7_INTERFERENCIAS (1)

ICE 6to.Semestre Comunicaciones Digitales Prof. Gabriela Leija Hernndez

TEMA 7 Alteraciones en el Medio o Canal /5 1

Tema 7

Alteraciones en el Medio o Canal de Transmisin

Materia: Comunicaciones Digitales

Carrera: ICE 6to. Semestre


TEMA 7 Alteraciones en el Medio o Canal /5

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MEDIO CANAL DE TRANSMISIN Los canales se clasifican en dos categoras: Los guiados y no guiados. Algunos ejemplos de los medios guiados son lneas telefnicas de par trenzado, los cables coaxiales, las guas de onda y los cables de fibra ptica. Ver fig. 1

Fig.1 Medios guiados

Algunos medios no guiados son el aire y el agua de mar. Ver fig. 2.

Fig.2 Medios no guiados

Alteraciones importantes en el medio o canal

Muchos factores afectan a la seal alguno de los

ms importantes son:

Atenuacin Desvanecimiento Distorsin armnica Ruido

- Atenuacin La energa de la seal disminuye con la distancia. Ver fig. 3.

Fig.3 Atenuacin de la seal

- Desvanecimiento (fading)

En la transmisin de radio, la seal desaparece de forma transitoria, generalmente se restablece en el receptor con un control automtico de ganancia, a menos que la relacin sea tan pequea que no se pueda restablecer la seal. Es causada por condiciones atmosfricas.

Fig. 4 Desvanecimiento por multitrayectoria

- Distorsin armnica Es debido a diferentes retardos. Se da en los medios guiados, la velocidad de propagacin vara con la frecuencia, por ello cada componente espectral llegar en instantes de tiempo diferentes. Especialmente se da en las transmisiones digitales. La distorsin armnica limita la velocidad de transmisin mxima en un canal de transmisin.

- Ruido Toda seal no deseada que se introduce en el enlace de comunicacin, sea en el transmisor, canal o receptor, se considera como un ruido. El ruido puede provenir de causas originadas por el hombre o de causas naturales. Fig. 5. En general, el medio de transmisin atena la seal de modo que el nivel de ruido del canal o el ruido producido por el receptor hace que la informacin entregada se deteriore en relacin con la de la fuente, ver fig. 5. El ruido presente en el canal puede ser el resultado de perturbaciones elctricas naturales (por ejemplo relmpagos) o de fuentes artificiales, tales como lneas de transmisin de alto voltaje, sistemas de encendido de automviles o incluso de circuitos conmutadores de una computadora digital cercana.

Fig. 5 Ruido en la seal

El canal puede tener dispositivos amplificadores activos, tales como repetidores presentes en sistemas de telefona o transpondedores en sistemas satelitales de



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comunicacin. Estos dispositivos son necesarios para

mantener la seal por encima del nivel del ruido. Los canales de comunicaciones pueden ser descritos por varios parmetros (ruido, ancho de banda, corrimiento de fase, etc.). La degradacin de una seal se da tanto en seales analgicas como en digitales. Ver fig. 4. y fig. 5.

Fig. 4 Degradacin de una seal analgica

Fig. 5 Degradacin de una seal digital

Los ruidos originados por el hombre pueden, en principio ser eliminados y se les llama comnmente interferencias. Ellos son por ejemplo: las interferencias de comunicaciones de radio, por sistemas de ignicin de los motores, etc. Los ruidos generados dentro de los propios sistemas de comunicaciones son los que determinan el comportamiento de estos sistemas, los que limitan, por ejemplo, la cantidad mxima de informacin que pueden transmitirse por un canal dado. El ruido es un factor importante en las limitaciones del desempeo de los sistemas de telecomunicaciones. Hay diversos tipos de ruido de los cuales podemos mencionar los siguientes:

1) Ruido Atmosfrico 2) Ruido trmico (ruido de Jonson) 3) Ruido de intermodulacin 4) Diafona (Crosstalk) 5) Ruido impulsivo

6) Ruido de cuantizacin

- Ruido Atmosfrico Este ruido es producido principalmente por las descargas elctricas en las tempestades. Es aleatorio en su naturaleza, pero su intensidad vara con la frecuencia, estacin del ao, hora del da tiempo meteorolgico y localizacin geogrfica.

Debido a las causas que lo provocan, el ruido atmosfrico

es importante en tiempos de calor y de lluvia, por lo mismo, en las regiones ecuatoriales su efecto es ms notorio. Fig. 6.

Fig. 5 Ruido atmosfrico

- Ruido trmico Este ruido es tambin conocido como ruido de resistencia o ruido de Jonhson en honor a J. B. Jonhson, quien en 1928 descubri que el ruido trmico es el voltaje de ruido debido al movimiento aleatorio de partculas cargadas (usualmente electrones) en un medio conductor debido a la agitacin trmica. Los elementos del equipo de un sistema de comunicacin contribuyen al ruido trmico teniendo en cuenta que la temperatura de ese elemento est sobre el cero absoluto. Aparece en todos los dispositivos electrnicos y medios de transmisin. El ruido trmico se llama blanco o gaussiano. Es blanco pues la densidad de ruido es constante sobre todas las frecuencias de inters en las redes elctricas convencionales lo cual tiene analoga con el espectro de la luz blanca de donde varia el nombre de blanco. Es

gaussiano pues tiene una distribucin de los niveles

de acuerdo con las predicciones del teorema del lmite central. - Ruido de Intermodulacin Cuando se aplican seales que tienen varias componentes senoidales a un dispositivo o medio no lineal, ocurre una forma de distorsin conocida como intermodulacin. La cual es producida por la perturbacin de un canal de comunicaciones sobre otro. Puede ocurrir al multiplexar varias seales en un mismo canal y superponerse algunos armnicos. Aunque la causa del ruido de intermodulacin sea diferente a la del ruido trmico o de fondo, su efecto de degradacin y su naturaleza fsica son idnticos. Fig. 5.



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Fig. 5 Ruido de intermodulacin

- Diafona (cross-talk) La diafona se refiere al acoplamiento indeseado entre 2 seales. Bsicamente hay tres causas de diafona. La primera es el acoplamiento elctrico, por ejemplo, entre pares de alambres de un cable que transporta canales de

voz. La segunda es el pobre control de la respuesta en frecuencia (diseo de filtros no exigente), y la tercera es el desempeo de la no linealidad en sistemas de multiplexaje anlogos. La diafona se categoriza en dos tipos:

Diafona inteligible: A lo menos cuatro palabras son inteligibles al escucha de una conversacin o conversaciones extraas en un perodo de 7 seg.

Diafona ininteligible: Cualquier otra forma de efecto perturbador de un canal sobre otro.

La diafona inteligible presenta la mayor degradacin a causa de su molestia al escucha. Un punto de vista es que la molestia se debe al perder privacidad. Otro es que el usuario de la lnea primaria conciente o inconscientemente trata de comprender lo que se dice en la lnea secundaria o circuitos interferentes. - Ruido impulsivo Este tipo de ruido no es continuo, consistiendo de pulsos irregulares o picos de ruido de corta duracin y de relativa alta amplitud. A menudo estos picos son llamados hits. El ruido impulsivo degrada el canal de voz telefnico slo marginalmente, pero lo hace seriamente en un circuito de transmisin de datos. Los sistemas de encendido de los automviles, las lneas de potencia, etc, son fuentes de ruido impulsivo. En particular el ruido impulsivo puede ser de alto nivel en las centrales de conmutacin telefnicas (especialmente electromecnicas).

ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE

INFORMACIN Las dos limitaciones ms importantes en el funcionamiento de un sistema de comunicaciones son el ruido y el ancho de banda. - Ancho de banda El ancho de banda de un sistema de comunicaciones es la banda de paso mnima (rango de frecuencias) requerida para propagar la informacin de la fuente a travs de un sistema. El ancho de banda del sistema debe ser suficientemente grande (ancho) para pasar todas las frecuencias significativas de informacin. El ancho de banda del canal de comunicaciones debe ser igual o mayor que el ancho de banda de la informacin. - Capacidad de informacin La capacidad de informacin es una medida de cunta informacin se puede transferir a travs de un sistema de comunicaciones en determinado tiempo. La ley de Hartley slo establece que mientras ms amplio sea el ancho de banda y mayor sea el tiempo de transmisin, se podr enviar ms informacin a travs del sistema. En su forma matemtica, la ley de Hartley es:

tBI Siendo I= capacidad de informacin B= ancho de banda en (hertz) T= tiempo de transmisin (segundos) Claude Shannon, relacion la capacidad de informacin de un canal de comunicaciones, en bits por segundo (bps), con el ancho de banda y la relacin de seal a ruido. La expresin matemtica del lmite de Shannon de capacidad de informacin es:

)1(log 2N

SBI . . . (1)

Es decir;

)1(log32.3 10N

SBI . . . (2)

Donde: C es la capacidad de canal (bits por segundo) B es el ancho de banda (Hertz) S/N Relacin seal a ruidos y; S es la potencia de la seal (Watts) N es la potencia del ruido (Watts) La ec. 1 se puede despejar para usarla en la determinacin de cunto ancho de banda se requiere para propagar determinada cantidad de datos por un sistema.



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N

S

IB

1log 2

RELACIN SEAL A RUIDO (RSR) (Signal to noise ratio SNR o S/N) El concepto seal a ruido se define como el cociente de la potencia de entrada entre la potencia del ruido, esta relacin decrece constantemente a lo largo del canal a tal grado que por debajo de cierto valor la amplificacin de la seal que se recibe nos resulta intil pues el ruido se amplificara en la misma proporcin y en el mejor de los casos la RSR permanecer sin cambios, decimos en el mejor de los casos porque en general la amplificacin deteriorara aun mas la RSR, debido al ruido amplificado.

Ejemplo 1. Calcular la capacidad de canal de un sistema de comunicaciones, si el ancho de banda til es de 3 KHz y adems cuenta con una relacin S/N=103.

)1001(log)3000(

10001log3000

2

2

C

C

Dado que:

x

yyx

10

10

log

loglog

Tenemos:

bpsxC

C

31090164.29

)2log(

)1001log()3000(

Ejercicio 1. Considerando el teorema de Shannon, determina la capacidad de canal si el sistema tiene un ancho de banda de 3KHz y una potencia en la seal de 45 dB, adems la potencia del ruido es de 15dB, el sistema cuenta con una potencia de referencia de 1 Watt. Ejercicio 2. Si tenemos una seal de TV (b/n) compuesta de 300,000 elementos de imagen los cuales pueden tomar 16 niveles perceptibles de brillo (color blanco, negro y tonos de gris), para producir un contraste adecuado, adems supongamos que para cualquier elemento de imagen los niveles de brillo tienen la misma probabilidad de ocurrencia y considerando que se

transmiten 30 cuadros de imagen por segundo con una

RSR de 1000, Calcula el ancho de banda para transmitir la seal de video de la TV.

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