de un multiplicador serán las frecuencias de suma y
diferencia de las señales sinusoidales de entrada

Ejecución:

Inicie en MATLAB y luego agregué la trayectoria del directorio con el archivo
“mult.m”.Si los archivos se localizan en c: /mywork, entonces escriba lo
siguiente en la línea de comandos de MATLAB.

>>addpath c:/mywork
Ahora ejecute el programa como sigue:
>>mult
Esto muestra el espectro de salida del multiplicador.

A continuación se incluye el código de MATLAB
Funtion mult ()
%
Demostrar el espectro de frecuencia de la salida de un multiplicador
% para las sinusoidales de 500 Hz y los 1000Hz de magnitudes iguales
%
f1=500;
f2=1000;
% Tamaño de paso entre muestras tstep= 1e-4;
% Utilizando los primeros 50ms de las señales de entrada;
%
%generar las señales de entrada del multiplicador
%
vin1= sen (2*pi*f1*t);
vin2= sen (2*pi*f2*t);
%
%Generar la salida del multiplicador vout = vin1.*vin2;
%
%Aplicar una función de ventana para mejorar la presentación del espectro
%usando la función fft
%
win = hamming (length (vout));
%
%Obtener el espectro por medio de la función fft
y= abs (fft(vout*win));
%Extraer el vector fft apropiado por graficar
fft_len = length (y);
n_freg = (0:fft_len-1)./(tsetep*fft_len);
n_plot = n_freg(1:round(fft_len/2));
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y_plot = y (1:round(fft_len/2));
%
%generar el espectro de frecuencia
%

figure (1)
plot(n_plot,y_plot)
title ([`Espectro de frecuencia del producto de dos señales con frecuencias `,
num2str (f1), `Hz and`, num2str (f2), `Hz`]);
xlabel (`Frecuencia `);
ylabel ( `Magnitud FFT`);
grid

Escribiendo todas estas instrucciones se habrá construido en simulink un
grafico con las características anteriores, es importante mencionar que cuando
se pone % el programa no de detectara esta línea solo es para mencionar las
acciones realizadas.

El grafico resultante es el siguiente:

1.1.2 Características de propagación
Como ya mencionáramos, un cuerpo en oscilación pone en movimiento
a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean.
Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y
así sucesivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su
punto de reposo.
Es decir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero
el movimiento se propaga a través del medio. Entre la fuente sonora (el cuerpo
en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces una transmisión
de energía pero no un traslado de materia. No son las moléculas de aire que
rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano,
sino las que están junto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida
que la onda se fue propagando en el medio.
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El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas
moléculas de aire genera zonas en las que hay una mayor concentración de
moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay
una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de
rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación
alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de
sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.

1.1.3 Condiciones atmosféricas y comunicaciones

Son todas aquellas que intervienen en el proceso de comunicación ya se
la mas frecuente de ellas seria la temperatura que afecta directamente a los
circuitos provocando sobrecalentamiento y a su vez perdida de información.

 EJERCICIO DE SIMULACION USANDO MATLAB-SIMULINK

Sistema Rectificación de onda Completa

Este es un ejemplo de la simulación en Matlab dentro de Simulink que se utiliza
para realizar la ecuación siguiente, la cual representa los primeros 5 términos
de la serie de fourier de una onda senoidal con rectificación de onda
completa.
V(t)= 2/π - 4cos (2wt)/ π(3)(5) - 4cos (6wt)/ π(7)(5) - 4cos (8wt)/ π(7)(9)

Ejecución

Inicie Matlab y luego en la parte superior se encuentra un icono que dice
Simulink presiónelo por consiguiente se abrirá una nueva ventana de la librería
de Simulink, presione ctrl. O elija un nuevo proyecto arme su sistema y una
vez terminado ejecútelo presionando el icono de pley donde los resultados se
pueden observar en Scope.

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La grafica de este modelo es la siguiente:

1.2 Modulación Analógica

Definiciones:
"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de
acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una
codificación"
"Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de
información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de
un a 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
(tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal
de banda base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulación en amplitud
(AM), la modulación en frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). La
siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda de
AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en
proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varía en proporción a
s(t), como podemos observar en la siguiente fig(1) con toda claridad.

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¿PORQUE SE MODULA?
Existen varias razones para modular, entre ellas:
 Facilita la PROPAGACIÓN de la señal de información por cable o por el
aire.
 Ordena el RADIOESPECTRO, 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 trasmitida.

1.2.1 Modulación en Amplitud (AM)

Modulación de amplitud (AM es el proceso de cambiar la amplitud de
una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la
señal modulante (información). Las frecuencias que son lo suficientemente
altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagase por el
espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF.
Con la modulación de amplitud, la infamación se imprime sobre la
portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es
una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de modulación
que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y video. La banda de
radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 Khz. La radiodifusión
comercial de TV se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF). Los
canales de la banda 1 entre 2 y 6 (54 a 88 MHz), los canales de banda alta de
VHF son entre 7 MHz) y los canales de UHF son entre 14 a 83 (470 a 890
MHZ). La modulación de amplitud también se usa para las comunicaciones de
radio móvil de dos sentidos tal como una radio de banda civil (CB) (26.965 a
27.405 MHz). Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de
entrada de información: una señal portadora de amplitud constante y de
frecuencia sencilla, y la señal de información. La información actúa sobre o
modula la portadora y puede ser una forma de onda de frecuencia simple o
compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de una o
más fuentes. Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama
señal modulante. La resultante se llama onda modulada o señal modulada fig
(2).
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 EJERCICIO DE SIMULACION USANDO MATLAB-SIMULINK

Sistema de una onda de amplitud modulada

Antecedentes:

Utilizando MATLAB y su programa asociado SIMULINK pueden utilizarse para
modelar y poner en práctica varios comportamientos del sistema. En esta
ocasión se utiliza para realizar la siguiente ecuación de AM:

V(t) = Ec sen (2pi fc t) (1+m sen (2pi fm t )

Donde el índice de modulación m es:

m= Em / Ec

La ecuación de AM indica que es necesario seguir los bloques de SIMULINK

1.2.2 Modulación en Frecuencia (FM)
La modulación de amplitud tiene en la práctica dos inconvenientes: por
un lado, no siempre se transmite la información con la suficiente calidad, ya
que el ancho de banda en las emisiones está limitado; por otra parte, en la
recepción es difícil eliminar las interferencias producidas por descargas
atmosféricas, motores, etc.
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La modulación de frecuencia consiste en varar la frecuencia de la onda
portadora de acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud
de la onda modulada es constante e igual que la de la onda portadora.
La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la
onda moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz, la onda
modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su
frecuencia central, que es la portadora; además el grado de esta variación
dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que
denominamos “índice de modulación” Fig (3).

Debido a que los ruidos o interferencias que se mencionaron
anteriormente alteran la amplitud de la onda, no afecta a la información
transmitida en FM, puesto que la información se extrae de la variación de
frecuencia y no de la amplitud, que es constante.
Como consecuencia de estas características de modulación podemos
observar cómo la calidad de sonido o imagen es mayor cuando modulamos en
frecuencia que cuando lo hacemos en amplitud o banda lateral. Además al no
alterar la frecuencia de la portadora en la medida que aplicamos la información,
podemos transmitir señales sonoras o información de otro tipo (datos o
imágenes), que comprenden mayor abanico de frecuencias moduladoras, sin
por ello abarcar mayor ancho de banda. Éste es el motivo por el que las
llamadas “radiofórmulas” utilizan la frecuencia modulada, o dicho de otro modo,
el nacimiento de las estaciones que a mediados de los sesenta eligieron este
sistema para emitir sus programas con mayor calidad de sonido dio origen a la
radiodifusión musical.
 EJERCICIO DE SIMULACION USANDO MATLAB-SIMULINK

Sistema de una onda modulada en frecuencia

Antecedentes:

Utilizando MATLAB y su programa asociado SIMULINK pueden utilizarse para
modelar y poner en práctica varios comportamientos del sistema. En esta
ocasión se utiliza para realizar la siguiente ecuación de FM:

V(t) = Ec sen (2pi fc t + mf sen ( 2 pi fm t)

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