FECHA 26 de Enero de 2011 NÚMERO RA TÍTULO...

FECHA 26 de Enero de 2011 NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería Electrónica, Universidad de San Buenaventura AUTOR (ES) PRECIADO ROMERO, Alejandro; LÓPEZ RUBIANO, Elkin Yesid y

MÉNDEZ MURILLO, José Giovanni

TÍTULO DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INTERCOMUNICADOR INALÁMBRICO

PALABRAS CLAVES

Intercomunicador, Inalámbrico, Remoto, estación base, operador, usuario, enlace, extensiones, bidireccional, full dúplex, transmisión, recepción, radiofrecuencia, controlador, manofono, red, modulación, demodulación, frecuencia, canal, codificación, multiplexación, conmutación, abonado, señalización, antena, modulo.

DESCRIPCIÓN El intercomunicador inalámbrico se usa para facilitar la

comunicación entre dos interlocutores. Este se compone de dos parte principales: estación base , que es la unidad principal de comunicación y extensiones , las cuales son unidades de comunicación remota.

FUENTES BIBLIOGRÁFICAS

• FOROUZAN, Berouz A. Transmisión de datos y redes de comunicaciones. 2 ed. Madrid: McGraw Hill, 2002. 887 p.

• MUÑOZ RODRIGUEZ, David. Sistemas inalámbricos de comunicación personal. 2 ed. México: Alfaomega, 2002. 337 p.

• TANENBAUM, Andrew S. Redes de computadoras. 3 ed. Naucalpan de Juárez: Pearson, 1994. 813 p.

• GARCÍA BREIJO, Eduardo. Compilador C ccs y simulador Proteus para microcontroladores PIC. 1 ed. México D. F.: Alfaomega, 2008. 263 p.

• http://citofonos.com/ • http://www.imelcom.com/ • http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/Electronic

aAplicadaIII/Aplicada/Cap03ModulacionAM1.pdf • http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/telematica/tcd/EIS/2.Modulac

iondeAmplitud.pdf

• http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/frecuencia

• http://www.acis.org.co/memorias/JornadasTelematica/IIJNT/BlueTooth_Zigbee.pdf

• http://www.audiopro.cl/hme.php • http://www.wordreference.com/definicion/ • http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/modulacion.htm • http://itscelectronica.foroactivo.com/introduccion-a-las-

telecomunicaciones-f8/modulacion-fm-t118.htm • http://www.compostelawireless.net/modules/sections/inde

x.php?op=viewarticle&artid=1 • http://ec.europa.eu/health/opinions2/es/campos-

electromagneticos/glosario/ • http://www.crtc.gc.ca/dcs/eng/glossary.htm • http://es.thefreedictionary.com/ • http://www.ac.uma.es/~nico/docencia/ar/redes.pdf • http://www.alegsa.com.ar/Diccionario/diccionario.php • http://www.dliengineering.com/vibman-spanish • http://www.masadelante.com/faqs/bit • http://www.vazart.net/presentaciones/red_telefonica_con

mutada.pdf • http://www.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/isdn.html • http://www.waymovil.net/root/glossarioR.asp • http://www.coit.es/publicac/publbit/bit111/quees.htm • http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/TL03204M.

pdf • http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&L

EMA=l%C3%B3bulo • http://www.prteducativo.com/ninos/partesdeltelefono.htm • http://jro.igp.gob.pe/newsletter/200802/noticia3.php

NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería Electrónica, Universidad de San

Buenaventura CONTENIDOS OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

Objetivo general Diseñar y construir un prototipo de intercomunicador inalámbrico de voz con una capacidad mínima de cuatro extensiones, para ser utilizado en estructuras residenciales o corporativas Objetivos específicos

• Determinar cuál es la tecnología que se va a utilizar para implementar el sistema inalámbrico de transmisión y recepción.

• Seleccionar los dispositivos de transmisión y recepción más adecuados para el sistema de comunicación.

• Adaptar módulos de radiofrecuencia para transmisión y recepción.

• Diseñar e implementar el control del intercomunicador, tanto para la estación base como para las extensiones.

• Realizar pruebas de funcionamiento del sistema.

• Diseñar e implementar una interfaz de usuario que muestre diferentes tipos de mensajes.

CONTENIDO INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1 ANTECEDENTES 1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.3 JUSTIFICACIÓN 1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.4.1 Objetivo general 1.4.2 Objetivos específicos 1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 2. MARCO DE REFERENCIA 2.1 MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL 2.1.1 Intercomunicador 2.1.2 Comunicación inalámbrica 2.1.3 Modulación 2.1.4 Conversión de analógico a digital 2.1.5 Conversión de digital a analógico

2.1.6 Conversión de analógico a analógico 2.1.7 Codificación 2.1.8 Multiplexación 2.1.9 Conmutación 2.1.10 Señalización telefónica 2.1.11 Antenas 93 2.1.12 Transmisión bluetooth 2.1.13 Transmisión ZigBee 2.1.14 Transmisión Wi-Fi 2.1.15 Transmisión por radiofrecuencia (RF) 2.1.16 Transmisión infrarroja 2.1.17 Comunicaciones inalámbricas en ambiente interior 3. METODOLOGÍA 3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 4. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB-LÍNEA DE FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA 4.1 LINEAS DE INVESTIGACIÓN USB 4.2 SUB-LINEA DE LA FACULTAD 4.3 CAMPO TEMÁTICO 5. DESARROLLO INGENIERIL 5.1 ESTACIÓN BASE 5.2 EXTENSIONES 6. ANALISIS DE RESULTADOS. 6.1 COMUNICACIÓN MULTIPUNTO. 6.2 COMUNICACIÓN PUNTO A PUNTO. 6.3 OPTIMIZACIÓN DEL PROTOTIPO 6.4 PRUEBAS DE ALCANCE 7. RECOMENDACIONES 8. CONCLUSIONES 9. BIBLIOGRAFÍA 10. ANEXOS

NÚMERO RA PROGRAMA Ingeniería Electrónica, Universidad de San Buenaventura METODOLOGÍA LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB -LÍNEA DE

FACULTAD/CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA LINEAS DE INVESTIGACION USB

Tecnologías actuales y sociedad

Las tecnologías alámbricas están siendo reemplazadas en la sociedad por métodos inalámbricos en muchos de los dispositivos de uso común en comunicaciones. Esto ha hecho necesario que las investigaciones desarrollen nuevas funciones y aplicaciones que contribuyan al desarrollo tecnológico con el fin de obtener nuevos dispositivos electrónicos que permitan solucionar diversos problemas que aún persisten en telecomunicaciones y así lograr satisfacer las necesidades de la sociedad.

SUB-LINEA DE LA FACULTAD

Sistemas de información y comunicación

Los sistemas de información permiten desarrollar los procesos de una forma sistematizada de tal manera que cada uno de estos cumpla una función específica. Actualmente estos sistemas se encuentran inmersos en diferentes áreas del conocimiento que han permitido de cierta manera la evolución del mundo tecnológico y más específicamente los procesos de comunicación que permiten que diversos dispositivos se encuentren al servicio de la sociedad.

Los sistemas de comunicaciones, permiten la transmisión y recepción de mensajes, ya sean de datos, voz o video. Como estructura general de estudio, el proceso de comunicación se puede considerar dividido en varias etapas que son: captación de la información, modulación, transmisión, propagación, recepción, demodulación, almacenamiento, reproducción y en general, todas las fases necesarias para lograr una comunicación de forma exitosa. Para lograr esto, se necesita de un análisis de los componentes que hacen parte de cada una de las etapas necesarias. Son inevitables las prácticas y pruebas estadísticas del funcionamiento de dispositivos, especialmente los de trasmisión inalámbrica. Esto con el fin de tener unos datos prácticos de sus características y poder así conocer los posibles campos en que podrían ser aplicados o la forma en que podrían ser utilizados en un diseño realizado. Es necesario un trabajo investigativo de lo anterior, para lograr un desarrollo óptimo.

CAMPO TEMATICO

Comunicaciones

En el proceso del desarrollo de las comunicaciones se han generado cambios continuos para fortalecer diversos servicios en beneficio de la sociedad. Desde la telefonía móvil hasta el Internet, son servicios que permiten la comunicación con diferentes partes del mundo y la ingeniería electrónica ha sido parte fundamental en este complejo proceso.

Para el desarrollo de un intercomunicador basado en comunicaciones inalámbricas deberá tenerse en cuenta las fortalezas de las diversas tecnologías actuales empleadas en los sistemas de comunicación. Esto permitirá el desarrollo adecuado de la aplicación, lográndose alta calidad y estabilidad en su funcionamiento.

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INTERCOMUNICADOR INALÁMBRICO Trabajo de grado Enero de 2011 UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA, SEDE BOGOTÁ ALEJANDRO PRECIADO ROMERO, ELKIN YESID LOPEZ RUBIANO, JOSÉ GIOVANNI MÉNDEZ MURILLO

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INTERCOMUNICADOR INALÁM BRICO

PRESENTADO POR:

ALEJANDRO PRECIADO ROMERO

ELKIN YESID LOPEZ RUBIANO

JOSÉ GIOVANNI MÉNDEZ MURILLO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C.

2011

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN INTERCOMUNICADOR INALÁM BRICO

PRESENTADO POR:

ALEJANDRO PRECIADO ROMERO

ELKIN YESID LOPEZ RUBIANO

JOSÉ GIOVANNI MÉNDEZ MURILLO

Trabajo de grado para optar por el título de Ingeni ero Electrónico

ASESOR:

Ing. Luis Carlos Gil Bernal

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C.

2011

Nota de aceptación

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

____________________________

Firma del presidente del jurado

____________________________

Firma del jurado

____________________________

Firma del jurado

Bogotá, 21 de enero del año 2011

1

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 19

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 21

1.1 ANTECEDENTES 21

1.1.1 Propuestas internacionales 21

1.1.2 Propuestas en Colombia 24

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 26

1.3 JUSTIFICACIÓN 26

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 27

1.4.1 Objetivo general 27

1.4.2 Objetivos específicos 28

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES 28

2. MARCO DE REFERENCIA 30

2.1 MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL 30

2.1.1 Intercomunicador 30

2.1.2 Comunicación inalámbrica 31

2.1.2.1 Asignación de radio frecuencia 31

2

2.1.2.2 Propagación de las ondas de radio 32

2.1.2.3 Propagación de señales específicas 33

2.1.3 Modulación 35

2.1.4 Conversión de analógico a digital 37

2.1.4.1 Modulación por amplitud de pulsos (PAM) 37

2.1.4.2 Modulación por codificación en pulsos (PCM) 38

2.1.4.3 Frecuencia de muestreo aplicada en PAM y PCM 41

2.1.5 Conversión de digital a analógico 41

2.1.5.1 Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) 43

2.1.5.2 Modulación por desplazamiento de frecuencia FSK 45

2.1.5.3 Modulación por desplazamiento de fase (PSK) 47

2.1.6 Conversión de analógico a analógico 51

2.1.6.1 Modulación en amplitud (AM) 52

2.1.6.2 Modulación FM 55

2.1.6.3 Modulación en fase (PM) 57

2.1.7 Codificación 58

2.1.7.1 Unipolar 59

2.1.8 Multiplexación 60

2.1.8.1 Multiplexación por división de frecuencia 61

3

2.1.8.2 Multiplexación por división en el tiempo (TDM) 64

2.1.9 Conmutación 68

2.1.9.1 Conmutación por división en el espacio. 70

2.1.10 Señalización telefónica 72

2.1.10.1 Señalización entre abonado y central 73

2.1.10.2 Señalización de abonado analógico 73

2.1.10.3 Señalización entre centrales 76

2.1.10.4 Señalización por canal común 82

2.1.11 Antenas 86

2.1.11.1 Antenas dipolo 89

2.1.11.2 Antenas receptoras de AM y FM 93

2.1.11.3 Antena GSM 93

2.1.12 Transmisión bluetooth 94

2.1.12.1 Funcionamiento 95

2.1.12.2 Arquitectura de hardware. 96

2.1.12.3 Arquitectura de software. 97

2.1.12.4 Transmisión. 97

2.1.12.5 Protocolos de conexión 98

2.1.13 Transmisión ZigBee 99

4

2.1.14 Transmisión Wi-Fi 101

2.1.15 Transmisión por radiofrecuencia (RF) 102

2.1.16 Transmisión infrarroja 103

2.1.17 Comunicaciones inalámbricas en ambiente interior 10 3

2.1.17.1 Propagación en ambiente interior 105

2.1.17.2 Zona extra-grande 109

2.1.17.3 Zona grande 110

2.1.17.4 Zona mediana 112

2.1.17.5 Zona pequeña 113

2.1.17.6 Micro-zona 114

2.1.17.7 Técnicas de desempeño 115

3. METODOLOGÍA 118

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN 118

4. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB-LÍNEA DE FACULTAD /CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA 119

4.1 LINEAS DE INVESTIGACIÓN USB 119

4.1.1 Tecnologías actuales y sociedad 119

4.2 SUB-LINEA DE LA FACULTAD 119

4.2.1 Sistemas de información y comunicación 119

4.3 CAMPO TEMÁTICO 120

5

4.3.1 Comunicaciones 120

5. DESARROLLO INGENIERIL 121

5.1 ESTACIÓN BASE 123

5.1.1 Controlador central 123

5.1.1.1 Control de la Interfaz de usuario 127

5.1.1.2 Control del módulo de transmisión y recepción 127

5.1.1.3 Control del teléfono 127

5.1.1.4. Estructura lógica del controlador de la estación ba se 130

5.1.2 Etapa de transmisión y recepción 133

5.1.2.1 Selección de la tecnología Inalámbrica que se va a utilizar. 133

5.1.2.2 Selección del módulo de RF. 135

5.1.2.3 Descripción del módulo de RF 135

5.1.3 Teléfono 139

5.1.3.2 Amplificación del teléfono 141

•••• Micrófono 141

•••• Parlante 145

5.1.4 Interfaz de usuario 148

5.2 EXTENSIONES 151

5.2.1 Estructura lógica del controlador (extensiones) 151

6

5.2.2 Indicadores de usuario 153

6. ANALISIS DE RESULTADOS. 155

6.1 COMUNICACIÓN MULTIPUNTO. 155

6.2 COMUNICACIÓN PUNTO A PUNTO. 156

6.3 OPTIMIZACIÓN DEL PROTOTIPO 157

6.4 PRUEBAS DE ALCANCE 158

6.5 Diseño final del dispositivo 160

7. RECOMENDACIONES 162

8. CONCLUSIONES 163

9. BIBLIOGRAFÍA 164

10. ANEXOS 167

7

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Bandas de comunicación por radiofrecuencia . 31

Tabla 2. Comparación entre sistemas de comunicación inalámbrica. 104

Tabla 3. Configuraciones de las áreas de trabajo. 1 07

Tabla 4. Factores de atenuación. 113

Tabla 5. Microcontroladores PIC 124

Tabla 6. Datos de señalización. 131

Tabla 7. Ventajas y desventajas tecnologías de comu nicación 133

Tabla 8.Selección de frecuencia 138

Tabla 9. Dato de señalización recibido en las exten siones 139

8

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Intercomunicador Radio Shack modelo 43001 24. 22

Figura 2. Intercomunicador DX200 Digital Wireless I ntercom fabricado por

HME. 23

Figura 3. Intercomunicador Digital Teleincom Plus 2 5

Figura 4. Cadena de transmisión global. 36

Figura 5. PAM, modulación por ancho de pulso. 38

Figura 6. Señal PAM cuantificada. 39

Figura 7. Cuantificación usando signo y magnitud. 4 0

Figura 8. PCM, modulación por codificación en pulso s. 40

Figura 9. Tipos de modulación de digital a analógic o. 42

Figura 10. ASK, modulación por desplazamiento de am plitud. 43

Figura 11. FSK, modulación por desplazamiento de fr ecuencia. 46

Figura 12. PSK, modulación por desplazamiento de fa se. 47

Figura 13. Constelación PSK. 48

Figura 14. 4-PSK 49

Figura 15. Características del 4-PSK. 50

Figura 16. Características del 8-PSK. 51

Figura 17. Tipos de modulación de analógico a analó gico. 52

Figura 18. Modulación en amplitud. 53

9

Figura 19. Modulación en frecuencia. 56

Figura 20. Codificación. 58

Figura 21. Codificación unipolar. 60

Figura 22. Clases de multiplexación. 61

Figura 23. FDM, multiplexación por división de frec uencia. 62

Figura 24. FDM, proceso de multiplexación, dominio del tiempo. 63

Figura 25. FDM, proceso de multiplexación, dominio de frecuencia. 64

Figura 26. TDM, multiplexación por división en el t iempo. 65

Figura 27. TDM síncrona, proceso de multiplexación. 66

Figura 28. TDM asíncrona. 67

Figura 29. Métodos de conmutación. 68

Figura 30. Esquema de un conmutador de circuitos. 6 9

Figura 31. Esquema de un conmutador plegado. 70

Figura 32. Conmutador de barras cruzadas. 71

Figura 33. Conmutador multietapa. 72

Figura 34. Señalización, esquema básico. 73

Figura 35. Señalización de abonado analógico. 74

Figura 36. Señalización de línea. 79

Figura 37. Señalización canal común. 83

Figura 38. Diagrama de radiación horizontal y verti cal de una antena dipolo.

88

Figura 39. Lóbulos principal y secundario de una an tena. 89

10

Figura 40. Ancho de haz. 90

Figura 41. Ejemplo de una antena dipolo. 91

Figura 42. Configuración de zonas por cobertura. 10 8

Figura 43. Configuración de zona grande. 111

Figura 44. Comunicación inalámbrica en micro-zona. 115

Figura 45. Diagrama general del intercomunicador in alámbrico. 121

Figura 46. Diagrama funcional en bloques del interc omunicador inalámbrico.

122

Figura 47. Diagrama en bloques de la estación base. 123

Figura 48.Diagrama controlador (estación base) 126

Figura 49. Diagrama de flujo estación base 131

Figura 50. Diagrama de flujo comunicación con el de stino. 132

Figura 51. Módulos RF 900 DV, base (B) y remoto (H) . 136

Figura 52. Módulo RF900DV 137

Figura 53. Diagrama del teléfono 140

Figura 54. Circuito impreso para adecuación del tel éfono 141

Figura 55. Etapa de amplificación del micrófono. 14 2

Figura 56. Amplificación parlante LM386. 145

Figura 57. Teclado 3x4 149

Figura 58. Mensaje de espera 149

Figura 59. Habilita marcación 149

Figura 60. Visualización de la marcación 150

11

Figura 61. Llamando a la extensión 150

Figura 62. Inicio de llamada 150

Figura 63. Finalización de llamada 151

Figura 64. Diagrama de flujo extensiones. 152

Figura 65. Indicadores para Usuario 153

Figura 66. Circuito esquemático extensiones 154

Figura 67. Comunicación multipunto. 156

Figura 68. Comunicación punto a punto. 157

Figura 69. Prueba de Alcance 159

Figura 70. Extensiones 159

Figura 71. Consola (base). 160

Figura 72. Extensiones. 161

12

GLOSARIO

ABONADO: persona natural o jurídica usuaria, bajo contrato, de una red pública

de telecomunicaciones, a la cual tiene derecho a acceder para establecer sus

comunicaciones.

ACRÓNIMO: palabra formada por iníciales, y a veces, por más letras de otras

palabras.

AMPLITUD: es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra

magnitud física que varía periódica o cuasi periódicamente en el tiempo. Es la

distancia máxima entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o

medio.

ANÁLOGICO: se refiere a las magnitudes o valores que varían con el tiempo en

forma continua (distancia, temperatura, velocidad, voltaje, frecuencia, amplitud,

etc.) y pueden representarse en forma de ondas.

ATENUACIÓN: es la reducción de nivel de una señal, cuando pasa a través de un

elemento de un circuito, o la reducción en nivel de la energía de vibración, cuando

pasa a través de una estructura.

BANDA ANCHA: significa que lleva más de una señal y cada una de ellas se

transmite en diferentes canales, hasta su número máximo de canales.

BANDA BASE: se habla de señal en banda base cuando se designan los

mensajes emitidos. Banda base es la señal de una sola transmisión en un canal.

13

BAUDIO: unidad de medida, usada en telecomunicaciones, que representa el

número de símbolos transmitidos por segundo en una red analógica.

BIT: un bit es una señal electrónica que puede estar encendida (1) o apagada (0).

Es la unidad más pequeña de información. Son necesarios 8 bits para crear un

byte.

CADENCIA: número de bits que se transmiten por unidad de tiempo.

CÍCLICO: que se repite o sucede cada cierto tiempo y de la misma forma.

COLINEAL: que se encuentra en la misma línea recta.

CUANTIFICACIÓN: es el método para asignar valores integrales dentro de un

rango específico de instancias muestreadas.

dB (decibelio): es la unidad relativa empleada en acústica y telecomunicaciones

para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la

magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. El decibelio, cuyo símbolo

es dB, es una unidad logarítmica.

dBm: el dBm es una unidad de medida utilizada, principalmente, en

telecomunicación para expresar la potencia absoluta mediante una relación

logarítmica. El dBm se define como el nivel de potencia en decibelios en relación a

un nivel de referencia de 1 mili Vatio.

DECÁDICO: (Marcación decádica), consiste en el envío por el teléfono de la

información numérica, en forma de pulsos, a la central telefónica automática para

que esta le conecte con el teléfono deseado.

14

DIGITAL: es cualquier señal o modo de transmisión que utiliza valores discretos

en lugar de un espectro continúo de valores (como las señales analógicas). Los

valores pueden medir voltaje, frecuencia, amplitud, ubicación, etc.

DTMF (Dual Tone Multifrequency: Multifrecuencia de doble tono): tonos en

diferentes Hertz que se utilizan en telefonía para marcar números. Cada número u

opción del teléfono tiene su tono que es identificado en la telefonía.

ENCAMINAMIENTO: también llamado enrutamiento, se refiere a la selección del

camino en una red, por donde se envían datos.

ERLANG: es una unidad adimensional utilizada en telefonía como una medida

estadística del volumen de tráfico.

ESTACIÓN BASE: es una estación de transmisión y recepción situada en un lugar

fijo, compuesta de una o más antenas de recepción/transmisión, y un conjunto de

circuitos electrónicos, que es utilizada para manejar el tráfico telefónico.

ESTEREOFÓNICO: que se graba y se reproduce por medio de dos o más

canales, que se reparten los tonos agudos y graves, dando de este modo una

sensación de relieve acústico. Se aplica al equipo o sistema que usa esta técnica

para grabar y reproducir el sonido.

FACTIBILIDAD: se refiere a la disponibilidad de los recursos necesarios para

llevar a cabo los objetivos o metas señalados. Generalmente la factibilidad se

determina sobre un proyecto.

FASE: es una medida de la diferencia de tiempo entre dos ondas senoidales.

15

FRECUENCIA: es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad

de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.

FULL-DUPLEX: cualidad de los elementos que permiten la entrada y salida de

datos de forma simultánea.

GPRS: (General Packet Radio Service). Es una red de conmutación de paquetes

que está superpuesta a la red GSM. Basado en esta, permite una mayor velocidad

de transmisión de datos (de hasta 50 kbits por segundo) y posibilita a los

terminales estar conectados permanentemente a la red.

GSM: (Global System for Mobile communications): es un sistema digital de

telefonía móvil que provee un estándar común para los usuarios, permitiendo el

roaming internacional y la capacidad de ofrecer a alta velocidad servicios

avanzados de transmisión de voz, datos y video, y otros servicios de valor

agregado.

HARDWARE: término inglés que hace referencia a cualquier componente físico

tecnológico, que trabaja o interactúa de algún modo con el computador.

INTERFERENCIA COCANAL: es una interferencia que se presenta en la misma

banda de frecuencias que la señal útil.

INTERFONO: red y aparato telefónico utilizado para las comunicaciones internas

entre despachos de un mismo edificio.

LÓBULO: cada una de las partes, a manera de ondas, que sobresalen en el borde

de una cosa.

16

MANÓFONO: parte del teléfono fijo estándar que se utiliza para hablar y

escuchar.

MUESTREO: este término significa medir la amplitud de la señal a intervalos

iguales de tiempo. Tomar muestras.

MULTIPLEXACIÓN: combinación de dos o más canales de información en un

solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor.

NODO: punto de intersección o unión de varios elementos que confluyen en el

mismo lugar. En una red cada computadora constituye un nodo.

PCB: circuito impreso o PCB (del inglés Printed Circuit Board), es un medio para

sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a

través de rutas o pistas de material conductor.

PROPAGACIÓN: conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas del

transmisor al receptor.

RADAR (RAdio Detection And Ranging: detección y medición de distancias por

radio): es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias,

altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como

aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio

terreno.

RANURA DE TIEMPO: intervalo de tiempo continuamente repetido o un periodo

de tiempo en el que dos dispositivos son capaces de interconectarse.

17

RUIDO: este término se refiere a los voltajes no intencionales introducidos dentro

de una línea por fenómenos variados tales como el calor o la inducción

electromagnética creada por otras fuentes.

SEÑAL CONTÍNUA: es una señal que puede expresarse como una función cuyo

dominio se encuentra en el conjunto de los números reales, y normalmente es el

tiempo.

SEÑAL DISCRETA: es una señal discontinua que está definida para todos los

puntos de un intervalo determinado del conjunto de los números enteros.

SEÑAL PORTADORA: se denomina señal portadora, en la transmisión analógica,

a la señal de alta frecuencia que actúa como base para transmitir la señal de

información. Esta señal es producida por el dispositivo emisor.

SEÑAL SINUSOIDAL: es una señal cuyo valor de magnitud varía en función del

tiempo.

SOFTWARE: término inglés que hace referencia a cualquier programa, que

trabaja o interactúa de algún modo con el computador o cualquier otro tipo de

hardware.

TASA DE BAUDIOS: se hace referencia a la tasa de baudios como el número de

unidades de señal por segundo.

TASA DE BITS: se hace referencia a la tasa de bits como el número de bits por

segundo.

18

TRAMA: pequeños paquetes de información que se utilizan para transferir un

mensaje a través de una red. Cada paquete posee una estructura y tamaño

diferente dependiendo del protocolo que lo utilice.

TRONCAL: es un enlace que interconecta las llamadas externas de una central

telefónica, concentrando y unificando varias comunicaciones simultáneas en una

sola señal para un transporte y transmisión a distancia más eficiente

(generalmente digital) y poder establecer comunicaciones con otra central o una

red entera de ellas.

VIDEOPORTERO: intercomunicador con interfaz de video.

19

INTRODUCCIÓN

La transmisión inalámbrica ha revolucionado el campo de las comunicaciones. Los

sistemas que emplean esta tecnología son cada vez más fáciles de implementar e

instalar, pues evitan el empleo de cableado y las molestas reformas estructurales,

con lo cual resultan rápidos y poco dispendiosos los procedimientos de instalación.

El mundo tecnológico e ingenieril actual es tan versátil e innovador a nivel de las

telecomunicaciones que actualmente para comunicarse, basta con sacar un

teléfono celular del bolsillo y hablar con amigos y seres queridos que pueden estar

al otro lado del mundo, tal como si los estuvieran a escasos metros, e incluso

creando la ilusión de que en ese momento se acompañan físicamente. Pero todo

esto no sería posible sin la ayuda de la tecnología inalámbrica, la cual ha tomado

casi medio siglo perfeccionar.

Innumerables ideas vienen a la mente cuando se piensa en la enorme cantidad de

posibilidades que ofrece la tecnología inalámbrica. Sus aplicaciones van desde la

opción de expresar las ideas y emociones a distancias cortas, hasta la

visualización de lugares, cosas y personas ubicadas a miles de kilómetros de

distancia.

Puede decirse que tanto las comunicaciones de larga distancia como las de corta

distancia han sido suficientemente investigadas, desarrolladas, diversificadas y

explotadas por el ser humano, llegando a ser hoy en día muy avanzadas en

cuanto a velocidad de transmisión, capacidad de los enlaces y calidad de la

comunicación. En el presente proyecto se ha decidido trabajar en el área de las

comunicaciones a corta distancia, enfrentando el diseño, el desarrollo y la

construcción de un intercomunicador inalámbrico de voz, haciendo énfasis en las

grandes ventajas que este puede ofrecer, frente a su competidor no inalámbrico.

20

La necesidad de contar con intercomunicadores cada vez más modernos y

eficientes ha llevado al desarrollo y a la utilización de muy diversas técnicas de

transmisión, las cuales serán analizadas y estudiadas a través del presente

proyecto, para determinar la forma más adecuada para la implementación de la

aplicación citada. El objetivo será el de desarrollar un sistema que resulte fiable y

funcional, teniendo en cuenta factores tan importantes como la calidad de la

transmisión y los costos.

Al final se tendrá un elemento de comunicación versátil que no solo podrá

utilizarse como intercomunicador inalámbrico en conjuntos residenciales, sino

también en edificaciones donde la comunicación entre diferentes secciones sea

indispensable y que para su instalación no se requiera de costosas redes

cableadas dentro de una estructura ya prediseñada.

21

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES

En el ámbito nacional e internacional existen algunos ejemplos de sistemas de

intercomunicadores que las universidades y empresas privadas han desarrollado

con diferentes niveles de éxito. A continuación se mencionan algunos de ellos.

1.1.1 Propuestas internacionales

En Madrid, España, es de destacar el Grupo Isis del Departamento de Tecnología

Electrónica de la Universidad de Málaga (UMA). Este grupo fue el creador de un

sistema de intercomunicación empleando bluetooth, en el año 2004. Este sistema

permite atender llamadas entrantes al intercomunicador de la casa a través de un

teléfono móvil. Para esto sólo se necesita incorporar un dispositivo de

telecomunicaciones al intercomunicador, con lo cual es posible contestar llamadas

o abrir la puerta desde cualquier lugar de la casa. Además, gracias a una conexión

GPRS, se puede atender llamadas en forma remota desde fuera de la casa, e

incluso saber quién ha llamado al intercomunicador, ya que ésta información

aparece en el teléfono móvil como si fuera una llamada perdida1.

En Norteamérica se ofrece el intercomunicador Radio Shack modelo 43-31052, de

3 estaciones y 3 canales, el cual tiene funciones muy limitadas ya que solo cuenta

con 3 canales de voz con un alcance de 10 metros y no posee auricular tipo

1http://inventos.teoriza.net/portero-electronico-con-bluetooth-abre-la-puerta-desde-tu-telefono- movil.php 2http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2036287

22

manófono para los usuarios; opera con frecuencias FM de 200, 230 y 270 kHz.

Por otro lado está el Radio Shack modelo 43001243, que es un poco más versátil.

Este cuenta con 4 estaciones y tiene un alcance de 60 metros, pero tampoco

posee auricular tipo manófono para los usuarios (en la Figura 1 puede verse dicho

dispositivo).

Figura 1. Intercomunicador Radio Shack modelo 43001 24.

Fuente:http://rsk.imageg.net/graphics/product_image s/pRS1C-

3176083w345.jpg

En Poway, California, la empresa de fabricación electrónica HME ha elaborado

productos con tecnología inalámbrica entre los que se encuentran el micrófono

profesional inalámbrico y el intercomunicador inalámbrico. Entre los

intercomunicadores se destaca el Intercomunicador inalámbrico digital DX200

3http://www.radioshack.com/product/index.jsp?productId=2464775

23

(Digital Wireless Intercom), que ofrece un alto rendimiento y permite una

comunicación de excelente calidad4. (Ver Figura 2).

Figura 2. Intercomunicador DX200 Digital Wireless I ntercom fabricado por HME.

Fuente:http://www.pro-design.com.au/product_info.ph p?product_id=599

En México, empresas como INTEC han elaborado productos de alta calidad para

cubrir las necesidades de comunicación de sus clientes. Productos como el

interfono, video portero e intercomunicadores marca INTEC cuentan con un gran

prestigio a nivel internacional. Los sistemas actuales que ofrecen, cuentan con

alto nivel tecnológico integrando comunicación y seguridad. En sistemas de

intercomunicación inalámbrica cuentan con el INTEC DI-45, el cual dispone de

cuatro canales para comunicación entre cuatro centrales como máximo. Tiene el

inconveniente de que no posee auricular tipo manófono para los usuarios.

4http://www.hme.com/proHistory.cfm 5http://www.intec.com.mx/dimme2.html

24

1.1.2 Propuestas en Colombia

En Colombia los sistemas de intercomunicadores han tenido también un gran

avance. Algunas empresas como Teleincom se especializan en el diseño, el

desarrollo, la investigación y la comercialización de soluciones electrónicas

efectivas en el campo de las comunicaciones para empresas, industrias y

conjuntos residenciales6. Entre sus productos se destaca el intercomunicador

“Digital Teleincom Plus”7, el cual puede verse en la Figura 3 y cuyas principales

características son:

• Discado directo a cualquier extensión

• Dos modalidades de discado: estándar o rápido

• Se puede instalar en interiores y exteriores

• Fácil de operar y programar

• Teclado alfanumérico

• Pantalla de cristal líquido (LCD) de 2x16

• Abre puertas principales de la edificación desde cualquier extensión por medio

del teclado numérico.

6http://www.citofonos.com/ 7http://citofonos.com/index.php?option=com_content&view=article&id=56&Itemid=66

25

Figura 3. Intercomunicador Digital Teleincom Plus

Fuente: http://citofonos.com/images/1_peque_ok.gif

De otra parte, Imelcom es una empresa especializada en el suministro e

instalación de equipos de intercomunicación8, antenas y circuitos cerrados de

televisión. Entre sus servicios se destaca la instalación de citófonos fijos que

incluso cuentan con conexión a internet.

Otras empresas han desarrollado sistemas similares de comunicaciones y de

seguridad para edificios y conjuntos residenciales. Sin embargo, a pesar de que

estos servicios son óptimos y de buena calidad, aún no han logrado los suficientes

avances tecnológicos para transformar el actual sistema alámbrico en uno más

versátil. Empleando la tecnología inalámbrica se tendría una reducción en los

8http://www.imelcom.com/

26

costos de implementación, dadas las ventajas que este tipo de equipos posee, con

lo cual se lograría un aumento en la demanda.

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

El intercomunicador de voz ha tenido a través de sus diferentes etapas de

desarrollo, todo tipo de implementaciones a lo largo del siglo XX y lo que va

corrido del siglo XXI. Este sistema permite la comunicación entre oficinas,

apartamentos, e incluso casas independientes. Sin embargo, muchas

edificaciones no cuentan con los ductos necesarios que faciliten la instalación de

las redes telefónicas correspondientes, en algunos casos debido a lo antiguo de

estas y en otros, por falta de estandarización en las técnicas de construcción. Por

tal motivo, es obvio pensar que los intercomunicadores inalámbricos son una

solución viable en este tipo de situaciones y pueden ser utilizados para comunicar

diferentes dependencias en edificios empresariales, o para comunicar diferentes

unidades habitacionales en conjuntos residenciales.

¿Cuál sería la forma óptima de implementar un sistema intercomunicador de voz

utilizando transmisión inalámbrica, teniendo en cuenta variables como el alcance y

la eficiencia en la comunicación?

1.3 JUSTIFICACIÓN

En el dinámico campo de las telecomunicaciones actuales, impulsado por la

necesidad del hombre de lograr comunicaciones cada día más rápidas y eficientes

en todos los niveles de la sociedad y del mundo empresarial, el desarrollo de la

tecnología inalámbrica se ha convertido en un estándar que ofrece gran movilidad

y facilidad de acceso. Un intercomunicador inalámbrico permite, no solo una

comunicación full dúplex, sino también la posibilidad de instalación de éste en

27

cualquier lugar de una edificación que se encuentre dentro del radio de alcance de

la estación base. Estos nuevos sistemas de intercomunicación pueden por lo tanto

ser instalados más fácilmente y en forma más rápida, permitiendo también la

reubicación del mismo cuando se desee, ya que éste sistema no requiere de una

infraestructura cableada.

La tecnología inalámbrica ha entrado a formar parte muy importante de los

sistemas de comunicación de corta y larga distancia. Dichos elementos comienzan

a ser utilizados en los sistemas modernos de intercomunicación en los que antes

solo se utilizaba tecnología alambrada. Esto se debe a que han sido

implementados empleando tecnología digital, lo cual ofrece una mayor flexibilidad

en la codificación de las comunicaciones y permite el uso de modernas técnicas

de señalización.

En la actualidad se dispone de varios protocolos de comunicación y de diversos

estándares para la transmisión y recepción inalámbrica, lo cual facilita el desarrollo

de todo tipo de proyectos que involucran esta tecnología.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo general

Diseñar y construir un prototipo de intercomunicador inalámbrico de voz con una

capacidad mínima de cuatro extensiones, para ser utilizado en estructuras

residenciales o corporativas

28

1.4.2 Objetivos específicos

• Determinar cuál es la tecnología que se va a utilizar para implementar el

sistema inalámbrico de transmisión y recepción.

• Seleccionar los dispositivos de transmisión y recepción más adecuados para el

sistema de comunicación.

• Adaptar módulos de radiofrecuencia para transmisión y recepción.

• Diseñar e implementar el control del intercomunicador, tanto para la estación

base como para las extensiones.

• Realizar pruebas de funcionamiento del sistema.

• Diseñar e implementar una interfaz de usuario que muestre diferentes tipos de

mensajes.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

El sistema de intercomunicación que se va a desarrollar contará con dos módulos

básicos de comunicación inalámbrica, uno se utilizará como estación base, el cual

irá instalado en la portería o recepción del conjunto residencial o edificio y el otro

se usará como extensión para ser ubicado en cada una de las casas,

apartamentos u oficinas del conjunto residencial o edificio.

El prototipo que será diseñado tendrá un alcance máximo de 150 metros y

consistirá en una red de cuatro extensiones

29

El sistema estará diseñado para trabajar en áreas no cercanas a centrales de

energía, industrias y demás lugares donde las ondas electromagnéticas

generadas por ciertos dispositivos o maquinas pueden causar interferencias en la

comunicación.

Otro factor importante es que el sistema de intercomunicadores no será apto para

trabajar en lugares donde existan muros de concreto o placas metálicas de gran

tamaño, ya que estas debilitan la señal y afectan la comunicación. La misma

restricción se debe tener en cuenta para instalaciones en recintos subterráneos.

El diseño finalizado no estará conectado a la Red Telefónica Pública Conmutada

(PSTN, Public Switched Telephone Network) a través de líneas troncales de

ningún tipo.

30

2. MARCO DE REFERENCIA

2.1 MARCO TEÓRICO-CONCEPTUAL

2.1.1 Intercomunicador

Un intercomunicador es un dispositivo de comunicaciones bidireccional (full

dúplex) que permite el dialogo entre dos interlocutores de forma interactiva a

través de una conexión. Este elemento hace que la comunicación entre dos o más

personas sea eficaz y sencilla de realizar. Muchos intercomunicadores son

ampliamente flexibles permitiendo conexiones con teléfonos fijos y celulares que

se enlazan empleando diversos sistemas de conmutación.

La mayoría de los edificios actuales que emplean intercomunicadores utilizan

redes cableadas para transmitir y recibir la comunicación desde la base hasta sus

extensiones y viceversa. En la mayoría de los casos estos intercomunicadores se

encuentran instalados en los muros de las edificaciones, utilizando las terminales

del cableado que forman parte de estas estructuras.

En algunos casos podemos encontrar también intercomunicadores inalámbricos

que generalmente tienen el inconveniente de poseer un limitado rango de

operación, debido al corto alcance de su transmisión y su recepción. Estos

intercomunicadores también poseen un bajo margen de autonomía ya que la

mayoría de estos funcionan con baterías recargables y sin la opción de utilizar un

adaptador que permita su funcionamiento conectándolos a la red eléctrica.

31

2.1.2 Comunicación inalámbrica

Una conexión inalámbrica se caracteriza por utilizar algún protocolo o sistema de

comunicación entre mínimo dos nodos, sin emplear ningún tipo de conductor físico

entre estos, tal como el cable metálico o la fibra óptica. Las señales se transportan

por medio de ondas electromagnéticas, las cuales viajan a través del aire (o, en

unos pocos casos, el agua) y por tanto, dichas señales están disponibles para

cualquiera que tenga un dispositivo capaz de aceptarlas.

2.1.2.1 Asignación de radio frecuencia

La sección del espectro electromagnético definido como comunicación de radio se

divide en ocho rangos denominados bandas, cada una de ellas regulada por las

autoridades gubernamentales. Estas bandas se clasifican desde frecuencia muy

baja (VLF: Very Low Frequency), hasta frecuencia extremadamente alta (EHF:

Extremely High Frequency). La Tabla 1 muestra las ocho bandas y sus acrónimos.

Tabla 1. Bandas de comunicación por radiofrecuencia .

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Radiofrecuenci a

32

2.1.2.2 Propagación de las ondas de radio

La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos:

superficie, troposférica, ionosférica, línea de visión y espacio.

• Propagación en superficie. Ésta se encuentra entre 3 KHz y 300 KHz (VLF y

LF). En la propagación en superficie, las ondas de radio viajan a través de la

porción más baja de la atmosfera. La distancia alcanzada depende de la

cantidad de potencia en la señal: cuanto mayor es la potencia, mayor es la

distancia. La propagación en superficie también puede tener lugar en el agua

del mar.

• Propagación troposférica. Esta se encuentra entre 300 KHz y 3 MHz (MF).

La propagación troposférica puede actuar de dos formas. Se puede dirigir la

señal en línea recta de antena a antena (visión directa) o se puede radiar con

un cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja

hacia la superficie de la Tierra. El primer método requiere que la situación del

receptor y el transmisor este dentro de distancias de visión, limitadas por la

curvatura de la Tierra con relación a la altura de las antenas. El segundo

método permite cubrir distancias mayores.

• Propagación ionosférica. Se encuentra entre 3 MHz y 30 MHz (HF). En la

propagación ionosférica las ondas de radio de más alta frecuencia se radian

hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la Tierra. Este tipo de

transmisión permite cubrir grandes distancias con mayor potencia de salida.

• Propagación por visión directa. Se encuentra entre 30 MHz y 3 GHz (VHF y

UHF). En este tipo de propagación se transmiten señales de muy alta

frecuencia directamente de antena a antena siguiendo una línea recta. Las

antenas deben ser direccionales y estar enfrentadas entre sí o estar

suficientemente juntas para que la señal no se vea afectada por la curvatura de

la Tierra.

33

• Propagación por el espacio. Esta se encuentra entre 3 GHz y 300 GHz (SHF

Y EHF). La propagación por el espacio utiliza para la transmisión un satélite,

en lugar de la refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un

satélite situado en órbita, el cual la reenvía de vuelta a la Tierra hacia el

receptor adecuado.

2.1.2.3 Propagación de señales específicas

El tipo de señal que se usa en la radio-transmisión depende de la frecuencia de la

señal. Cada frecuencia es adecuada para una capa específica de la atmósfera y

es más eficiente si se transmite y se envía con tecnologías adaptadas a la capa.

• VLF. Las ondas de frecuencia muy baja (VLF: Very Low Frequency) se

propagan como ondas de superficie, habitualmente a través del aire, pero otras

veces a través del agua del mar. Las ondas VLF no sufren mucha atenuación

debido a la transmisión, pero son sensibles a los altos niveles de ruido

atmosférico (calor y electricidad), activo en bajas altitudes. Se usan

principalmente en radio-navegación de largo alcance y comunicación

submarina.

• LF. Las ondas de baja frecuencia (LF: Low Frequency) también se propagan

como ondas de superficie. Las ondas LF se usan en radio-navegación de largo

alcance y para las radio balizas. La atenuación es mayor durante el día,

cuando se incrementa la absorción de las ondas por los obstáculos naturales.

• MF. Las señales de frecuencia media (MF: Middle Frequency) se propagan en

la troposfera. Estas frecuencias son absorbidas por la ionosfera. Por tanto, la

distancia que pueden cubrir está limitada por el ángulo necesario para reflejar

la señal en la troposfera sin entrar en la ionosfera. La absorción se incrementa

durante el día, pero la mayoría de las transmisiones MF se efectúan con

antenas de visión directa para incrementar el control y evitar también los

34

problemas de absorción. Los usos de las transmisiones MF incluyen radio AM,

radio marítima, buscadores audio direccionales (RDF, Radio Direction Finder) y

frecuencias de emergencia.

• HF. Las señales de frecuencia alta (HF: High Frequency) usan propagación

ionosférica. Estas señales se desplazan dentro de la ionosfera, donde las

diferencias de densidad las reflejan de nuevo hacia la Tierra. Los usos de

señales HF incluyen los radioaficionados (ham radio), la radio de banda

ciudadana (CB: Citizens’ Band), las emisiones internacionales, las

comunicaciones militares, la comunicación de larga distancia para aviones y

barcos, teléfonos, telégrafos y faxes.

• VHF. La mayoría de ondas de frecuencia muy alta (VHF: Very High Frequency)

usan propagación de visión directa. Los usos del VHF incluyen la televisión

VHF, la radio FM, la radio AM de los aviones y la ayuda de navegación de los

aviones.

• UHF. Las ondas de frecuencia ultra alta (UHF: Ultra High Frequency) siempre

se usan en propagación de visión directa. Los usos para el UHF incluyen la

televisión UHF, los teléfonos móviles, la radio celular, los buscadores (beepers)

y los enlaces de microondas.

• SHF. Las ondas de frecuencia súper alta (SHF: Super High Frequency) se

transmiten usando principalmente propagación por visión directa. Y algo de

propagación espacial. Los usos del SHF incluyen las microondas terrestres,

satelitales y la comunicación radar.

• EHF. Las ondas de frecuencia extremadamente alta (EHF: Extremely High

Frequency) usan la propagación espacial. Los usos para el EHF son

principalmente científicos e incluyen aplicaciones de radar, satélite y

comunicaciones experimentales.

35

2.1.3 Modulación

Se da el nombre de modulación al proceso mediante el cual se modifican las

señales de banda base (banda original de frecuencias), que generan las diferentes

fuentes de información. Esto se hace debido a que las señales de estas fuentes

por lo general no se prestan para la transmisión directa fácilmente.

Fundamentalmente se hace variar algún parámetro de la señal portadora de alta

frecuencia en función de la señal de banda base.9

Existen fundamentalmente dos tipos de modulación: analógica y digital. La

modulación es analógica cuando se emplea como portadora una señal continua,

como es el caso de una sinusoidal de alta frecuencia. La modulación es digital si la

portadora es una señal discreta, como por ejemplo un tren de pulsos periódicos.

Esto implica una transformación digital por medio de la cual la señal de banda

base se cambia de un lenguaje simbólico a otro. Si esta se encuentra en función

continua del tiempo se debe muestrear y cuantificar para ser digitalizada. La

cadena de transmisión global se representa a continuación en la Figura 4.

9 http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/Aplicada/Cap03ModulacionAM1.pdf

36

Figura 4. Cadena de transmisión global.

Fuente:http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electro nica/ElectronicaAplicadaII

I/Aplicada/Cap03ModulacionAM1.pdf

El objetivo de la transmisión es el de hacer llegar el mensaje emitido m(t) al

destinatario y(t) . En el caso ideal, se tiene:

En la práctica, esto no es así, y se tiene que:

Esto se debe a la presencia de ruido a causa de las perturbaciones que afectan el

canal de transmisión y a las imperfecciones de los procesos de modulación y

demodulación.

Cualquiera que sea el tipo de modulación, este siempre es reversible realizando el

proceso inverso o demodulación, para recuperar la información original en el

receptor.

37

2.1.4 Conversión de analógico a digital

En ocasiones es necesario digitalizar una señal analógica. Por ejemplo, para

enviar la voz humana a larga distancia, es necesario digitalizarla, puesto que las

señales digitales son menos vulnerables al ruido. Esto se denomina conversión de

analógico a digital.

2.1.4.1 Modulación por amplitud de pulsos (PAM)

Esta técnica toma una señal analógica, la muestrea y genera una serie de pulsos

basados en los resultados del muestreo.

En PAM, la señales originales se muestrean en intervalos iguales de tiempo, como

se muestra en la Figura 5. PAM usa una técnica denominada muestrear y retener.

En un determinado momento, se lee el nivel de la señal y se mantiene

brevemente. El valor muestreado ocurre únicamente de forma instantánea en la

onda continua, pero se generaliza en el resultado PAM en un corto periodo de

tiempo, que se puede medir.

La razón de que PAM no sea útil para la transmisión de datos es que, aunque

traduce la onda original en una serie de pulsos, estos pulsos todavía no tienen

ninguna amplitud (son todavía una señal analógica, no digital). Para convertirlos

en una señal digital, es necesario codificarlos usando la modulación por

codificación en pulsos PCM.

38

Figura 5. PAM, modulación por ancho de pulso.

Fuente: Berouz Forouzan. Transmisión de datos y red es de comunicaciones.

Segunda edición. Página 97.

2.1.4.2 Modulación por codificación en pulsos (PCM)

PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente

digital. Para hacerlo, PCM cuantifica primero los pulsos PAM. El resultado de la

cuantificación se representa en la Figura 6.

39

Figura 6. Señal PAM cuantificada.

Berouz Forouzan. Transmisión de datos y redes de co municaciones.


La PCM está realmente compuesta por cuatro procesos distintos: PAM,

cuantificación, cuantificación binaria y cuantificación digital a digital.

1. PAM: esta es la señal formada por la sucesión de muestras tomadas de la

señal analógica y que será cuantificada posteriormente.

2. Cuantificación: se asignan valores integrales dentro del rango específico de

instancias muestreadas, a la señal PAM.

3. Cuantificación binaria: como se muestra en la Figura 7, se utiliza un método

sencillo para asignar valores de signo y magnitud a las muestras cuantificadas.

Cada valor se traslada a su equivalente binario de siete bits. El octavo bit

indica el signo.

4. Cuantificación digital a digital: se transforman los dígitos binarios en una

señal digital (usando alguna técnica de codificación digital a digital), donde

finalmente los unos y ceros binarios representan valores altos y bajos

40

respectivamente en la señal PCM como se aprecia en la Figura 8. Esta es una

modulación código pulso de la señal original, codificada finalmente dentro de

una señal unipolar. Solamente se representan los tres primeros valores

muestreados.

Figura 7. Cuantificación usando signo y magnitud.



Figura 8. PCM, modulación por codificación en pulso s.



41

2.1.4.3 Frecuencia de muestreo aplicada en PAM y PC M

Usando PAM y PCM se puede reproducir exactamente la forma de onda original,

tomando un número infinito de muestras o se puede reproducir una generalización

aproximada de la dirección de cambio, tomando solamente tres muestras por ciclo.

Obviamente, la solución preferible es tomar un cierto número de muestras entre

los dos extremos.10

Es necesaria poca información en el dispositivo receptor para reconstruir una

señal analógica. De acuerdo con el teorema de Nyquist, para asegurar una

reproducción exacta de una señal analógica utilizando PAM, la tasa de muestreo

debe ser al menos dos veces mayor que la frecuencia más alta de la señal

original. Por ejemplo, si se quiere muestrear voz telefónica con una frecuencia

máxima de 4000 Hz, es necesario tomar 8000 muestras por segundo.

2.1.5 Conversión de digital a analógico

La conversión de digital a analógico es el proceso por el cual se cambia una de las

características de una señal de base analógica en información basada en una

señal digital (unos y ceros). Los datos digitales deben ser modulados sobre una

señal analógica que ha sido manipulada para aparecer como dos valores distintos

correspondientes al uno y al cero binarios.

Una onda seno se define por tres características: amplitud frecuencia y fase.

Cuando se cambia cualquiera de estas características, se crea una segunda

versión de esta onda. Si se dice entonces que la onda original representa el 1

10 Berouz Forouzan. Transmisión de datos y redes de comunicación. Segunda edición. Página 99.

42

binario, la variación puede representar el 0 binario, o viceversa. Por tanto,

cambiando el aspecto de una señal eléctrica sencilla, puede esta servir para

representar datos digitales. Cualquiera de las tres características puede alterarse

de esta forma, ofreciendo al menos tres mecanismos para modular datos digitales

en señales analógicas:

1. Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK).

2. Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK).

3. Modulación por desplazamiento de fase (PSK).

Además de los tres anteriores existe un cuarto mecanismo que combina cambios

en fase y amplitud y que se denomina modulación en cuadratura (QAM). QAM es

la más eficiente de las cuatro opciones y es el mecanismo que se usa en todos los

módems modernos.

Figura 9. Tipos de modulación de digital a analógic o.



43

2.1.5.1 Modulación por desplazamiento de amplitud ( ASK)

En la modulación por desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitude Shift Keying),

la potencia de la señal portadora se cambia para representar el 1 o el 0 binario.

Tanto la frecuencia como la fase permanecen constantes mientras que la amplitud

cambia. Qué voltaje representa el 1 y qué voltaje representa el 0, se deja para los

diseñadores del sistema. La duración del bit es el periodo de tiempo que define un

bit. La amplitud pico de las señal durante cada duración del bit es constante y su

valor depende del bit (0 ó 1). La velocidad de transmisión usando ASK está

limitada por las características físicas del medio de transmisión. La figura 10

muestra una visión conceptual del ASK.

Figura 10. ASK, modulación por desplazamiento de am plitud.



44

Desafortunadamente, la transmisión ASK es altamente susceptible a la

interferencia por ruidos. El ruido se refiere a los voltajes no intencionales

introducidos dentro de una línea por fenómenos variados. Estos voltajes no

intencionales se combinan con la señal y cambian su amplitud. Un 0 se puede

cambiar a un 1 y un 1 a un 0 durante la transmisión. Se puede ver que el ruido es

especialmente problemático para ASK, que confía únicamente en la amplitud para

el reconocimiento. Habitualmente el ruido afecta la amplitud; por tanto, ASK es el

método de modulación más afectado por el ruido.

Una técnica muy usual de tipo ASK es la denominada on-off (OOK, On Off

Keying). En OOK uno de los valores de bit se representa por la inexistencia de

voltaje. La ventaja es una reducción en la cantidad de energía necesaria para

transmitir la información.

Cuando se descompone una señal modulada con ASK, se obtiene un espectro de

muchas frecuencias simples. Los requisitos de ancho de banda para ASK se

calculan usando la fórmula:

Donde

BW es el ancho de banda, es la tasa de baudios, d es un factor

relacionado con la condición de línea (con un valor mínimo de 0).

45

Se puede concluir que el ancho de banda mínimo necesario para la transmisión es

igual a la tasa de baudios.

Aunque hay únicamente una frecuencia portadora, el proceso de modulación

produce una señal compleja que es una combinación de muchas señales

sencillas, cada una de las cuales tiene una frecuencia distinta.11

2.1.5.2 Modulación por desplazamiento de frecuencia FSK

En la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequency Shift

Keying), la frecuencia de la señal portadora cambia para representar el 1 o el 0

binario. La frecuencia de la señal durante la duración del bit es constante y su

valor depende de un bit (0 ó 1); tanto la amplitud pico como la fase permanecen

constantes. La Figura 11 muestra una visión conceptual de FSK.12

11 Berouz Forouzan. Transmisión de datos y redes de comunicación. Segunda edición. Página 104. 12 Berouz Forouzan. Transmisión de datos y redes de comunicación. Segunda edición. Página 106.

46

Figura 11. FSK, modulación por desplazamiento de fr ecuencia.



FSK evita la mayor parte de los problemas de ruidos que posee ASK. Debido a

que el dispositivo receptor está buscando cambios específicos de frecuencia en un

cierto número de periodos, puede ignorar los picos de voltaje. Entre los factores

que limitan la modulación FSK se tiene en ancho del canal.

El ancho de banda necesario para la transmisión con FSK es igual a la tasa de

baudios de la señal más el desplazamiento de frecuencia (diferencia entre las dos

frecuencias de las portadoras):

47

2.1.5.3 Modulación por desplazamiento de fase (PSK)

En la modulación por desplazamiento de fase (PSK, Phase Shift Keying), la

portadora cambia para representar el 1 o el 0 binario. Tanto la amplitud de pico

como la frecuencia permanecen constantes mientras la fase cambia. Por ejemplo,

si se comienza con una fase de 0 grados para representar un 0 binario, se puede

cambiar la fase a 180 grados para enviar un 1 binario. La fase de la señal durante

la duración de cada bit es constante y su valor depende del bit (0 o 1). La Figura

12 da una visión conceptual del PSK.

Figura 12. PSK, modulación por desplazamiento de fa se.



El método anterior se denomina a menudo 2-PSK, o PSK binario, debido a que se

usan dos fases distintas (0 y 180 grados). La Figura 13 aclara este aspecto

48

mostrando la relación entre la fase y el valor binario. Un segundo diagrama

muestra, denominado constelación o diagrama fase-estado, muestra la misma

relación ilustrando solamente las fases.

Figura 13. Constelación PSK.



PSK no es susceptible a la degradación por ruido que afecta a ASK ni a las

limitaciones de banda de FSK. Esto significa que pequeñas variaciones en la señal

se pueden detectar fiablemente en el receptor. Además, en lugar de utilizar

solamente dos variaciones de una señal, cada una representando un bit, se

pueden utilizar cuatro variaciones y dejar que cada desplazamiento de fase

represente dos bits, Figura 14.

49

Figura 14. 4-PSK



El diagrama de constelación para la señal de la Figura 14 se muestra en la Figura

15. Una fase de 0 grados representa ahora 00, 90 grados representa 01, 180

grados representa 10 y 270 grados representa 11. Esta técnica se denomina 4-

PSK o Q-PSK. El par de bits representados por cada fase se denomina dibit.

Usando 4-PSK se puede transmitir datos dos veces más rápido que con 2-PSK.

Se puede extender esta idea hasta 8-PSK. En lugar de 90 grados se puede variar

la señal en desplazamiento de 45 grados. Con ocho fases distintas, cada

desplazamiento puede representar 3 bits (un tribit) al mismo tiempo.

50

Figura 15. Características del 4-PSK.



La Figura 16 muestra la relación entre los desplazamientos de fase y los tribits que

cada uno representa; 8-PSK es tres veces más rápido que 2-PSK.

El ancho de banda mínimo necesario para transmitir PSK es el mismo que se

necesita para transmitir ASK. La máxima tasa de bits en transmisión PSK es, sin

embargo, potencialmente mucho mayor que la de ASK. Por tanto, mientras que la

máxima tasa de baudios de ASK y PSK son las mismas para un ancho de banda

determinado, la tasa de bits con PSK, usando el mismo ancho de banda, puede

ser dos o más veces mayor.

51

Figura 16. Características del 8-PSK.



2.1.6 Conversión de analógico a analógico

La modulación analógica a analógico se puede conseguir de tres formas:

1. Modulación en amplitud (AM).

2. Modulación en frecuencia (FM).

3. Modulación en fase (PM).

52

Figura 17. Tipos de modulación de analógico a analó gico.



2.1.6.1 Modulación en amplitud (AM)

En transmisión AM (Amplitude Modulation), la señal portadora se modula de forma

que su amplitud varíe con los cambios de amplitud de la señal a enviar. La

frecuencia y la fase de la portadora son siempre las mismas; solamente la

amplitud cambia para seguir las variaciones en la información. La Figura 18

muestra cómo funciona este concepto. La señal modulada se convierte en una

envoltura de la portadora.

53

Figura 18. Modulación en amplitud.

Fuente: http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/m odulacion.htm

Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente

por una antena y propagarse por el espacio libre se llaman comúnmente

radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de amplitud, la información

se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud.

El ancho de banda de una señal AM es igual al ancho de banda de la señal

moduladora y cubre un rango centrado alrededor de la frecuencia de la portadora.

El ancho de banda de una señal de audio (voz y música es habitualmente 5 kHz,

por tanto, una estación de radio AM necesita un ancho de banda mínimo de 10

kHz.

La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de

baja calidad de transmisión, que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio

y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 hasta 1605

kHz. Sin embargo, la frecuencia de la portadora de cada estación debe estar

separada de las de sus lados por al menos 10 kHz (un ancho de banda AM) para

54

evitar interferencias. Por ejemplo, si una estación usa una frecuencia portadora de

1100 kHz, la frecuencia de la portadora de la siguiente estación no puede ser

menor de 1110 kHz.

El ancho de banda total ( ) necesario para AM se puede determinar a partir del

ancho de banda de una señal de audio :

La radiodifusión comercial de televisión se divide en tres bandas (dos de VHF y

una de UHF).Los canales de la banda baja de VHF son entre 2 y 6 (54 a 88 MHz),

los canales de banda alta de VHF son entre 7 y 13 (174 a 216 MHz) y los canales

de UHF son entre 14 y 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) o los aviones con los aeropuertos (118

a 136 MHz).

Un modulador de AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada: a) una

señal portadora de amplitud constante y de frecuencia única y b) la señal con la

información. La información 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.

55

2.1.6.2 Modulación FM

En la transmisión FM (Frequency Modulation), se modula la frecuencia de la señal

portadora para seguir los cambios en los niveles de voltaje (amplitud) de la señal

modulada. La amplitud pico y la fase de la señal portadora permanecen

constantes, pero a medida que la amplitud de la señal de información cambia, la

frecuencia de la portadora cambia de forma correspondiente. La Figura 19

muestra las relaciones de la señal portadora, la señal de modulación y la señal

modulada FM resultante.13

La Modulación de frecuencia FM es el proceso de codificar información, la cual

puede estar tanto en forma digital como analógica, en una onda portadora

mediante la variación de su frecuencia instantánea de acuerdo con la señal de

entrada. El uso más típico de este tipo de modulación es la radiodifusión en FM.

La modulación de frecuencia requiere un ancho de banda mayor que la

modulación de amplitud para una señal modulante equivalente, sin embargo este

hecho hace a la señal modulada en frecuencia más resistente a las interferencias.

La modulación de frecuencia también es más robusta ante fenómenos de

desvanecimiento de amplitud de la señal recibida. Es por ello que la FM fue

elegida como la norma de modulación para las transmisiones radiofónicas de alta

fidelidad.


56

Figura 19. Modulación en frecuencia.

Fuente: http://itscelectronica.foroactivo.com/intro duccion-a-las-

telecomunicaciones-f8/modulacion-fm-t118.htm

El ancho de banda de una señal FM es igual a diez veces el ancho de banda de la

señal modulada y al igual que los anchos de banda AM, cubren un rango centrado

alrededor de la frecuencia de la portadora.

El ancho de banda ( total necesario para FM se puede determinar a partir del

ancho de banda de una señal de audio :

57

El ancho de banda de una señal de audio (voz y música) en estéreo es casi 15

kHz. Cada estación de radio FM necesita, por tanto, un ancho de banda mínimo

de 150 kHz.

Las estaciones FM pueden tener frecuencias portadoras en una banda entre los

88 y los 108 MHZ. Las estaciones deben estar separadas por al menos 200 kHz

para evitar que sus anchos de banda se solapen.

Una señal modulada en frecuencia puede ser también usada para transportar una

señal estereofónica. Sin embargo, esto se hace mediante multiplexación de los

canales izquierdo y derecho de la señal estéreo antes del proceso de modulación

de frecuencia.

De forma inversa en el receptor se lleva a cabo la demultiplexación después de la

demodulación de la señal FM. Por lo tanto el proceso estereofónico es totalmente

ajeno a la modulación en frecuencia propiamente dicha.

2.1.6.3 Modulación en fase (PM)

Debido a los requisitos en hardware más sencillos, la modulación en fase (PM,

Fase Modulation) se usa en algunos sistemas como alternativa a la modulación en

frecuencia. En la transmisión PM, la fase de la señal portadora se modula para

seguir los cambios de voltaje (amplitud) de la señal modulada. La amplitud pico y

la frecuencia de la señal portadora permanecen constantes, pero a medida que la

señal de información cambia, la fase de la portadora cambia de forma

58

correspondiente. Los análisis y el resultado final (señal modulada) son similares a

los de la modulación en frecuencia.14

2.1.7 Codificación

La codificación es la representación de la información digital mediante una señal

digital. Por ejemplo, cuando se transmiten datos desde un computador hacia una

impresora, tanto los datos originales como los datos transmitidos son digitales. A

esto se le llama también codificación digital a digital. En esta codificación los unos

y ceros binarios generados por un computador se traducen en una secuencia de

pulsos de voltaje que se pueden propagar por un cable.

Figura 20. Codificación.




59

Los mecanismos usados para la codificación digital a digital se pueden agrupar en

tres categorías:

1. Unipolar

2. Polar

3. Bipolar

La codificación unipolar es sencilla ya que solo usa una única técnica. La

codificación polar tiene tres subcategorías, NRZ, RZ y bifásica, dos de las cuales

tienen múltiples variantes. La codificación bipolar tiene tres variaciones, AMI,

B8ZS y HDB3.

2.1.7.1 Unipolar

La codificación unipolar es muy sencilla. Aunque actualmente está casi obsoleta,

su sencillez proporciona una forma fácil de presentarlos conceptos usados con los

sistemas de codificación más complejos y permite examinar los tipos de

problemas que se deben resolver en los sistemas de transmisión digital.

El sistema de transmisión digital funciona enviando pulsos de voltaje por un medio

de enlace, habitualmente un cable o un hilo. En la mayoría de los tipos de

codificación, hay un nivel de voltaje para el cero binario y otro nivel de voltaje para

el uno. La polaridad del impulso indica si es positivo o negativo. La codificación

unipolar se denomina así porque usa únicamente una polaridad. Esta polaridad se

asigna a uno de los dos estados binarios, habitualmente el uno. El otro estado,

habitualmente el cero, se represente por el voltaje cero.

60

La Figura 21 muestra la idea de la codificación unipolar. En este ejemplo, los unos

se codifican con un valor positivo y los ceros con un valor cero. Además de ser

muy sencilla, este tipo de implementación también resulta económica.

Figura 21. Codificación unipolar.



2.1.8 Multiplexación

La multiplexación se refiere a la habilidad para transmitir datos que provienen de

diversos pares de aparatos (transmisores y receptores) denominados canales de

baja velocidad en un medio físico único (denominado canal de alta velocidad); es

el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples señales

a través de un único enlace de datos.

Las compañías telefónicas han desarrollado esquemas elaborados para

multiplexar muchas conversaciones en un solo troncal físico. Estos esquemas de

multiplexación se pueden dividir en tres categorías:

61

1. Multiplexación por división de frecuencia (FDM, Frequency Division

Multiplexing).

2. Multiplexación por división en el tiempo (TDM, Time Division Multiplexing).

3. Multiplexación por división de onda (WDM, Wave Division Multiplexing)

Figura 22. Clases de multiplexación.



2.1.8.1 Multiplexación por división de frecuencia

La multiplexación por división de frecuencia (FDM) es una técnica analógica que

se puede aplicar cuando el ancho de banda de un enlace es mayor que los anchos

de banda combinados, de las señales a transmitir. En FDM las señales generadas

por cada dispositivo emisor se modulan usando distintas frecuencias portadoras.

Estas señales moduladas se combinan en una única señal compuesta que será

transportada por el enlace. Las frecuencias portadoras están separadas por un

ancho de banda suficiente como para acomodar la señal modulada. Estos rangos

de ancho de banda son los canales a través de los cuales viajan las distintas

señales. Los canales deben estar separados por tiras de anchos de banda sin

62

usar (bandas de guarda) para prevenir que las señales se solapen. Las

frecuencias portadoras no deben interferir con las frecuencias de datos originales.

Una falla en el cumplimiento de cualquiera de estas puede dar como resultado la

no recuperación de las señales originales.

En la Figura 23 se puede observar que el camino de la transmisión se divide en

tres partes, cada uno de ellos representando un canal diferente. Cada canal lleva

una transmisión independiente. Aunque la Figura 23 muestra el camino como si

tuviera una división espacial en canales separados, las divisiones reales de

canales se consiguen mediante la frecuencia, no mediante la separación espacial.

Figura 23. FDM, multiplexación por división de frec uencia.



La Figura 24 es una ilustración conceptual en el dominio del tiempo del proceso de

multiplexación. La FDM es un proceso analógico y se muestra en la figura usando

teléfonos como dispositivos de entrada y salida. Cada teléfono genera una señal

con un rango de frecuencia similar. Dentro del multiplexor, estas señales similares

63

se modulan sobre distintas frecuencias portadoras ( ). Las señales

moduladas resultantes se combinan después en una única señal compuesta que

se envía sobre un enlace que tiene ancho de banda suficiente para acomodarlas.

Figura 24. FDM, proceso de multiplexación, dominio del tiempo.



La Figura 25 es una ilustración en el dominio de la frecuencia del proceso de

multiplexación. Las tres frecuencias portadoras existen al mismo tiempo en el

ancho de banda. En FDM, las señales se modulan sobre frecuencias portadoras

distintas ( ) usando modulación AM o FM. En esta ilustración, el ancho de

banda de la señal compuestas resultante es más de tres veces el ancho de banda

de cada señal de entrada: tres veces el ancho de banda para acomodarlos

64

canales necesarios, más el ancho de banda extra para permitir las bandas de

guarda necesarias.

Figura 25. FDM, proceso de multiplexación, dominio de frecuencia.



2.1.8.2 Multiplexación por división en el tiempo (T DM)

La multiplexación por división en el tiempo (TDM) es un proceso digital que se

puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la transmisión es mayor

que la tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos emisores y

receptores. Múltiples transmisores pueden ocupar un único enlace subdividiendo y

entrelazando las porciones.

La Figura 26 muestra una visión conceptual de la TDM. Se usa el mismo enlace

que en la FDM pero aquí el enlace se secciona en el tiempo y no en la frecuencia.

65

Las porciones de las señales 1, 2, 3 y 4 ocupan un enlace secuencialmente. La

TDM se puede implementar de dos formas: TDM síncrona y TDM asíncrona.

Figura 26. TDM, multiplexación por división en el t iempo.



TDM síncrona. Aquí el término síncrona significa que el multiplexor asigna

exactamente la misma ranura de tiempo a cada dispositivo, tanto si el dispositivo

tiene algo que transmitir como si no. La ranura se usa solamente para el

dispositivo asignado y no se puede usar para otro. Cada vez que le toca su tiempo

asignado, el dispositivo tiene oportunidad de enviar una porción de sus datos. Si el

dispositivo es incapaz de transmitir o no tiene datos para enviar, su ranura de

tiempo permanece vacía.

Como se puede ver en la Figura 27 el multiplexor entrelaza los distintos mensajes

antes de ponerlos en el enlace.

66

En el receptor, el demultiplexor descompone el mensaje extrayendo cada carácter

por turno. A medida que se extrae un carácter, este se pasa al dispositivo

adecuado.

Figura 27. TDM síncrona, proceso de multiplexación.



TDM asíncrona. La TDM síncrona no garantiza que se pueda usar la capacidad

completa del enlace. De hecho, es más probable que solamente se pueda usar

una porción de las ranuras de tiempo en un instante determinado. Debido a que

las ranuras de tiempo están pre asignadas y son fijas, cada vez que un dispositivo

conectado no está transmitiendo su ranura de tiempo correspondiente está vacía y

esa capacidad de enlace está siendo desaprovechada. La multiplexación

asíncrona por división de tiempo se ha diseñado para evitar este

desaprovechamiento.

67

La TDM asíncrona soporta el mismo número de líneas de entrada que la TDM

síncrona con una capacidad de enlace más pequeña. Por otro lado, dado el mismo

enlace, la TDM asíncrona puede soportar más dispositivos que la TDM síncrona.

En lugar de ser pre asignada, cada ranura está disponible para cualquier

dispositivo de entrada conectado a las líneas que tengan datos por enviar. El

multiplexor monitorea las líneas de entrada, acepta porciones de datos hasta que

una trama está llena y después envía la trama a través del enlace. Si no hay datos

suficientes para rellenar todas las ranuras de una trama, la trama se transmite

parcialmente llena.

Figura 28. TDM asíncrona.



68

2.1.9 Conmutación

Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados, denominados

conmutadores. Los conmutadores son dispositivos hardware o software capaces

de crear conexiones temporales entre dos o más dispositivos conectados al

conmutador. En una red conmutada, algunos de estos nodos se conectan a

dispositivos de comunicación. El resto se utiliza sólo para realizar el

encaminamiento.

Tradicionalmente tres han sido los métodos de comunicación más importantes:

1. Conmutación de circuitos.

2. Conmutación de paquetes.

3. Conmutación de mensajes.

Los dos primeros se utilizan de forma general en las comunicaciones de hoy día.

El tercero ya no se utiliza tan habitualmente en comunicaciones pero todavía tiene

aplicaciones en redes.

Figura 29. Métodos de conmutación.



69

La conmutación de circuitos crea una red directa entre dos dispositivos. Un

conmutador de circuitos es un dispositivo con n entradas y m salidas que crea una

conexión temporal entre un enlace de entrada y un enlace de salida, Figura 30. El

número de entradas no tiene que coincidir con el de salidas.

Figura 30. Esquema de un conmutador de circuitos.



Un conmutador plegado n-por-n puede conectar n líneas en modo full-dúplex. Por

ejemplo, puede conectar n teléfonos de forma que cada teléfono puede conectarse

con cada uno de los otros teléfonos (ver Figura 31).

70

Figura 31. Esquema de un conmutador plegado.



La conmutación de circuitos empleada hoy día puede utilizar una de las siguientes

tecnologías: conmutación por división en el espacio o conmutación por división en

el tiempo.

2.1.9.1 Conmutación por división en el espacio.

En la conmutación por división en el espacio, los caminos en el circuito están

separados unos de otros espacialmente. Esta tecnología fue diseñada inicialmente

para su uso en redes analógicas pero se usa actualmente también en redes

digitales. La conmutación ha evolucionado a través de muchos diseños entre los

que se cuentan los conmutadores de barras cruzadas y los conmutadores

multietapa.

Un conmutador de barras cruzadas conecta n entradas con m salidas en una

rejilla, utilizando micro conmutadores electrónicos (transistores) en cada punto de

71

cruce (ver Figura 32). La principal limitación de este diseño es el número de

puntos de cruce que se requieren; la conexión de n entradas con m salidas

utilizando un conmutador de barras cruzadas requiere n x m puntos de cruce.

Figura 32. Conmutador de barras cruzadas.



La solución a las limitaciones del conmutador de barras cruzadas es el uso de

conmutadores multietapa, que combinan los de barras cruzadas en varias etapas.

En la conmutación multietapa, los dispositivos se conectan a los conmutadores,

que a su vez se conectan a un grupo de otros conmutadores (ver Figura 33).

El diseño de un conmutador multietapa depende del número de etapas y del

número de conmutadores necesarios (o deseados) en cada etapa. Normalmente,

las etapas centrales tienen menos conmutadores que las primeras y últimas

etapas.

72

Figura 33. Conmutador multietapa.

Fuente: http://www.dte.us.es/personal/mcromero/docs /arc1/tema1-arc1.pdf

2.1.10 Señalización telefónica

En el contexto de telefonía, la señalización significa el paso de información e

instrucciones de un punto a otro para establecer y supervisar una llamada

telefónica, lo que permite que los diferentes elementos de la red se comuniquen

entre sí.

Tradicionalmente, la señalización ha sido dividida en dos tipos (Figura 34):

1. Señalización de abonado entre el abonado y la central.

2. Señalización entre centrales.

73

Figura 34. Señalización, esquema básico.

2.1.10.1 Señalización entre abonado y central

Existen dos tipos de señalización entre abonado y central, analógico y digital

(Figura 34). Se denomina señalización de abonado analógico entre un teléfono

normal y la central, y señalización de abonado digital entre un abonado de la red

digital de servicios integrados (RDSI) y la central.

2.1.10.2 Señalización de abonado analógico

La señalización de abonado analógico con la central se inicia cuando el abonado

A descuelga, lo que ocasiona que se cierre el circuito de la línea local, habilitando

a la central para que detecte el intento de la llamada cuando circula la corriente

DC en la línea (Figura 35).

74

Después de prepararse la central, envía un tono de marcar al abonado A, quien

puede ahora continuar con el procedimiento de marcación del número B.

Figura 35. Señalización de abonado analógico.

Fuente: Roberto Espinosa Espinosa. Redes telefónica s. Primera edición.

Página 51.

En este punto, dependiendo si el teléfono es de disco o de teclado, enviará la

información en forma de pulso decádicos o señales DTMF. Las señales son

recibidas en la central y traducidas a señales internas para su procesamiento.

Después de establecer la conexión hasta el abonado B, la central envía un tono de

abonado B libre al abonado A y la señal de timbre al abonado B, por supuesto, si

se encuentra libre. Si B responde, las dos partes inician la comunicación. Otro tipo

75

de información puede enviársele al abonado A como tonos de ocupado,

congestión o anuncios.

Los tonos que suministran alguna información al abonado y son enviados desde la

central, tienen una frecuencia típica de 425 Hz, y dependiendo de la secuencia

con que se emiten tienen diferentes significados.

• Tono de marcar. Es un tono continuo, que envía la central para que inicie la

marcación del número. Si no se marca dentro de unos 15 segundos , el tono se

reemplaza por el de ocupado.

• Tono de abonado B libre. Es un tono discontinuo, con periodos de tono de 1

segundo intercalados con silencios largos de 4,5 segundos.

• Tono de ocupado. Indicación de abonado B ocupado. Este se compone de

periodos cortos de tonos de duración de 0.25 segundos y silencios también de

0.25 segundos. Su fin es que sea un poco molesto para que el suscriptor

(usuario) cuelgue rápidamente.

• Tono de congestión . Tono de 0.1 segundos, silencio de 0.2 segundos, tono

de 0.3 segundos, silencio de 0.2 segundos, tono de 0.6 segundos, silencio de

0.2 segundos y así sucesivamente.

Aunque estos son los principales, dependiendo de la red existen otros tonos que

se combinan de diferentes formas en frecuencia y cadencias, para producir

significados diferentes.

La corriente de timbre enviada por la central al abonado B con el propósito de

avisarle que tiene una llamada, es una señal de 25 Hz, y de 90 voltios efectivos en

circuito abierto. El ritmo de cadencia es el mismo del tono de abonado B libre, es

decir, 1 segundo separado por silencios de 4 segundos.

76

Una señal que incrementa su uso es un rápido cuelgue-descuelgue flash, para

iniciar un servicio suplementario de llamadas u otros servicios.

También es notorio el mayor uso de las señales DTMF para más aplicaciones,

como acceder a un computador para consultar alguna información, o enviar

información adicional requerida por un nodo de la red inteligente para poder

prestar un servicio.

2.1.10.3 Señalización entre centrales

La señalización entre centrales se divide en señalización por canal asociado y en

señalización por canal común, ver Figura 34.

Señalización por canal asociado entre centrales

La señalización canal asociado todavía se encuentra en uso en gran extensión en

las redes del mundo y de Colombia, no solamente entre centrales análogas y

digitales, sino aún entre centrales digitales que todavía no han sido actualizadas

con señalización por canal común.

La característica fundamental de la señalización canal asociado, es que la voz y la

señalización son transferidas por la misma ruta a través de la red.

La señalización de canal asociado se divide en señalización de línea y

señalización de registro. La división refleja funciones separadas de señalización

dentro de la central durante diferentes fases de la llamada, pero complementarias.

77

Señalización de línea. Maneja el intercambio de información que muestra el

estado de las troncales entre las centrales, y pueden ser enviadas durante

cualquier momento de la llamada, aun cuando se esté en conversación.

Señalización de registro. Maneja el intercambio de la información de

enrutamiento como el envío de abonado B, categoría de abonado A, estado del

abonado B, número del abonado A, contiene información específica de una

llamada y son usadas durante cortos periodos de tiempo cuando la llamada se

establece.

Descripción de las señales:

• Señal de ocupación (Toma). Es una señal transmitida hacia delante. Esta

señal se emite al comienzo de una llamada, y prepara al equipo en el extremo

de llegada para la recepción y encaminamiento de la información numérica.

• Señal de contestación (Respuesta). Consiste es una señal emitida hacia

atrás, para indicar que el abonado ha contestado. El tráfico semiautomático

tiene la misión de hacer funcionar la supervisión, y en el tráfico automático es

usada para dar comienzo a la tarificación del abonado que llama.

• Señal de reposición (Desconexión hacia atrás). Señal de línea transmitida

hacia la central de salida para indicar que el abonado B llamado ha colgado.

Consiste en una señal transmitida hacia atrás el cual, en el tráfico automático,

tiene como misión liberar la conexión e interrumpir la tarificación cuando el

abonado que ha llamado no ha colgado su manófono entre los 30 a 150

segundos que siguen a la identificación de ésta señal en la troncal de salida. Al

expirar este tiempo se inicia un ciclo de “desconexión hacia delante”.

• Desconexión forzada. Cuando la troncal de la central de salida queda bajo la

condición de “supervisión en el tiempo” debido a que no fue recibida la señal

78

de desbloqueo, esta troncal origina en forma secuencial un proceso de

“desconexión forzada” hasta alcanzar la liberación del circuito.

• Señal de fin (Desconexión hacia delante). Consiste en una señal emitida

hacia delante cuando la parte A que origina una comunicación cuelga o al

término del período de supervisión de tiempo después de recibida la señal de

desconexión forzada.

• Señal de bloqueo. Utilizada exclusivamente para fines de mantenimiento.

Consiste en una señal emitida hacia atrás por medio de la cual se provoca la

ocupación (bloqueo) del circuito y se impide que pueda ser objeto subsecuente

de una toma.

• Señal de desbloqueo (Liberación de guarda). Señal transmitida hacia atrás

en respuesta a una señal de “desconexión hacia delante” para indicar que ésta

última señal ha dado lugar efectivamente al retorno de los equipos a la

condición de reposo.

Sistemas de señalización de línea. Son un conjunto de reglas que especifican

no solamente las señales usadas y procedimientos relacionados, sino también, la

secuencia, temporización y requerimientos de transmisión.

En la Figura 36 se ilustra un caso típico de secuencia de señalización de línea en

el método enlace por enlace, en el que las señales se repiten en cada punto de

conmutación.

Al comenzar el proceso de conmutación, se envía una señal de toma hacia la

central siguiente donde se preparan los dispositivos que recibirán las

subsiguientes señales.

79

Transfiere las señales de estado del abonado: señal de respuesta si B descuelga,

para dar inicio a la tarificación, o la señal de desconexión hacia atrás si B cuelga,

para dar comienzo al temporizador de supervisión.

Para liberar la conexión, se envía la señal de desconexión hacia delante cuando A

cuelga, después de vencerse el temporizador o cuando existe una señal de

registro ocupado o congestión.

Figura 36. Señalización de línea.


Página 55.

Para indicar que la desconexión se ha completado, se envía la señal de liberación

de guarda.

80

Con relación a la señalización de línea utilizada en un medio netamente análogo,

cada vez con menos uso, se deben diferenciar los dos siguientes casos

específicos:

1. Con circuitos metálicos

2. Con circuitos no metálicos

Con circuitos metálicos. Para circuitos galvánicos se utilizan 2 o 3 alambres y

señalización por corriente continua mediante cualquiera de los siguientes

métodos:

• Bucle de alta y baja resistencia.

• Interrupción de bucle.

• Bucle momentáneo.

• Corriente o no corriente por un hilo.

• Supervisión de polaridad por un hilo.

Este tipo de señalización se emplea especialmente para la interconexión entre

centrales locales o entre una central local interurbana dentro de la misma área

urbana.

Con circuitos no metálicos. Para circuitos que se interconectan mediante

equipos de onda portadora, se utiliza una señalización de línea del tipo discontinuo

con dos duraciones de señal transmitida fuera de banda (3.825 Hz) en los

sistemas de transmisión, denominada señalización E&M.

Estas señales de línea están formadas por elementos cortos y elementos largos,

con excepción de la señal de bloqueo que es continua.

81

Para los circuitos digitales que utilizan enlaces a 2,048 Mb/s, se utiliza el sistema

de señalización de línea versión digital, que puede presentar dos tipos de

codificación de acuerdo con el ambiente en el cual se interconecten las

respectivas centrales:

1. Señalización de línea versión digital R2 del CCITT.

2. Señalización de línea E&M pulsante digital.

Señalización de línea versión digital R2. Este tipo de señalización responde a

las exigencias de interconexión de una central telefónica digital, con salida de

troncales digitales y utilización de enlaces de transmisión.

La versión digital del sistema de señalización R2 de línea utiliza dos bits de

señalización por circuito telefónico en cada sentido de transmisión.

La versión digital del sistema de señalización R2 de línea utiliza dos bits de

señalización por cada circuito telefónico en cada sentido de transmisión. Con

respecto al establecimiento de la comunicación, estos bits de señalización se

denominan af y bf en el sentido hacia delante, y ab y bb en el sentido hacia atrás.

Señalización de línea E&M pulsante digital. Para responder a las exigencias

del proceso de transición de la red analógica a la red digital, se ha definido la

utilización del sistema de señalización E&M pulsante digital para interconectar

una central telefónica digital con salidas por troncales digitales y conexión a través

de enlaces MIC con otra central con troncales análogas.

En este caso, dado que la troncal análoga solamente pueden manejar 2 hilos

(E&M) para señalización, se hace uso de bits af (M) y ab (E).

82

Sistemas de señalización de Registro. La señalización de registro es la

encargada de la transferencia de información para controlar el establecimiento de

la conexión hasta su lugar destino.

Las señales de registro tienen lugar antes del establecimiento de la conversación y

por lo tanto utilizan el canal del habla para su intercambio.

Las señales enviadas entre emisores y receptores de señalización controlada por

registros propiamente dichos.

En las redes colombianas se emplea señalización de registro de extremo a

extremo, que corresponde a aquella en la cual la información se pasa de un

punto de conmutación de origen a otro de destino (no necesariamente adyacente),

intercambiando con los diversos puntos intermedios de conmutación (centros de

tránsito) solamente información necesaria para el enrutamiento de la llamada.

En los casos en que se presentan condiciones especiales de transmisión, como

los enlaces domésticos por satélite, se establecerá una conexión extremo a

extremo entre el registrador de salida y el registrador de llegada asociado a cada

estación satelital. Como el formato de señalización multifrecuencial de registro

para el enlace satelital es diferente para los enlaces terrestres, la separación se

hará en la central situada al lado del enlace terrestre para facilitar la transferencia

de información y, en algunos, el proceso de tarificación centralizada.

2.1.10.4 Señalización por canal común

En este tipo de señalización, se hace a través de un canal dedicado que transfiere

la información de señalización relacionada con numerosos circuitos de la

aplicación. La capacidad de señalización es asignada dinámicamente, según se

83

requiera. Los nodos A y B están conectados por numerosos circuitos de una

aplicación representados por líneas continuas, y toda la señalización relacionada

con estos circuitos se transfiere entre los nodos usando el camino común de

señalización, dado por las líneas punteadas.

Figura 37. Señalización canal común.


Página 70.

La filosofía de separar los caminos de la aplicación de los de señalización, separa

las funciones de la red de conexión por dónde van los circuitos de la aplicación, de

las de procesamiento que tienen que ver con el manejo de la señalización. Esto

permite máxima flexibilidad optimizando la conmutación y la señalización.

La transferencia de información se obtiene enviando mensajes, que son bloques

de información divididos en campos, en que cada uno tiene ciertos parámetro. La

estructura de los mensajes, los contenidos de los campos y los valores de los

parámetros son definidos en la especificación de cada sistema de señalización por

canal común.

84

El uso de mensajes abre todo un rango de flexibilidad, al no estar limitado a un

pequeño número de señales. Los mensajes pueden diseñarse para cubrir una

multitud de situaciones y servicios.

Los sistemas de señalización por canal común son especificados en términos de

formatos y procedimientos. Los formatos definen la estructura de los mensajes

usados y el significado y contenido de cada campo dentro del mensaje. Los

procedimientos definen la secuencia lógica en la cual el mensaje es enviado.

Por algunas razones, el sistema de señalización por canal común ha sido

ampliamente adoptado en las redes nacionales e internacionales:

• Separación de los circuitos de la aplicación de la señalización, y la

interconexión directa de procesadores, que abren un abanico amplio en el

alcance y flexibilidad de la información transferida, además permiten alta

capacidad de señalización para miles de llamadas simultáneas.

• Los costos de los equipos de señalización son menores al pasar de un costo

por circuito al costo de un solo terminal de señalización por un grupo de

enlaces entre centrales.

• Los sistemas por canal común son muy rápidos, haciendo que el

establecimiento de una llamada se reduzca a casi un segundo, permitiendo

además la inclusión de más información sin influir en el retardo.

• El alto grado de confiabilidad en la entrega de la información con la

introducción de técnicas de detección y corrección de errores.

• El gran potencial de evaluación de los sistemas de canal común, que facilitan

la introducción de nuevas facilidades y responden rápidamente a nuevos

requerimientos de la red.

85

• Por su flexibilidad, no está restringida su aplicación a un solo servicio pudiendo

incorporarse nuevos servicios y efectuar cambios a los existentes con mayor

rapidez.

Hay dos tipos de señalización de canal común aceptadas en el mundo, que son el

sistema de señalización # 6, usado especialmente en Estados Unidos y

particularmente el sistema de señalización # 7, de utilización mundial incluido

Colombia.

El sistema de señalización # 7 aunque inicialmente fue diseñado para telefonía, se

ha implementado en otros tipos de servicios, y este sistema de señalización se ha

venido adoptando a los nuevos requerimientos de señalización de todos ellos.

Así, ha venido adquiriendo mayor importancia en las nuevas redes de servicios

como las siguientes:

• Red Telefónica Pública Conmutada (RTPC). Es un conjunto ordenado de

medios de transmisión y conmutación que facilitan, fundamentalmente, el

intercambio de la palabra entre dos clientes mediante el empleo de aparatos

telefónicos. El objetivo fundamental de la Red telefónica conmutada es

conseguir la conexión entre todos los usuarios de la red, a nivel geográfico

local, nacional e internacional.

• Red Digital de Servicios Integrados (RDSI). Es una red de comunicaciones,

de banda estrecha, que evolucionó a partir de la red telefónica y permite

conectividad digital de usuario a usuario, proporcionando servicios telefónicos y

no telefónicos entre los mismos. Se dice Servicios integrados porque utiliza la

misma infraestructura para muchos servicios que tradicionalmente requerían

interfaces distintas (voz, conmutación de circuitos, conmutación de paquetes,

etc.); es digital porque se basa en la transmisión digital, integrando las señales

analógicas mediante la transformación Analógico-Digital.

86

• Red Inteligente (RI). Plataforma basada en la interconexión de nodos en

donde residen aplicaciones informáticas, centrales de conmutación y sistemas

de bases de datos en tiempo real, enlazados mediante avanzados sistemas de

señalización, para proveer la nueva generación de servicios (llamada gratuita,

número único al abonado, tarificación adicional, etc.).

• Red Móvil Pública Terrestre (RMPT). Red de comunicaciones formada por un

conjunto de centros de conmutación de servicios móviles dentro de un mismo

plan de numeración y direccionamiento. El centro de conmutación de móviles

es el interfaz entre la red fija y la red de móviles.

2.1.11 Antenas

Una antena es un dispositivo diseñado con el objetivo de emitir o recibir ondas

electromagnéticas hacia el espacio libre. Una antena transmisora transforma

voltajes en ondas electromagnéticas, y una receptora realiza la función inversa.

Básicamente existen dos tipos de antenas, según la forma que irradian: las

omnidireccionales y las direccionales. La primera irradia en todas direcciones y la

segunda en una dirección en particular. Si se graficara la energía de esas antenas

en un plano horizontal, se observaría que la antena omnidireccional cubre 360º y

las direccionales, solo en una sección del total. Esto se denomina "diagrama de

radiación". Según el plano en que se represente gráficamente, ya sea horizontal o

vertical, se denominan "diagramas de radiación vertical u horizontal". La

importancia de estos diagramas es que nos permite visualizar gráficamente hacia

donde irradia la antena y con qué ángulo (Figura 38).

También se agrupan por su polarización, siendo las que tienen polarización

vertical o las de polarización horizontal, las más comunes. Se clasifica una antena

como del tipo de polarización vertical a aquella cuyo campo eléctrico es

87

perpendicular a la tierra y paralelo para aquellas del tipo horizontal. Para que un

sistema opere correctamente, todas las antenas deberían tener la misma

polarización, en caso contrario, se introducirán pérdidas en el enlace que pueden

ser muy significativas.15

Otros factores a tener en cuenta son los siguientes:

• Ganancia. Se define como la capacidad que tiene una antena para concentrar

la energía en un área dada. Por ejemplo, señalaremos que existe una antena

teórica, llamada isotrópica, que irradia uniformemente su energía en todas

direcciones. Si se graficara esa energía radiada, se representaría como una

figura similar a una esfera. En la práctica y dependiendo del tipo de antena, la

figura que se generaría sería una deformación de la esfera, cuya forma

dependerá del tipo de antena. A mayor concentración de la energía hacia una

dirección, mayor es la ganancia de una antena y por lo tanto se debe

concentrar la potencia que le aplicamos, hacia el área de interés. Esa área de

concentración principal se llama lóbulo de radiación principal.

15 http://www.compostelawireless.net/modules/sections/index.php?op=viewarticle&artid=1

88

Figura 38. Diagrama de radiación horizontal y verti cal de una antena dipolo.

Fuente:

http://www.compostelawireless.net/modules/xoopsgall ery/cache/albums/albu

m33/Diagrama_Radiacion.jpg

Como se observa en la Figura 39, también existen otros lóbulos que contienen

solo una fracción de la energía y se denominan "lóbulos secundarios".

89

Figura 39. Lóbulos principal y secundario de una an tena.

Fuente:


m33/Lobulosgif.gif

• Ancho de haz. Se define como ancho del haz, al ángulo que se forma entre

las rectas, ya sea en el plano vertical o en el horizontal, y los puntos donde la

energía tiene un valor igual a la mitad de la energía principal (en la Figura 40,

puntos de -3dB). A mayor ganancia de la antena, menor será este ángulo.

2.1.11.1 Antenas dipolo

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o

recibir ondas de radiofrecuencia. Estas antenas son las más simples desde el

punto de vista teórico.

90

Figura 40. Ancho de haz.

Fuente:


m33/AnguloHaz.gif

91

Figura 41. Ejemplo de una antena dipolo.

Fuente:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/ Dipole_antenna.png

• Dipolo simple. En su versión más sencilla, el dipolo consiste en dos

elementos conductores rectilíneos colineales de igual longitud, alimentados en

el centro, y de radio mucho menor que el largo.

La longitud del dipolo es la mitad de la longitud de onda de la frecuencia de

resonancia del dipolo, y puede calcularse como 150/frecuencia (MHz). El

resultado estará dado en metros.

A causa del efecto de bordes la longitud real será algo inferior, del orden del

95% de la longitud calculada.

La longitud real del dipolo a la frecuencia de resonancia dependerá de muchos

otros parámetros, como el diámetro del conductor, o bien la presencia de otros

conductores a proximidad.

92

En el espacio ideal y a una distancia de la tierra mayor a varias longitudes de

onda, la impedancia del dipolo simple es de 73 Ohm.

• Dipolo en V invertida. Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados el mismo

ángulo respecto del plano de simetría. Tiene la forma de una V invertida.

La realización exige algunas precauciones. Autores como Brault y Piat

recomiendan que el ángulo de la V no sea inferior a 120 grados, y que los

extremos de la V estén lo más lejos posible del suelo; la proximidad de los

extremos a la tierra induce capacidades que alteran la frecuencia de

resonancia.

El dipolo en V invertida es sumamente apreciado por los radioaficionados que

transmiten en expediciones, porque con un simple mástil de unos nueve

metros, un poco de cable y de cuerda de nylon, es posible instalar rápidamente

una antena transportable, liviana, y poco voluminosa.

• Dipolo doblado. Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados por la mitad y

replegados sobre sí mismos. Los extremos se unen. La impedancia del dipolo

doblado es de 300 Ohm, mientras que la impedancia del dipolo simple en el

vacío es de 73 Ohm.

El dipolo doblado es, en esencia, una antena única formada por dos

elementos. Un elemento se alimenta en forma directa, mientras que el otro

tiene acoplamiento inductivo en los extremos. Cada elemento tiene media

longitud de onda de largo. Sin embargo, como puede pasar corriente por las

esquinas, hay una longitud de onda completa de corriente en la antena

93

• Dipolo de brazos plegados. Es un dipolo cuyos brazos tienen una pequeña

parte del extremo parcialmente plegada. Eso hace que se economice espacio,

a costa de sacrificar parcialmente la eficiencia del dipolo.

• Dipolo eléctricamente acortado. Es un dipolo en el cual un segmento de

cada brazo (por ejemplo, el tercio central) es reemplazado por un solenoide.

Eso hace que el dipolo sea mucho más corto, pero a costa de sacrificar otras

cualidades del dipolo original, como la eficiencia, la impedancia y el ancho de

banda.

2.1.11.2 Antenas receptoras de AM y FM

Son antenas que comúnmente se utilizan para la recepción de señales en

aplicaciones de radiodifusión. Las antenas FM difieren de las de AM por la

diferencia de frecuencia con que trabajan. La antena AM más común es la antena

de cuadro también llamada “Loop”. La antena FM comúnmente usada es el dipolo,

siendo la más sencilla el dipolo simple.

La energía recibida es mayor cuando la antena está orientada de tal manera que

la señal de la emisora incide perpendicularmente en ella.

2.1.11.3 Antena GSM

Las antenas GSM son empleadas en telefonía móvil, estas lanzan ondas

electromagnéticas con una frecuencia de 900 MHz para el sistema analógico

(GSM), pulsadas en muy bajas frecuencias, generalmente conocidas como

microondas (300 MHz-300 GHz), con bastante similitud al espectro de los radares.

Las microondas llevan la información sonora por medio de ráfagas o pulsos de

94

corta duración con pequeñas modulaciones de su frecuencia, que se transfieren

entre los teléfonos móviles y las estaciones base.

2.1.12 Transmisión bluetooth

El bluetooth se inició a principios de 1998 con un ISG (Special Interest Group)

promovido por grandes empresas como lo son Ericsson, IBM, Intel, Nokia y

Toshiba, dicha tecnología se hizo pública el 20 de mayo del mismo año, la primer

versión de esta tecnología fue liberada dos meses después de su publicación con

la colaboración de compañías como lo son 3com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent

Technologies, Microsoft, Motorola, Nokia y Toshiba.

Fundamentalmente, el Bluetooth vendría a ser el nombre común de la

especificación industrial IEEE 802.15.1, que define un estándar global de

comunicación inalámbrica que posibilita la transmisión de voz y datos entre

diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia segura,

globalmente y sin licencia de corto rango.

La especificación de Bluetooth definiría un canal de comunicación de máximo 720

Kb/s con rango óptimo de 10 metros (opcionalmente 100 metros con repetidores).

Su frecuencia de tráfico, con la que trabaja, se encuentra en el rango de 2,4 a 2,48

GHz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en

Full Dúplex con un máximo de 1600 saltos/s, los cuales se dan entre un total de 79

frecuencias con intervalos de 1Mhz.

Por todo, la potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10

metros es de 0 dBm (1 mW), mientras que, en sí, la versión de largo alcance

transmite entre los 20 y 30 dBm (entre 100 mW y 1 W).

95

El Bluetooth está compuesto fundamentalmente de dos partes muy importantes:

en primer lugar, un dispositivo de radio (encargado de transmitir y modular la

señal), y el controlador digital; compuesto por un procesador de señales digitales,

una CPU y de los diferentes interfaces con el dispositivo anfitrión.

Gracias a este protocolo, los dispositivos que lo implementan pueden comunicarse

entre ellos cuando se encuentran dentro de su alcance. Las comunicaciones se

realizan por radiofrecuencia de forma que los dispositivos no tienen que estar

alineados y pueden incluso estar en habitaciones separadas si la potencia de

transmisión lo permite. Estos dispositivos se clasifican como "Clase 1", "Clase 2" o

"Clase 3" en referencia a su potencia de trasmisión, siendo totalmente compatibles

los dispositivos de una clase con los de las otras.

2.1.12.1 Funcionamiento

Trabaja en dos capas del modelo OSI que son la de enlace y aplicación, incluye

un transductor que trasmite y recibe a una frecuencia de 2.4 GHz Las conexiones

que se realizan son de uno a uno con un rango máximo de 10 metros, si se

deseara implementar la distancia se tendría que utilizar repetidores los cuales nos

ayudarían a abarcar una distancia de 100 metros.

El bluetooth por cuestiones de seguridad cuanta con mecanismos de encriptación

de 64 bits y autentificación para controlar la conexión y evitar que dispositivos

puedan acceder a los datos o realizar su modificación.

El trasmisor está integrado en un pequeño microchip que opera en una frecuencia

de banda global. Los dispositivos que incorporan esta tecnología se reconocen

entre si y utilizan el mismo lenguaje de la misma forma que lo realizan otros

dispositivos como lo son el computador y la impresora.

96

Durante la transferencia de datos el canal de comunicaciones permanece abierto y

no requiere la intervención directa del usuario cada vez que se desea transferir

voz o datos de un dispositivo a otro. La velocidad máxima que se alcanza durante

la transferencia es de 700 Kb/seg y consume un 97% menos que un teléfono

móvil.16

Objetivos principales de la tecnología Bluetooth.

• Permitir la comunicación sencilla entre dispositivos fijos y móviles.

• Evitar la dependencia de cables que permitan la comunicación.

• Permitir la creación de pequeñas redes de forma inalámbrica.

2.1.12.2 Arquitectura de hardware.

Está compuesto por dos partes la primera de ellas es un dispositivos de radio que

es el encargado de modular y transmitir la señal, un controlador digital que a su

vez está compuesto por un procesador de señales digitales llamado link controller,

una CPU que es el encargado de atender las instrucciones del Bluetooth del

dispositivo anfitrión, esto se logra gracias link manager que es un software el cual

tiene como función permitir la comunicación con otros dispositivos por medio del

protocolo LMP.

Entre las tareas realizadas por el link controller y link manager destacan el envío y

recepción de datos, empaginamiento y peticiones, determinación de conexiones,

16 http://www.monografias.com/trabajos43/bluetooth/bluetooth2.shtml

97

autenticación, negociación y determinación de tipos de enlace, determinación del

tipo de cuerpo de cada paquete y ubicación del dispositivo en modo sniff o hold.

2.1.12.3 Arquitectura de software.

Se utilizan protocolos de alto nivel como SDP que es un protocolo que permite

detectar otros dispositivos en el rango de comunicación permitido, otro protocolo

utilizado es RFCOMN que permite emular la conexión de un puerto serial y TCS

que es un protocolo de control de telefonía, todos estos protocolos interactúan

entre sí para tener comunicación con el controlador de banda base a través del

protocolo L2CAP que es el encargado de la segmentación y reensamble de los

paquetes y a su vez envía los paquetes de mayor tamaño a través de la conexión

Bluetooth.

2.1.12.4 Transmisión.

El bluetooth está diseñado para usar acuses de recibos y saltos de frecuencias lo

que permite tener conexiones robustas, lo cual es una ventaja muy grande porque

permite ayudar a los problemas de interferencia y a su vez añade seguridad.

Esta transmisión puede ser realizada de manera síncrona o asíncrona. El método

síncrona es orientado a conexión de voz que es conocido como SCO, y la

conexión asíncrona que es utilizada para la transmisión de datos y es conocida

como ACL. La división de tiempo dúplex es usado para este tipo de conexiones los

cuales soportan 16 tipos de paquetes, cuatro de ellos son paquetes de control y

son los mismos en cada tipo de conexión. Debido a la necesidad de tranquilidad

en la transmisión de datos, los paquetes son enviados en grupos sin interrumpir

otras transmisiones que se estén realizando en ese momento.

98

2.1.12.5 Protocolos de conexión

Las conexiones Bluetooth son establecidas a través de la siguiente técnica.

• Standby. Cuando los dispositivos están en modo de reposo ellos escuchan

mensajes cada 1.8 segundos sobre 32 saltos de frecuencia.

• Page/inquirí. Permite el envió de un paquete denominado page que permite

realizar la conexión con otro dispositivo, y si el receptor de este page contesta

se comienza con la transferencia de datos.

• Active. Permite la transmisión de datos.

• Hold. Permite realizar la conexión sin necesidad de transferir datos la finalidad

de esto es conservar el poder entre el master y el slave, siempre y cuando así

se desee.

• Sniff. Esta técnica solo es aplicada a unidades slave y permite conservar el

poder, durante este modo el slave no toma un rol activo pero escucha a un

nivel reducido.

• Park. Este es un modo más reducido, que el modo hola, durante este modo el

slave es sincronizado a la piconet, lo cual permite no requerir un reactivación

completa, y no es parte del tráfico.

Uso y aplicaciones.

• Conexión entre celulares y equipos manos libres.

• Red inalámbrica en espacios reducidos.

• Comunicación sin cables entre la PC y dispositivos de entrada y salida.

• Transferencia de ficheros entre dispositivos vía OBEX.

• Transferencia de fichas de contactos, citas y recordatorios entre dispositivos

vía OBEX.

99

• Controles remotos como los utilizados por la consola Wii creada por la

compañía Nintendo.

2.1.13 Transmisión ZigBee

ZigBee es el nombre de la especificación de un conjunto de protocolos de alto

nivel de comunicación inalámbrica. Esta especificación define una solución para

comunicaciones inalámbricas de bajo coste y consumo. El principal objetivo que

pretende satisfacer una red de comunicación ZigBee es la de comunicar

aplicaciones que requieren comunicaciones seguras, con baja tasa de envío y

maximización de la vida útil de sus baterías. Por tanto la red, en su conjunto,

utilizará una cantidad muy pequeña de energía de forma que cada dispositivo

individual pueda tener una autonomía de hasta 5 años antes de necesitar un

recambio en su sistema de alimentación.

La ZigBee Alliance es el grupo encargado de su desarrollo. La primera versión 1.0

fue aprobada el 14 de diciembre de 2004. En diciembre de 2006 se aprobó el

protocolo ZigBee 2006, y actualmente se está trabajando en nuevas versiones.

El medio de transmisión ZigBee trabaja sobre la banda ISM para usos industriales,

científicos y médicos; en concreto, 868MHz en Europa, 915MHz en Estados

Unidos y 2.4GHz en todo el mundo. Al ser éste último libre en todo el mundo, las

empresas optan por esta opción a la hora de diseñar. En el rango de frecuencias

de 2.4GHz se definen hasta 16 canales, cada uno de ellos con un ancho de banda

de 5MHz.

La pila de protocolos ZigBee, también conocida como ZigBee Stack, se basa en el

nivel físico (PHY) y el control de acceso al medio (MAC) definidos en el estándar

IEEE 802.15.4, que desarrolla estos niveles para redes inalámbricas de área

100

personal de baja tasa de transferencia (LR-WPAN, Low Rate - Wireless Personal

Area Network). La especificación ZigBee completa este estándar añadiendo cuatro

componentes principales:

• Nivel de red.

• Nivel de aplicación.

• Objetos de dispositivo ZigBee (ZDO, ZigBee Device Objects).

• Objetos de aplicación definidos por el fabricante.

Además de añadir dos capas de alto nivel (nivel de red y de aplicación) a la pila de

protocolos, el principal cambio es la adición de los ZDO ya que son los

responsables de llevar a cabo una serie de cometidos, entre los que se

encuentran el mantenimiento de los roles de los dispositivos, la gestión de

peticiones de unión a una red, el descubrimiento de otros dispositivos y la

seguridad.

El protocolo ZigBee está diseñado para comunicar datos a través de ambientes

hostiles de RF que son comunes en aplicaciones comerciales e industriales.17

Las características ZigBee incluyen:

• Soporte para múltiples topologías de red como de punto a punto, punto a

multipunto y la malla de las redes

• Pequeño número de ciclos de destino - proporciona batería de larga duración

• Baja latencia

17 www.recercat.net/bitstream/2072/13081/1/PFC+Ivan+Barneda.pdf

101

• Secuencia directa de espectro expandido (DSSS)

• Hasta 65.000 nodos por red

• De 128-bit AES de cifrado para las conexiones de datos seguras

• La evitación de colisiones, reintentos y reconocimientos

2.1.14 Transmisión Wi-Fi

Wi-Fi consiste en un sistema de envió de datos sobre redes que utiliza ondas en

ligar de cables (wireless). Se basa en el estándar IEEE 802.11 y es por esto que

existen diversos tipos de Wi-Fi.

Los estándares IEEE 802.11 son ampliamente aceptados ya que utilizan la banda

de frecuencia de 2.4 GHz IEEE 802.11b puede proporcionar una velocidad de 11

Mbps, IEEE 802.11g una velocidad de hasta 54 Mbps y IEEE 802.11n una

velocidad de hasta 108 Mbps IEEE 802.11b. El estándar IEEE 802.11ª, conocido

como Wi-Fi5 ya se utiliza en la actualidad, este opera en la banda de 5 GHz La

velocidad de transferencia del medio depende del estándar que se haga uso.

La principal ventaja que ofrece el Wi-Fi, aparte de las altas velocidades de

transferencia, es la capacidad de suministrar cobertura en un gran rango de

distancia (hasta 100 metros)

La desventaja fundamental del Wi-Fi existe en el campo de la seguridad. Existen

algunos programas capaces de capturar paquetes enviados a través de estas

redes desencarpetarla y acceder a ella.

102

2.1.15 Transmisión por radiofrecuencia (RF)

El término radiofrecuencia, también denominado espectro de radiofrecuencia o

RF, se aplica a la porción con menos energía del espectro electromagnético,

situada entre unos 3 Hz y unos 300 GHz Las ondas electromagnéticas de esta

región del espectro se pueden transmitir aplicando la corriente alterna originada en

un generador a una antena.

Para utilizar radiofrecuencia en comunicaciones es necesario disponer de un

dispositivo transmisor (el que emite la señal electromagnética permitiendo el envió

del mensaje) y un dispositivo receptor (el encargado de recoger la señal

electromagnética emitida ya por el transmisor).

Algunos usos comunes de la radiofrecuencia son:

• Radiocomunicaciones.

• Radioastronomía.

• Radar.

Ventajas:

• Gran alcance.

• Bajo costo.

• Bajo voltaje requerido para su funcionamiento.

Desventaja:

• Posibles interferencias con otros dispositivos inalámbricos.

103

2.1.16 Transmisión infrarroja

Infrared Data Association (IrDA) define un estándar físico en la forma de

transmisión y recepción de datos por rayos infrarrojo. IrDA se crea en 1993 entre

HP, IBM, Sharp y otros.

Esta tecnología está basada en rayos luminosos que se mueven en el espectro

infrarrojo. Los estándares IrDA soportan una amplia gama de dispositivos

eléctricos, informáticos y de comunicaciones, permite la comunicación

bidireccional entre dos extremos a velocidades que oscilan entre los 9.600 bps y

los 4 Mbps. Esta tecnología se encuentra en muchos computadores portátiles, y

en un creciente número de teléfonos móviles, sobre todo en los de fabricantes

líderes como Nokia y Sony Ericsson.

El FIR (Fast Infrared) se encuentra en estudio, con unas velocidades teóricas de

hasta 16 Mbps.

Características:

• Cono de ángulo estrecho de 30º.

• Opera en una distancia de 0 a 1 metro.

• Conexión universal sin cables.

• Comunicación punto a punto.

• Soporta un amplio conjunto de plataformas de hardware y software.

2.1.17 Comunicaciones inalámbricas en ambiente inte rior

Se sabe que los sistemas de comunicación inalámbrica de mayor penetración son

los de telefonía celular, pero existen otros donde los mismos conceptos de

104

transmisión se aplican como los sistemas de redes locales inalámbricas y los

sistemas de comunicaciones “cordless”18. En la Tabla 2 se muestra una

comparación de estos tres sistemas. En el caso del sistema de telefonía celular se

tomó en cuenta un sistema de comunicaciones analógico, de igual forma para el

“cordless”.

Tabla 2. Comparación entre sistemas de comunicación inalámbrica.

Aspectos

Celular

Cordless

Red local

inalámbrica

Cobertura

1 a 10 km

10 a 100 m

< 30 m

Potencia de

transmisión

Alta

Baja

Baja

Movilidad

Alta

Baja

Casi estacionario

Administración

Movilidad

Localización/Handoff

No

No

Ancho de banda

Angosto

Angosto

Ancho

Control de enlace

Centralizado

Distribuido

Distribuido

Fuente: David Muñoz Rodríguez. Sistemas inalámbrico s de comunicación

personal. Segunda edición. Página 124.

El sistema de red local es digital. Como se puede ver en la comparación, se tiene

un control distribuido del servicio en ambiente interior. También, la movilidad en

los sistemas de ambiente interior es muy baja, siendo casi nula, a diferencia de la

red celular donde se necesita de una administración de la movilidad para poder

tener registros de localización de los usuarios. El ancho de banda de la señal es

18Aplicación que prescinde de un cordón eléctrico.

105

angosto para los sistemas analógicos (celular y cordless), del orden de 20 a 30

kHz, debido a que únicamente se utilizan para transmisión de voz. Sin embargo, el

sistema de red local que es digital y que transmite datos necesita de un ancho de

banda más amplio, del orden de 10 MHz, para poder satisfacer las necesidades

con respecto a la velocidad de transmisión que se puede tener de más de 1 Mbit/s

(Mbps).

Los sistemas de comunicación inalámbrica de ambiente interior trabajan

básicamente en una de dos bandas de frecuencias, la primera es la banda de

radio y la segunda es la de frecuencias infrarrojas. A continuación se describen los

aspectos más importantes de la propagación de señales de radio en un ambiente

interior.

2.1.17.1 Propagación en ambiente interior

Para el diseño de cualquier sistema de comunicaciones inalámbrico es muy

importante entender las características de las trayectorias de propagación porque

éstas determinan las pérdidas promedio, que a su vez se ven afectadas

enormemente por la altura de las antenas (las antenas del sistema deben estar

ubicadas a una misma altura) en comparación con sistemas que se comunican

con enlaces de línea de vista.

En sistemas de comunicación inalámbrica móvil, las características de

propagación tienen un impacto muy importante en su diseño. Cuando un equipo

terminal se encuentra en el exterior y su señal cubre una distancia de más de un

kilómetro se considera que la propagación de la señal se realiza bajo condiciones

que no son de línea de vista (LOS) en la mayoría de los casos, esto se debe a las

características del terreno a lo largo de la trayectoria seguida por la señal y a

posibles obstáculos como edificaciones de diferentes dimensiones. La condición

106

de no tener línea de vista es más severa que la de tenerla, por lo cual se debe

tomar en cuenta para el diseño de los sistemas, así como la determinación de la

capacidad y los enlaces.

En el caso de un ambiente interior, ambas condiciones, LOS y no LOS coexisten

independientemente de que las señales recorran distancias muy cortas. Esto es

debido a la gran cantidad de obstáculos presentes en el ambiente interior a lo

largo de la trayectoria de la señal. Uno de los aspectos más importantes de la

propagación de las señales en ambiente interior o exterior es la cuantificación de

las pérdidas de potencia de la señal que se está transmitiendo debido a la

distancia que lleva recorrida.

Las características de propagación para sistemas de comunicación en un

ambiente interior son únicas cuando se comparan a las de los sistemas en

ambiente exterior porque la cantidad de obstáculos presentes es mayor y, por lo

tanto, la reflexión y la difracción de las ondas de radio transmitidas es mayor. Los

obstáculos más comunes son las paredes, el techo, el piso y los muebles que se

utilizan.

Para estudiar la propagación en un ambiente interior, se pueden considerar

configuraciones de los lugares donde se realiza la comunicación y configuraciones

de las zonas de cobertura donde se proporcionan los servicios de la red y de esta

forma poder caracterizar físicamente el ambiente que depende de si se realiza la

comunicación en una oficina o en una casa.

Las configuraciones de los lugares se fundamentan en las características de las

áreas de trabajo donde se encuentra el sistema de comunicaciones. Se pueden

definir cinco distintas configuraciones en términos del tamaño del lugar y de la

densidad de objetos que son obstáculos potenciales para la transmisión de la

107

señal. El tamaño del lugar es diverso, desde pequeño hasta grande, y la densidad

de obstáculos varía desde baja hasta alta. Estas configuraciones se encuentran

resumidas en la Tabla 3.

Tabla 3. Configuraciones de las áreas de trabajo.

Configuración

Tamaño del lugar

Densidad de obstáculos

1

Grande sin particiones

Baja

2

Grande, particiones suaves

Baja a media

3

Grande sin particiones

Alta

4

Pequeño

Baja

5

Pequeño

Alta



La siguiente es una lista con los cinco posibles casos de configuraciones en

ambiente interior.

1. Zona extra-grande

2. Zona grande

3. Zona mediana

4. Zona pequeña

5. Micro-zona

La configuración de zona extra-grande es un escenario donde se tiene una

estación base externa proporcionando los servicios inalámbricos de ambiente

108

interior a varios edificios de alrededor. La zona grande contiene una estación base

sirviendo a un grupo de pisos de un edificio.

La zona media, como se muestra en la Figura 42, contiene una estación base

proporcionando servicio a un piso; la zona pequeña comprende áreas de

aproximadamente el mismo tamaño que un cuarto con una estación base para las

estaciones de ese lugar. La micro-zona tiene varias estaciones base en un área

del tamaño de un cuarto, dividiéndose la zona para que cada estación base

proporcione servicio en una región particular del lugar.

La última configuración es la de un sistema distribuido donde se cuenta con

dispositivos de comunicación “cordless” que se comunican a una estación base

con cobertura muy pequeña y que está conectada a la red telefónica pública.

Figura 42. Configuración de zonas por cobertura.



109

Cuando el tamaño de los lugares donde se instalará el equipo de comunicaciones

es grande y la densidad de población es relativamente alta, entonces es

conveniente utilizar configuraciones de micro-zona, zona pequeña y zona media.

En áreas residenciales se puede utilizar la configuración de zona extra-grande o

los sistemas distribuidos, sobre todo en áreas urbanas. En complejos de

apartamentos, es más conveniente considerar la configuración de zona grande.

Sin embargo, en áreas rurales se debe utilizar el sistema convencional alámbrico o

sistemas “cordless”.

A continuación se discutirán las características de propagación de las seis

configuraciones de cobertura.

2.1.17.2 Zona extra-grande

En los sistemas con este tipo de configuración, se puede considerar que la señal

transmitida sigue una trayectoria que se puede dividir en dos secciones, la primera

es en un ambiente exterior y la segunda es la penetración de la señal al edificio.

Para calcular las pérdidas, considere las siguientes definiciones: sea (r) la

pérdida de potencia de la señal cuando ha recorrido una distancia r, ( ) la

pérdida a una distancia r = , , la atenuación debida a un edificio a una

distancia r = , el factor de atenuación respecto a la distancia recorrida, el

factor de atenuación debida al edificio, y las pérdidas de penetración del

110

edificio. Se muestra que las pérdidas en la potencia de la señal por la distancia

que se recorre pueden obtenerse por medio de la expresión:

La diferencia entre los términos de las pérdidas ( ) y ( ) es que el primero

se incrementa cuando la frecuencia de la señal aumenta, y el segundo disminuye.

El factor toma un valor de 2 si se tiene un enlace de línea de vista (LOS), pero

si no se tiene este tipo de enlace, se incrementa su valor en el rango de 3 a 6, el

valor exacto depende de los obstáculos alrededor del edificio. Por otro lado, el

factor depende menos de la distancia y usualmente toma valores en el rango

de 0.5 a 1.5. El parámetro depende de la diferencia entre las alturas de las

antenas de la estación base (BS) y el receptor. Si esa diferencia se incrementa,

entonces el parámetro se incrementará, y tomará un valor mínimo si la altura de

las antenas es la misma.

2.1.17.3 Zona grande

Esta configuración se presenta cuando en un edificio se proporciona servicio con

una estación base para varios o todos los pisos del edificio como se mostró en la

Figura 43.

111

Figura 43. Configuración de zona grande.



Dicha configuración es apropiada para los servicios de un conmutador privado en

un edificio con una baja densidad de terminales que servir. Las pérdidas por

distancia recorrida en esta configuración están dadas por:

El parámetro es el factor de pérdidas de la potencia de la señal por la distancia

recorrida en su transmisión, toma valores de 2 o 3 cuando el transmisor y el

receptor se encuentran en el mismo piso del edificio, y se incrementa a más de 3

cuando se localizan en pisos diferentes.

112

2.1.17.4 Zona mediana

La configuración de zona media es la más aplicable para los sistemas de

comunicación inalámbrica de ambiente interior. Para el cálculo de las pérdidas de

potencia en la señal de transmisión se definen los siguientes parámetros: F(r) es la

atenuación causada por el piso y toma valores usualmente de 20 a 40 dB y casi no

depende de la distancia r, debido a que en esta configuración se considera que la

cobertura se restringe dentro del mismo piso; se prefiere tener un valor grande de

este parámetro.

Defina fc como la frecuencia de la señal portadora, c como la velocidad de la luz,

m como el número de pisos que son cruzados por la señal y n el número de

paredes que cruza la señal, entonces las pérdidas de potencia a una distancia r

del transmisor, (r), están dadas por:

donde W(r) es la atenuación causada por las paredes y R(r) representa las

pérdidas por reflexión de la señal. La tabla 4 contiene los factores de atenuación

de las paredes para varios tipos de material.

113

Tabla 4. Factores de atenuación.

Material

Atenuación

Madera (15 mm)

2,5 a 3,5 dB

Tabla roca

0,2 a 3,5 dB

Bloque de concreto

8,0 a 15 dB

Fibra de vidrio

(aislamiento)

Aprox. 38 dB



2.1.17.5 Zona pequeña

Cuando la comunicación se establece a través de enlaces inalámbricos, la calidad

de servicio se determina por la relación de la potencia de transmisión de la señal

deseada con la de la señal de interferencia y/o ruido. Cuando alguno de los

canales inalámbricos no se puede utilizar es común que se deba a una de dos

razones, puede ser porque se encuentra ocupado por algún otro usuario o porque

la cantidad de tráfico es tal que la interferencia se incrementa al punto de que la

calidad de servicio no proporcione garantía de una buena comunicación, a esta

última se le conoce como “outage”.

En un piso de alguna edificación se pueden encontrar varias estaciones de

servicio atendiendo zonas más pequeñas y que permiten aislar a grupos de

usuarios, lo cual ayuda a tener un sistema efectivo con una baja probabilidad de

“outage”.

Las pérdidas de la señal por distancia recorrida dependen grandemente de los

obstáculos que se encuentren entre el transmisor y el receptor. Algunos resultados

114

sobre los modelos de pérdidas fluctúan entre 2 y 4 dependiendo de las

características del enlace, es decir, un factor de 2 es para un enlace de línea de

vista, un factor de 3 es para un enlace con un obstáculo, y un factor de 4 es para

un enlace con dos a más obstáculos.

2.1.17.6 Micro-zona

Un sistema de micro-zona contiene varias estaciones base proporcionando ser-

vicio de comunicaciones en un solo cuarto, esto ocurre con lugares donde la

densidad de terminales es muy alta. Las pérdidas en este tipo de sistemas son

similares a las de los sistemas de zona mediana y a los de zona pequeña, pero el

factor de pérdidas puede ser más pequeño en este caso. La localización de las

estaciones base es muy importante para evitar posibles pérdidas de comunicación

por medio de “outage”. También se debe considerar la posibilidad de introducir

paredes falsas con el objetivo de aislar de cierta manera algunas de las zonas

dentro del mismo cuarto. En cualquiera de las condiciones se tendrá comunicación

de línea de vista y de no línea de vista.

Para determinar el número de estaciones base se debe realizar un análisis por

medio del cual se formule un problema de optimización en el que se pueda

minimizar la probabilidad de “outage” con el número y localización de estaciones

base. La Figura 44 contiene un diagrama de un cuarto con divisiones y varias

estaciones base que proporcionan servicio a terminales dentro de un mismo

cuarto.

115

Figura 44. Comunicación inalámbrica en micro-zona.



Es importante conocer el comportamiento de las señales en un ambiente interior

porque éste determinará la calidad del servicio, el número de usuarios y el tipo de

sistema que se tendrá implementado en una edificación dada. Es también

importante realizar la comunicación de estos sistemas de una forma confiable para

que puedan ser utilizados dentro del nuevo paradigma de comunicaciones,

comunicación de persona a persona.

2.1.17.7 Técnicas de desempeño

Visualizando la propagación de las señales se puede tener una ayuda que permita

derivar modelos matemáticos que tengan mejor exactitud. Generalmente, para

lograr esto se mide la intensidad y la fase del campo y se obtiene la distribución

espacial de éste, de ahí, se generan gráficas que permiten visualizar esa

116

intensidad de campo en un instante dado y si se obtienen las gráficas para un

intervalo de tiempo, se podrá ver de qué forma va cambiando ésta en las

diferentes zonas del área cubierta.

Debido al creciente uso de sistemas inalámbricos en interiores, y la proliferación

de antenas, se debe conocer el tiempo de arribo de la señal junto con el ángulo de

arribo para poder determinar la dirección de donde proviene.

En una red de comunicaciones inalámbrica se organizan las estaciones base si

éstas son varias, de tal forma que se proporcione el servicio a cierta región

cubriéndola con la señal que es transmitida, pero si en una región se utiliza una

señal transmitida a una frecuencia dada, entonces esa frecuencia no puede

utilizarse en regiones cercanas a la primera porque causarían interferencia

cocanal y en algún momento hasta “outage”.

Entonces lo que se necesita es repartir las frecuencias a las estaciones base de

forma que no se tenga ese tipo de interferencia o al menos que sea de un valor

que pase desapercibido desde el punto de vista del desempeño. Al proceso de

repartir las frecuencias se le conoce como la asignación de canales y al patrón de

frecuencias donde se pueden ver las regiones que utilizan un canal en particular

se le conoce como reuso de frecuencias.

El reuso de frecuencias ya existe desde los primeros días de radio cuando se

podía tener dos estaciones transmisoras de radio en diferentes ciudades con la

misma frecuencia.

Recientemente, el reuso de frecuencias era sólo aplicado a las redes de telefonía

celular, pero actualmente se ha comenzado a considerar para las redes de

comunicación inalámbrica en ambiente interior.

117

El reuso de frecuencias se puede utilizar si se toleran niveles de interferencia de -

85 dBm producidos por las señales de sistemas celulares exteriores.

La capacidad de tráfico de un sistema se representa como el número total de

usuarios que el sistema puede conectar al mismo tiempo y es uno de los

parámetros más importantes para determinar el desempeño de una red así como

para medir el grado en el cual una red es mejor que otra.

Diversos factores de las redes inalámbricas pueden afectar la capacidad de

tráfico, entre ellos se encuentran la atenuación causada por los obstáculos, el

control de potencia del transmisor y la relación señal-interferencia aceptable para

establecer y mantener una llamada.

118

3. METODOLOGÍA

3.1 ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN

Actualmente el uso de nuevas tecnologías es el común denominador para el

desarrollo de nuevas aplicaciones en todos los campos de la ingeniería, por ende

es necesario incorporar estas a los nuevos proyectos de investigación o incluso,

de ser necesario desarrollar nuevas tecnologías que permitan cubrir las

necesidades de estos nuevos proyectos pensando también en la necesidad de

buscar la compatibilidad con tecnologías más antiguas al momento de su

modernización.

La forma empírica del proyecto se basa principalmente en los ensayos de los

dispositivos en lugares donde pueda ser aplicado, ya que de la experiencia en la

práctica se puede hacer una comparación analítica con los datos resultantes.

El enfoque analítico de los intercomunicadores se relaciona principalmente con el

diseño electrónico para el funcionamiento del intercomunicador, aplicando lo

estudiado durante la carrera en las diferentes áreas que aplican.

El apoyo a la sociedad y a las generaciones futuras consiste en dejar un legado en

investigación que otros pueden continuar y mejorar. Existe también la intención

durante el desarrollo del proyecto, de que este pueda convertirse en una pauta de

trabajo para quien desee encaminarse a través de las comunicaciones

inalámbricas y sus tecnologías relacionadas.

119

4. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB/SUB-LÍNEA DE FACUL TAD/CAMPO

TEMÁTICO DEL PROGRAMA

4.1 LINEAS DE INVESTIGACION USB

4.1.1 Tecnologías actuales y sociedad

Las tecnologías alámbricas están siendo reemplazadas en la sociedad por

métodos inalámbricos en muchos de los dispositivos de uso común en

comunicaciones. Esto ha hecho necesario que las investigaciones desarrollen

nuevas funciones y aplicaciones que contribuyan al desarrollo tecnológico con el

fin de obtener nuevos dispositivos electrónicos que permitan solucionar diversos

problemas que aún persisten en telecomunicaciones y así lograr satisfacer las

necesidades de la sociedad.

4.2 SUB-LINEA DE LA FACULTAD

4.2.1 Sistemas de información y comunicación

Los sistemas de información permiten desarrollar los procesos de una forma

sistematizada de tal manera que cada uno de estos cumpla una función

específica. Actualmente estos sistemas se encuentran inmersos en diferentes

áreas del conocimiento que han permitido de cierta manera la evolución del

mundo tecnológico y más específicamente los procesos de comunicación que

permiten que diversos dispositivos se encuentren al servicio de la sociedad.

Los sistemas de comunicaciones, permiten la transmisión y recepción de

mensajes, ya sean de datos, voz o video. Como estructura general de estudio, el

proceso de comunicación se puede considerar dividido en varias etapas que son:

120

captación de la información, modulación, transmisión, propagación, recepción,

demodulación, almacenamiento, reproducción y en general, todas las fases

necesarias para lograr una comunicación de forma exitosa. Para lograr esto, se

necesita de un análisis de los componentes que hacen parte de cada una de las

etapas necesarias. Son inevitables las prácticas y pruebas estadísticas del

funcionamiento de dispositivos, especialmente los de trasmisión inalámbrica. Esto

con el fin de tener unos datos prácticos de sus características y poder así conocer

los posibles campos en que podrían ser aplicados o la forma en que podrían ser

utilizados en un diseño realizado. Es necesario un trabajo investigativo de lo

anterior, para lograr un desarrollo óptimo.

4.3 CAMPO TEMÁTICO

4.3.1 Comunicaciones

En el proceso del desarrollo de las comunicaciones se han generado cambios

continuos para fortalecer diversos servicios en beneficio de la sociedad. Desde la

telefonía móvil hasta el Internet, son servicios que permiten la comunicación con

diferentes partes del mundo y la ingeniería electrónica ha sido parte fundamental

en este complejo proceso.

Para el desarrollo de un intercomunicador basado en comunicaciones

inalámbricas deberá tenerse en cuenta las fortalezas de las diversas tecnologías

actuales empleadas en los sistemas de comunicación. Esto permitirá el desarrollo

adecuado de la aplicación, lográndose alta calidad y estabilidad en su

funcionamiento.

121

5. DESARROLLO INGENIERIL

El sistema de comunicación inalámbrico desarrollado mediante el presente

proyecto permite establecer de una forma versátil, conexiones bidireccionales

entre una estación central (estación base) y cada una de las extensiones.

La función del prototipo desarrollado es hacer que cada uno de los dispositivos

acoplados logren operar de acuerdo con las características genérales establecidas

en el sistema.

Este intercomunicador está estructurado con el propósito de que permita realizar

un enlace inalámbrico para comunicación de voz con las extensiones, tal como se

visualiza en el diagrama en bloques de la Figura 45.

Figura 45. Diagrama general del intercomunicador in alámbrico.

Estación base

(consola)

Extensión

201

Extensión

202

Extensión

203

Extensión

204

122

Figura 46. Diagrama funcional en bloques del interc omunicador inalámbrico.

En la Figura 46 se muestra el diagrama funcional del sistema de

intercomunicaciones que se va a diseñar e implementar. Una descripción general

de su funcionamiento es la siguiente:

El sistema se encuentra en un estado inicial de reposo. Cuando el operador

oprime la tecla asterisco (*), se habilita la marcación y se visualiza en la interfaz la

solicitud de digitar la extensión con la cual se desea comunicar, al marcar el

numero de la extensión se indicará con el tono de repique y el mensaje que se

está comunicando con esta. Si en la extensión se contesta, se activa un indicador

y se establece la comunicación.

Una vez descrito el funcionamiento general del sistema, se procederá a realizar la

descripción y el diseño de cada una de las partes que conforman el sistema.

Teléfono

Extensión Transmisión y recepción

Interfaz de usuario

Controlador

Entrada

Salida

Teléfono

123

5.1 ESTACIÓN BASE

La estación base es la parte encargada de facilitar la comunicación del operador

con cada una de las extensiones, de acuerdo con los comandos que este

introduzca al sistema.

En la Figura 47 se hace una división por bloques de la parte correspondiente a la

estación base, teniendo en cuenta los principales elementos funcionales que la

conforman y de los cuales se hará una descripción a continuación.

Figura 47. Diagrama en bloques de la estación base.

5.1.1 Controlador central

El controlador central es la parte inteligente que maneja las principales funciones

que es capaz de realizar la estación base. Entre otras funciones, controla el

módulo de Transmisión y Recepción con cada una de las extensiones y se

comunica con la Interfaz de usuario, a través de la cual indica el estado de la

comunicación.

Transmisión y recepción

Interfaz de usuario

Controlador

Teléfono

124

Este Controlador está compuesto por un microcontrolador y una etapa de

conmutación.

El microcontrolador para esta etapa debe ser adecuadamente seleccionado según

su capacidad, dentro de una amplia gama de dispositivos, con base en las

funciones que debe realizar en el sistema. En la Tabla 6 se comparan con base en

sus características principales el microcontroladores PIC 16F877A y PIC18F452,

los cuales fueron considerados como los más opcionados para ser utilizados en la

implementación del controlador.

Tabla 5. Microcontroladores PIC

Microcontrolador PIC 16F877A PIC18F452

Características • 40 pines. • Frecuencia de operación:

20 MHz • Memoria Flash: 8k. • Puertos de entrada y

salida 5. • Set de instrucciones 35. • Comunicaciones serial:

MSSP,USART • Interrupciones: 14. • Memoria de datos : 368

Bytes

• 40 pines. • Frecuencia de operación:

40 MHz • Memoria Flash: 32k. • Puertos de entrada y

salida 5. • Set de instrucciones 75. • Comunicaciones serial:

MSSP, USART. • Interrupciones: 18. • Memoria de datos : 1.5

KBytes

De acuerdo con las características de los microcontroladores considerados en la

Tabla 6, se puede concluir que cualquiera de los dos dispositivos es capaz de

realizar en forma adecuada las funciones del Controlador de la estación base. Sin

embargo, se considera que el microcontrolador PIC 18F452 estaría

sobredimensionado para la implementación de este Controlador, pues sus

características sobrepasan en gran medida los requerimientos de este diseño.

125

Además de lo anterior, la selección de este dispositivo generaría un incremento en

los costos del proyecto.

En conclusión, para la implementación del controlador de la estación base se

utilizo el PIC 16F877a de Microchip Technology Inc. debido a que es capaz de

cubrir los requerimientos del sistema, en cuanto a velocidad de funcionamiento,

cantidad de pines y funciones que es capaz de realizar.

El microcontrolador PIC 16F877a, que cuenta con 40 pines divididos en 5 puertos

de entrada y salida de información, funciona con un oscilador externo de 4 MHz.

De acuerdo con la Figura 48 se muestra diagrama correspondiente al sistema de

control del intercomunicador.

126

Figura 48.Diagrama controlador (estación base)

RA0/

AN0

2RA

1/AN

13

RA2/

AN2/

VREF

-/CVR

EF4

RA4/

T0CK

I/C1O

UT6

RA5/

AN4/

SS/C

2OUT

7

RE0/

AN5/R

D8

RE1/

AN6/W

R9

RE2/

AN7/C

S10

OSC1

/CLK

IN13

OSC2

/CLK

OUT

14

RC1/

T1OS

I/CCP

216

RC2/

CCP1

17RC

3/SC

K/SC

L18

RD0/

PSP0

19RD

1/PS

P120

RB7/

PGD

40

RB6/

PGC

39

RB5

38

RB4

37

RB3/

PGM

36

RB2

35

RB1

34

RB0/

INT

33

RD7/

PSP7

30

RD6/

PSP6

29

RD5/

PSP5

28

RD4/

PSP4

27

RD3/

PSP3

22

RD2/

PSP2

21

RC7/

RX/D

T26

RC6/

TX/C

K25

RC5/

SDO

24

RC4/

SDI/S

DA23

RA3/

AN3/

VREF

+5

RC0/

T1OS

O/T1

CKI

15

MCL

R/Vp

p/TH

V1

877A

PIC1

6F87

7A

R1 1k

X1 CRYS

TAL

4MHz

53 2

6 471

8

U1 LM38

6

LS1

SPEA

KER

C1 10u

C2 10u

C3 100u

R1J

100R

C4 10u

C5 10n

Q1 2SC2

603

C6 10n

C7 10n

R2J

10kRV

1

100K

R3J

10k

C8 10n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

J1 2663

1301

RP2

1 2

J2 SIL-

100-

02

R4J

2kR5

J22

0kR6

J1k

C9 10n

C10

10n

R7J

100K

1 2

J3 SIL-

100-

02

Q3 PN22

22A

R19

1k

LS2

SPEA

KER

Q4 PN22

22A

R2 6.8k

R3 100k

Q5 PN22

22A

R4 6.8k

R5 1k

D1 LED-

GREE

N

12

3

45

6

78

9

0#

1

2

3

A B C D

D7 14D6 13D5 12D4 11D3 10D2 9D1 8D0 7E 6RW 5RS 4

VSS 1VDD 2VEE 3

LCD1

LM01

6L

RF90

0DV

DIAG

RAM

A ES

QUEM

ATIC

O IN

TERC

OMUN

ICAD

OR IN

ALAM

BRIC

O

ESTA

CION

BAS

E

Q2

2SC2

603

127

5.1.1.1 Control de la Interfaz de usuario

Para la comunicación con la Interfaz de usuario se utilizó de manera multiplexada

el puerto B del microcontrolador, permitiendo conectar a la vez el elemento de

visualización (LCD) y el Teclado. La LCD muestra que el sistema se encuentra en

estado de reposo. Una vez el operador habilita la marcación por medio del teclado

se visualiza que se puede digitar el numero de la extensión e indica el estado de

la llamada.

5.1.1.2 Control del módulo de transmisión y recepci ón

Para la selección de la frecuencia a la cual trabajará el modulo RF900DV en un

momento dado, se asignaron los pines del 15 al 18 (C0, C1, C2, C3), los cuales

entregan niveles altos o bajos de voltaje al modulo de RF. Además, el

microcontrolador cuenta con dos pines dedicados a la recepción (pin 26) y

transmisión (pin 25) de datos de forma serial (USART), con el fin de establecer la

señalización entre la base y las extensiones. Para transmitir o recibir las tramas de

datos de 8 bits se utilizo una tasa de baudios de 1200 bits por segundo . Los bits

están codificados en NRZ (nivel alto 1, nivel bajo 0). En modo asíncrono el pin 25

(C6), se utiliza como terminal de transmisión de datos y el 26 (C7) como terminal

de recepción de datos.

5.1.1.3 Control del teléfono

El control del teléfono (micrófono y parlante), se realiza a través de los pines 19 y

20 correspondientes al puerto D del microcontrolador, con el propósito de habilitar

o deshabilitar el circuito del teléfono por medio de los niveles de voltaje que llegan

a la base de los transistores Q5 (Parlante) y Q2 (Micrófono), como lo muestra la

Figura 48.

128

• Conmutación del teléfono

Teniendo en cuenta las características necesarias para el funcionamiento de un

transistor como conmutador, la corriente que ingresa a la base debe tener un valor

adecuado para que el transistor entre en corte o de igual manera pueda ser

llevado a saturación.

Cuando un transistor entra en corte, la corriente del colector (Ic) debe ser igual a

cero y el voltaje de colector emisor (VCE) debe ser aproximadamente igual de la

fuente de alimentación del circuito. Cuando se encuentre en saturación, la

corriente del colector (Ic) debe ser máxima y un voltaje (VCE), mínimo o en lo

posible cero.

De acuerdo con lo anterior y con base en las características del sistema se

realizaron los siguientes cálculos:

Datos del sistema:

A partir de la fórmula de potencia, tenemos:

129

Teniendo en cuenta que el Beta del transistor es aproximadamente 200, se calcula

la corriente para asegurar que el transistor se sature.

La corriente de base es:

Reemplazando en la ecuación, tenemos:

De acuerdo con el resultado obtenido esta es la corriente necesaria para que el

transistor se sature y permita que pase la señal de voz desde el micrófono y hacia

el parlante.

Para calcular la resistencia Rb, se realiza la malla en el circuito de la base:

130

Despejando Rb, obtenemos lo siguiente:

En la Figura 48 la resistencia Rb calculada corresponde a R2 para el micrófono y

R4 para el parlante

5.1.1.4. Estructura lógica del controlador de la es tación base

Inicialmente el sistema establece una frecuencia de operación que es asignada

por el Controlador a través de los cuatro primeros pines del modulo de

radiofrecuencia. En la estación base esta se mantiene fija. Una vez el operador

ingresa el número de la extensión por medio del teclado, se compara esta

información con los datos almacenados en la memoria EEPROM, para verificar si

se trata de un número de extensión válido. Si el número coincide con alguna de

las extensiones almacenadas, el Controlador inicia el establecimiento de la

comunicación con la extensión de destino. De lo contrario, retorna al estado de

reposo donde el operador tiene que iniciar nuevamente el proceso de marcación.

El diagrama de flujo de la Figura 49 ilustra lo descrito anteriormente.

131

Figura 49. Diagrama de flujo estación base

.

Para establecer una llamada es necesario enviar datos de señalización a las

extensiones a través de la USART del microntrolador. Los datos se asignaron en

palabras de 8 bits, en formato hexadecimal, dentro de las cuales se seleccionaron

4 de las 256 posibles. De acuerdo con la Tabla 6, estos son los datos que se

envían para realizar una llamada a alguna de las extensiones.

Tabla 6. Datos de señalización.

Extensión Dato Enviado (Hexadecimal)

201 0F

202 71

203 3D

204 E0

Declaración de funciones

Teclado=EEPROM

Activar frecuencia del modulo

Inicio

Si

No

Llamando

Extension

Limpia

132

Sin embargo, el único dato que no se puede asignar es el 00 (Hex), porque

corresponde a un dato que se recibe constantemente de las extensiones que se

encuentran encendidas y sintonizadas en la misma frecuencia de la estación base.

A través de la LCD se puede visualizar el número de la extensión de destino con la

cual se realiza la conexión y el tiempo de duración de la llamada que se

predetermino a un minuto con el fin de lograr una mejor administración del

sistema. Al iniciar la llamada se activan los dispositivos de voz y se mantienen en

este estado durante la llamada. Al finalizar la llamada el operador puede reiniciar

el sistema oprimiendo cualquier tecla, para una próxima marcación. En el

diagrama de flujo de la Figura 50 se muestra este proceso.

Figura 50. Diagrama de flujo comunicación con el de stino.

Si

Llamando Extensión

Extensión=EEPROM

No Limpia

Fin

Envía Dato

Mensajes LCD

Activa Dispositivos

Tiempo de

Llamada

Finalización de Llamada

No

Se oprimió alguna tecla Inicio

Si

133

5.1.2 Etapa de transmisión y recepción

Como se dijo antes, esta etapa debe realizar la transmisión bidireccional de la

información de voz y de señalización, entre la estación base y la extensión

seleccionada en un momento dado.

5.1.2.1 Selección de la tecnología Inalámbrica que se va a utilizar.

Teniendo en cuenta que existe una gran cantidad de tecnologías que pueden ser

utilizadas para efectuar una transmisión de voz o de datos en forma inalámbrica,

se realiza a continuación una comparación entre algunas de las más utilizadas,

con el fin de determinar cuál es la más adecuada para ésta aplicación en

particular. En la Tabla 7 se resumen las ventajas y las desventajas de las

tecnologías Bluetooth, ZigBee y Radiofrecuencia.

Tabla 7. Ventajas y desventajas tecnologías de comu nicación

Tecnología Ventajas Desventajas

Bluetooth

• Posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia.

• Transmisión full dúplex. • Por motivos de seguridad

cuenta con mecanismo de encriptación.

• Bajo consumo de energía.

• Distancia máxima de transmisión 10 mts.

• La potencia de salida para transmitir 10 mts es de 1mW.

• Para su óptimo funcionamiento requiere de una arquitectura de software más densa.

ZigBee • Bajo consumo de energía. • Esta diseñado bajo un estándar

IEEE 802.15.4. • Hasta 65000 nodos por red. • Soporta múltiples tecnologías

de red como punto a punto, punto a multipunto y las mallas

• Diseñado especialmente para la transmisión de datos.

134

de las redes.

Radiofrecuencia • Funciona en frecuencias entre

3Hz y 300GHz. • Alcance promedio entre 100

mts y 300 mts. • Bajos costo. • Bajo voltaje requerido para su

funcionamiento. • Permiten la transmisión de

datos y voz full dúplex.

• Posibles interferencias con otros dispositivos.

Al analizar las características de las diferentes tecnologías contenidas en la tabla

5, se encuentra que, la tecnología bluetooth proporciona un alcance muy corto por

la baja potencia que maneja y además requiere del uso de un software robusto

para su manejo, lo cual genera mayores costos para su implementación.

La tecnología ZigBee está diseñada bajo estándares que permiten un mejor

desempeño y mayor facilidad para implementar redes inalámbricas con un

excelente alcance y bajo consumo, pero su gran desventaja es que éste

dispositivo ha sido especificado y diseñado específicamente para la transmisión de

datos.

La tecnología de radiofrecuencia cuenta con un amplio rango de frecuencias de

trabajo, tal como se especifico en el numeral 2.1.15 dentro del marco teórico

conceptual. Comercialmente se puede encontrar dispositivos de relativamente

bajo costo que manejan esta tecnología. Estos dispositivos proporcionan un

alcance en línea de vista adecuado para la aplicación que se va a desarrollar en

este proyecto.

Teniendo en cuenta las anteriores consideraciones, se determinó que la

tecnología más adecuada para la implementación de los canales de comunicación

135

inalámbrica, entre la estación base y cada una de las extensiones es la de

Radiofrecuencia.

5.1.2.2 Selección del módulo de RF.

Perteneciente a esta tecnología, se selecciono el modulo RF900DV fabricado por

Laipac.Inc, debido a que este brinda un alcance en espacio libre aproximadamente

de 200 metros y en ambientes interiores de 40 metros, apto para la aplicación de

transmisión y recepción de voz full dúplex con bajo consumo de energía. Este

dispositivo se encarga de la modulación y demodulación de la información en FM.

Bajo estos parámetros se decidió que este modulo era adecuado para desarrollar

la aplicación de un intercomunicador inalámbrico de cuatro extensiones.

5.1.2.3 Descripción del módulo de RF

Los enlaces de transmisión inalámbrica del sistema de intercomunicación se han

desarrollado a partir de dos tipos de módulos, RF 900dv ( base (B) y remoto (H))

que tienen la posibilidad de realizar la comunicación full dúplex. El aspecto físico

de estos módulos puede verse en la Figura 51.

136

Figura 51. Módulos RF 900 DV, base (B) y remoto (H) .

Fuente: http://www.quebarato.com.co/rf900dv-transce ptor-a-900-mhz-

transmisor-de-datos-y-voz__1623B1.html

El módulo RF 900 DV trabaja en un rango de frecuencias entre 902.525 y 927.025

MHz para transmisión y recepción, proporcionando 16 canales de 1250 kHz que

cuentan con una separación de 300 kHz entre ellos. Este módulo está diseñado

para realizar la modulación y demodulación de las señales en frecuencia

modulada (FM). Se hace necesario asignar una misma frecuencia a la base y al

remoto con el cual se va a comunicar y evitar que otra extensión remota se

encuentre a la vez en la misma frecuencia, ya que esto produce interferencias y

satura el canal de comunicación. Cada uno de estos módulos cuenta con un pin

dedicado al envió de información (datos y voz) y otro utilizado para la recepción.

Para poder realizar el proceso de transmisión y recepción, el dispositivo requiere

de una antena con una impedancia típica de 50 ohm. Para esto se utiliza un dipolo

cuya longitud para que trabaje en éste rango de frecuencias, puede ser calculado

a partir de la siguiente ecuación:

137

En la Figura 52 puede verse el diagrama de pines del módulo RF 900 DV.

Figura 52. Módulo RF900DV

El RF 900DV posee 13 pines que se describen a continuación:

Los cuatro primeros pines (D0-D3) son los que permiten asignar el canal de

comunicación que se va a utilizar, es decir, con estos se establece la frecuencia

de operación. Esta frecuencia es asignada con base en la orden recibida del

módulo Controlador de la estación base. Para asignar las frecuencias de una

manera adecuada es preciso utilizar estas cuatro entradas. Para este proceso se

tomó como referencia los datos de la tabla 8, suministrada por el fabricante.

138

Tabla 8.Selección de frecuencia

Debido a que estos dispositivos son transmisores y receptores, la alimentación de

cada etapa se hace de manera independiente. Así, por medio de los pines 5 y 6

se polariza la etapa de transmisión del modulo, mientras que a través de los pines

8 y 9 se polariza el receptor. El pin numero 13 provee la alimentación para el

circuito análogo interno. Se debe tener en cuenta que el rango de voltaje que se

maneja se encuentra entre 3.6 V y 4.2 V, según especificaciones de fabricación.

La información correspondiente a voz y datos que se enviará a cada una de las

extensiones ingresa por el pin 7, donde la etapa transmisora hace una modulación

en FM de la información que llega al dispositivo para posteriormente enviarla a

través de la antena hacia la extensión. Los datos de señalización enviados

corresponden a los mencionados en la Tabla 6.

139

La recepción de voz se hace a través del pin 10, el cual entrega una señal de voz

analógica con bajos niveles de voltaje al circuito amplificador LM386-1 para que

esta sea audible. La información relacionada con datos de señalización se obtiene

por el pin 12. Esta señal contiene datos de 8 bits en formato hexadecimal

codificados en NRZ y son recibidos por el controlador.

Cuando la extensión recibe la información de señalización, se tiene un cambio con

respecto a la enviada por la estación base, debido a la presencia de ruido el cual

causa perturbaciones en el canal de transmisión y también a la imperfecciones

presentadas por los procesos de modulación y demodulación. Por lo tanto los

datos recibidos por el modulo de radiofrecuencia se encuentran en la tabla 9.

Tabla 9. Dato de señalización recibido en las exten siones

Extensión Dato Recibido (Hexadecimal)

201 FA

202 F5

203 C5

204 F0

A través del pin 11 el módulo puede indicar su estado de libre u ocupado, lo cual

se indica mediante dos posibles niveles, así: cuando es alto se encuentra libre y

cuando está en bajo se encuentra ocupado.

5.1.3 Teléfono

Es el dispositivo transductor que se encarga de recibir la voz del operador o del

usuario en las extensiones y convertirla en un formato eléctrico analógico para su

140

manipulación por parte del sistema. De igual manera, convierte la señal eléctrica

analógica recibida y la convierte en una señal audible para el usuario.

Comprende no solo lo relacionado con la entrada de la señal de voz por medio del

micrófono y su salida a través del parlante, sino también, el circuito de

amplificación correspondiente. En la Figura 53 se muestra un diagrama general

del teléfono.

Figura 53. Diagrama del teléfono

5.1.3.1. Aparato telefónico

Al sistema se le adapto un teléfono convencional utilizado para citofonía, el cual se

interconecta con él para permitir la entrada y la salida de voz. Para realizar la

conexión del teléfono con el sistema se diseño el circuito impreso mostrado en la

Figura 54.

Micrófono

Parlante

Circuito

amplificación

Diagrama del teléfono

141

Figura 54. Circuito impreso para adecuación del tel éfono

A través del circuito impreso mencionado se realiza la conexión del interruptor de

cuelgue y del manófono con el sistema, empleando un plug RJ-45 el cual permite

acondicionar un enlace físico hacia el circuito de amplificación.

5.1.3.2 Amplificación del teléfono

• Micrófono

Al chocar una onda sonora con un diafragma se produce una vibración que genera

un voltaje, el cual es la representación eléctrica del sonido. Dado que los niveles

de dicho voltaje son muy bajos, es necesario amplificarlos, tal como se describe a

continuación.

La amplificación de la señal eléctrica producida por el micrófono se realiza a través

del transistor Q1 y mediante la configuración de resistencias que se muestra en la

Figura 55.

142

Figura 55. Etapa de amplificación del micrófono.

R22k

R5220k

R61k

C9

10n

C10

10n

R7J

100K

R1

2k

Q1

PN2222A

Q2PN2222A

SALIDARF900DV

SEÑAL CONTROLADORMICROFONO

La señal eléctrica producida por el micrófono entra por el colector del transistor

Q2, el cual hace parte del controlador y cuya función es la de realizar el proceso

de conmutación para habilitar o deshabilitar el micrófono. El condensador (C9)

recibe la señal que deja pasar el conmutador cuando está habilitado, eliminando la

componente DC de esta y permitiendo que pase la voz hacia la base del transistor

Q1.

Por medio de la resistencia de R2 se provee el voltaje necesario de polarización

del micrófono. Las resistencias R5 y R6 permiten que se obtenga una

retroalimentación de la señal. El condensador C10 y la resistencia R7J, filtran la

señal ya amplificada, la cual es enviada hacia la etapa de transmisión.

• Cálculos para la amplificación del micrófono

Datos del sistema

143

Teniendo que

144

La corriente del colector se calcula a partir de:

Por tanto la corriente en la base es:

Entonces la corriente en el emisor es muy cerca a la del colector

Teniendo la corriente de base se calcula la resistencia d base a partir de:

Se tiene una ganancia igual a:

145

• Parlante

La amplificación de la señal proveniente del modulo de radiofrecuencia se realiza

por medio del circuito integrado LM386 -1, que proporciona una potencia de 1/2 w

con una ganancia de voltaje entre 20 dB y 200 dB. La configuración para la

amplificación se realizo según el diagrama de la Figura 56.

Figura 56. Amplificación parlante LM386.

53

2

64 7

1 8

U1

LM386

LS1

SPEAKER

C1

10u

C2

10u

C3100u

R1J

100R

C4

10u

C5

10n

C610n

RV1

100K

R3J

10k

C810n

Q5PN2222A

R42k

SEÑAL CONTROLADOR

AF OUT

La señal procedente del pin AF OUT (Voz) del módulo RF900DV, pasa a través de

una resistencia variable RV1, la cual permite hacer un ajuste de la intensidad de la

señal entrante al amplificador; teniendo como resultado una variación en el

volumen. Esta señal es desacoplada antes de llegar al pin 3 correspondiente a la

entrada del circuito amplificador. La polarización de éste circuito (LM386-1), se

146

realiza mediante la conexión de los pines 4 (Gnd) y 6 (Vcc). La ganancia del

amplificador se obtiene conectando un condensador entre los pines 1 y 8 como se

visualiza en la Figura 56.

Para la salida de voz se utilizó un parlante convencional el cual recibe una señal

eléctrica proveniente del pin 5 del amplificador. Esta hace vibrar una membrana

flexible, generando un movimiento mecánico que se transforma en una señal de

voz.

Para cacular la ganancia del amplificador se tiene en cuenta la configuracion en

lazo abierto como lo muestra la siguiente Figura 57.

FIGURA 57. Amplificador Operacional

Donde la ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula:

Donde:

AV = ganancia de tensión

147

Vs = tensión de salida

Ve = tensión de entrada

De acuerdo con la formula anterior el circuito de amplificacion LM386 se diseño

para obtener una ganancia de 20 dB, la cual se calculo a partir de la formula

anterior y cada uno de los respectivos voltajes de entrada y salida del circuito.

Vs = 3.1 Voltios

Ve = 310 mV

Dada la ganancia obtenida en voltaje se pasa esta a ganancia en dB de la

siguiente manera:

Reemplazando tenemos:

148

Sin embargo para efectos más prácticos el amplificador dispone de dos pines 1 y 8

para el control de ganancia. Con los pines 1 y 8 abiertos, una resistencia interna

en el encapsulado de 1.35 kΩ pone la ganancia en 20dB. Por lo tanto si se coloca

un condensador del pin 1 al 8, como bypass de la resistencia interna de 1.35 kΩ,

la ganancia se acercará a 200 dB. Esto depende del tipo de aplicación y la calidad

de audio que el sistema requiera.

5.1.4 Interfaz de usuario

La interfaz de usuario diseñada para la estación base cuenta con dos dispositivos

que permiten el ingreso de datos al controlador y la visualización del estado del

sistema.

Por medio del teclado 3x4 (Figura 58), se ingresa el numero de la extensión con la

cual se desea realizar la comunicación (Ver tabla 6). La finalización de la llamada

se puede hacer pulsando cualquiera tecla.

149

Figura 58. Teclado 3x4

Fuente: http://articulo.mercadolibre.com.mx/MLM-486 48585-teclado-

matricial-3x4-plastico-alta-calidad-pic-atmel-avr-_ JM

En la pantalla LCD de 2x16 es posible visualizar los mensajes que de acuerdo

con su estado de funcionamiento puede emitir la función que se está ejecutando

en el Controlador. A continuación se dan a conocer los principales avisos.

Figura 59. Mensaje de espera

Este mensaje indica que no se ha establecido ninguna llamada y por lo tanto esta

a la espera de una marcación (Ver Figura 59).

Figura 60. Habilita marcación

Al oprimir la tecla asterisco (*) se habilita el sistema solicitando que se digite una

extensión (Ver Figura 60).

150

Figura 61. Visualización de la marcación

En la Figura 61 se muestra el mensaje que indica que se está realizando la

marcación a una extensión de acuerdo con los datos de la tabla 6, por lo tanto

está a la espera del último dígito para terminar el proceso.

Figura 62. Llamando a la extensión

Una vez se ha marcado la extensión de destino la pantalla indica que se está

realizando la llamada (Figura 62).

Figura 63. Inicio de llamada

En la Figura 63 se muestra que se ha dado inicio a la llamada y el tiempo que

queda para finalizar la comunicación.

151

Figura 64. Finalización de llamada

Después de que el tiempo ha finalizado se puede ver el mensaje de fin de llamada

por lo tanto el usuario debe pulsar cualquier tecla para reiniciar el sistema y dar

paso a una nueva marcación (Figura 64).

5.2 EXTENSIONES

Las extensiones cumplen la función de atender una solicitud de llamada realizada

desde la estación base. El diseño del módulo de una extensión es similar al de la

Estación base, en todo lo relacionado con los circuitos correspondientes al sistema

de transmisión y recepción, teléfono y función de conmutación realizada por el

Controlador. Por lo tanto, se describirán a continuación los procesos lógicos que

cumple el controlador del módulo de las extensiones y el significado de los

indicadores correspondientes a la interfaz de usuario.

5.2.1 Estructura lógica del controlador (extensione s)

Si las extensiones se encuentran sintonizadas en la misma frecuencia que la de la

estación base, estarán a la espera de recibir un dato del modulo de

radiofrecuencia RF900DV (H), que ingresa al microcontrolador a través del pin 26

(C7). Este dato, que identifica a cada una de las extensiones, es comparado con

los datos almacenados en el microcontrolador. Si hay coincidencia del dato

recibido con el dato que identifica a esa extensión, esta habilita la señal de timbre.

En el momento en que el usuario levante el manófono, se habilitará el parlante, el

micrófono y el indicador de descuelgue quedando habilitada la comunicación

durante un minuto. Si el dato recibido no corresponde con la identificación de la

152

extensión que está haciendo el análisis, el sistema de control de la extensión

realiza un cambio de su frecuencia por medio de un cambio que hace el

controlador en los pines C0, C1, C2 y C3 del microcontrolador. Este proceso

activa además un indicador de este evento. Este cambio de canal se realiza para

permitir que el destinatario real de la llamada se comunique con la estación base,

sin que se generen interferencias.

Para tener una idea global del funcionamiento lógico del sistema, véase el

diagrama de flujo de la Figura 65.

Figura 65. Diagrama de flujo extensiones.

.

Activa Dispositivos

Tiempo de llamada

Finaliza llamada

Inicio

Tiempo

Inicio

cambio de

frecuencia

Activa

indicador

Inicio

Declaración de funciones

Activar frecuencia inicial

Rx= Dato

No

Si

Timbre

Descuelga

Si

Inicio

No

153

5.2.2 Indicadores de usuario

Es sistema del módulo de las extensiones dispone de 3 indicadores luminosos y

uno sonoro. El LED verde en su estado encendido indica que el sistema se

encuentra energizado; el LED blanco muestra que se ha descolgado el manófono

y permanece encendido hasta que se vuelva a colgar. El LED rojo señala que el

canal de comunicación inalámbrico ha sido ocupado por otro usuario. Por último,

la indicación sonora advierte que existe una llamanda entrante desde la estación

base (Ver Figura 66).

Figura 66. Indicadores para Usuario

La orden para activar la señal de timbre es generada por el controlador a través

del pin 8 (E0), utilizando la librería de tonos CCS del compilador C. La librería

contiene las frecuencias correspondientes a las notas musicales. La amplificación

del timbre se hace a través del colector del transistor Q3 , con un parlante de 100

Ω a 0.25 W.

El circuito esquemático correspondiente a las extensiones se puede ver a

continuación en la Figura 67.

154

Figura 67. Circuito esquemático extensiones

RA

0/AN

02

RA

1/AN

13

RA

2/A

N2/

VR

EF-

/CVR

EF4

RA

4/T0

CK

I/C1O

UT

6R

A5/

AN

4/S

S/C

2OU

T7

RE

0/A

N5/

RD

8R

E1/

AN6/

WR

9R

E2/

AN

7/C

S10

OS

C1/

CLK

IN13

OS

C2/

CLK

OU

T14

RC

1/T1

OS

I/CC

P2

16R

C2/

CC

P117

RC

3/S

CK

/SC

L18

RD

0/PS

P019

RD

1/PS

P120

RB

7/PG

D40

RB

6/PG

C39

RB

538

RB

437

RB

3/PG

M36

RB

235

RB

134

RB

0/IN

T33

RD

7/PS

P730

RD

6/PS

P629

RD

5/PS

P528

RD

4/PS

P427

RD

3/PS

P322

RD

2/PS

P221

RC

7/R

X/D

T26

RC

6/TX

/CK

25

RC

5/S

DO

24

RC

4/S

DI/S

DA

23

RA

3/A

N3/

VRE

F+5

RC

0/T1

OS

O/T

1CK

I15

MC

LR/V

pp/T

HV

1

877A

PIC

16F8

77A

R1

1k

X1 CR

YSTA

L4M

Hz

53 2

6 471

8

U1

LM38

6

LS1

SP

EAK

ER

C1

10u

C2 10

u

C3

100u

R1J

100R

C4

10u

C5

10n

Q1

2SC

2603

C6

10n

C7

10n

R2J

10k

RV1

100K

R3J

10k

C8

10n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

J1 2663

1301

RP2

R4J

2kR

5J22

0kR

6J1k

C9

10n

C10

10n

R7J

100K

1 2

J3

SIL

-100

-02

Q3

PN

2222

AR

19

1k

LS2

SP

EAK

ER

Q4

PN

2222

AR

2

6.8k

R3

100k

Q5

PN

2222

A

R4

6.8k

R5

1k

D1

LED

-GR

EEN

R6

1k

J8

R7

1k

R8

1k

D2

LED

-GR

EEN

RF

900

DV

Q6

PN

2222

A

J2 BU

ZZE

R

MIC

RO

FON

O

DIS

EÑO

ES

QU

EMAT

ICO

INTE

RC

OM

UN

ICAD

OR

INAL

AMBR

ICO

EXTE

NSI

ON

ES

155

6. ANALISIS DE RESULTADOS.

El prototipo de intercomunicación inalámbrica enfocado a estructuras residenciales

dio como resultado un buen funcionamiento en cuanto a la transmisión de voz y

señalización punto a punto.

La interfaz de usuario diseñada facilita el uso del dispositivo, sin la necesidad de

que el usuario tenga conocimiento general de este ya que los mensajes e

indicadores muestran el estado del sistema.

Presenta un consumo de corriente aproximado de 100 mA con un voltaje de

polarización de 4.1Voltios tanto para la base como para las extensiones. Si el

usuario desea utilizar el intercomunicador con baterías es necesario que estas

cumplan con los requerimientos del sistema.

Se realizaron pruebas de comunicación punto a punto y multipunto ,donde se

obtuvieron los siguientes resultados:

6.1 COMUNICACIÓN MULTIPUNTO.

El prototipo desarrollado ha dado como resultado un funcionamiento aceptable en

distancias cortas no mayores a 25 metros para realizar una comunicación

multipunto, haciendo referencia a que únicamente la base puede establecer

comunicación con las extensiones (Ver Figura 68). Por lo tanto el

intercomunicador inalámbrico con cuatro extensiones, omite la posibilidad que

estas se comuniquen con la estación base, debido a que si más de una extensión

se encuentra en la misma frecuencia saturan el canal e impide la recepción de

información (voz y datos).

156

A partir de esto se tiene una limitación en la duración de la llamada, debido a que

se hace necesario temporizar esta para administrar el canal de comunicación y

permitir que la base pueda establecer una nueva llamada con otras extensiones.

Figura 68. Comunicación multipunto.

6.2 COMUNICACIÓN PUNTO A PUNTO.

En la comunicación punto a punto como lo muestra la Figura 69 se disminuyen los

problemas presentados por las interferencias causadas por las demás extensiones

que se encuentran activas en ese momento. Algunos de los inconvenientes que se

mejoran es la distorsión en la llamada y los intentos erróneos de llamada

causados por el ruido como lo son que la estación base realice una marcación y la

extensión nunca de señal de timbre o por el contrario que se genere un timbre de

llamada sin que la estación central hubiese intentado comunicarse con la

extensión.

Al dedicar un único canal para la transmisión se da la posibilidad de realizar una

llamada desde alguna de las extensiones. También se logra un mejor cubrimiento

Extensión 201

201

Extensión 202

Extensión 203

Extensión 204

Estación base

(consola)

157

de las distancias para la transmisión de voz y señalización. Sin embargo, para el

desarrollo de esta comunicación se debe realizar un cambio en la lógica del

controlador de la estación base y de las extensiones con el fin de que la llamada

pueda tener tiempo ilimitado.

Figura 69. Comunicación punto a punto.

6.3 OPTIMIZACIÓN DEL PROTOTIPO

Para mejorar el prototipo es necesario incluir mas módulos base para poder

independizar cada una de las extensiones con su respectiva base y trabajando en

diferentes frecuencias. Esto conllevaría a un incremento de los costos totales del

proyecto en un 60%.

Si se desea que el prototipo disminuya en dimensiones físicas se hace necesario

hacer un diseño de circuitos impresos en montaje superficial.

Para mejorar el prototipo es necesario hacer uso de dispositivos de gama alta

capaces de soportar estos requerimientos, dentro los cuales se pueden incluir los

microcontroladores y la interfaz de usuario, pero generan mayores costos.

Comunicación

158

Para aprovechar completamente los módulos de radiofrecuencia RF900DV, sería

necesario hacer uso de sus 16 canales, es decir, el sistema crecería hasta el

punto de tener 16 módulos base con sus respectivas extensiones, permitiendo una

comunicación de tiempo ilimitado con cada una. El controlador central del sistema

necesitaría de un microcontrolador con mayor capacidad para lograr administrar y

cumplir con las funciones requeridas por el sistema.

• Costos prototipo

El desarrollo del prototipo de intercomunicación con cuatro extensiones genero un

costo total como se muestra en la tabla 10.

Tabla 10. Costos prototipo

Dispositivo Cantidad Valor Unidad

Total

Estación Base 1 450.000 450.000 Extensiones 4 400.000 1’600.000 TOTAL PROTOTIPO 2’050.000

Los precios que se encuentran en la tabla anterior están referenciados con el

precio del dólar del año 2010, por lo tanto estos pueden tener una variación en el

costo final del proyecto.

6.4 PRUEBAS DE ALCANCE

Se realizaron pruebas punto a punto en campo abierto y se determinó que el

sistema responde eficientemente a una distancia de 80 metros. La transmisión y

recepción, en cuanto a voz y señalización fueron exitosas; sin embargo

dependiendo del entorno esta respuesta puede degradarse.

159

Figura 70. Prueba de Alcance

Después de realizar un sin número de pruebas se llego a la conclusión que para

realizar una mejor transmisión de la información, las antenas se deben ubicar en

línea de vista en caso de tener alguna de las extensiones a una distancia mayor

de 25 metros. Por consiguiente si no se sobrepasa esta distancia se puede hacer

uso de otro tipo de antenas que se pueden conectar directamente al terminar de

salida del prototipo como se visualiza en la siguiente figura.

Figura 71. Extensiones

160

El prototipo final presento mejores resultados de funcionamiento en entornos al

aire libre con pocos obstáculos; fincas y conjuntos con espacios abiertos.

6.5 Diseño final del dispositivo

La Figura 72 muestra la estación base o consola desde la cual se originan las

llamadas a cada una de las extensiones

Figura 72. Consola (base).

161

La siguiente gráfica (Figura 73) es el diseño final tanto físico como electrónico de

cada una de las extensiones lo único que puede cambiar de estos es el tipo de

antena que se utiliza de acuerdo con la distancia, pero teniendo en cuenta la

frecuencia de funcionamiento del dispositivo.

Figura 73. Extensiones.

162

7. RECOMENDACIONES

• Se recomienda que la comunicación (transmisión recepción) entre estación

base y extensión se haga punto a punto, evitando, en lo posible, la utilización

de la estación base para comunicación multipunto (con varias extensiones) ya

que puede presentarse interferencia cocanal.

• Otra recomendación importante es evitar utilizar el equipo intercomunicador en

edificaciones destinadas a ser bases de operaciones de empresas de

telecomunicaciones y similares.

• No se recomienda el uso del intercomunicador inalámbrico en centros médicos;

las radiofrecuencias emitidas por este podrían causar interferencia con equipos

médicos de emergencia, equipos de cuidados intensivos, y causar problemas

en pacientes con marcapasos.

• Para el correcto uso del intercomunicador es recomendable que los manófonos

de las extensiones siempre se encuentren bien colgadas en sus respectivas

bases, ya que de otro modo no se podría lograr comunicación porque estos

entrarían en estado de ocupado. Además hay que asegurarse de que ambos

dispositivos se encuentren encendidos y alimentados (los LEDs indicadores

deben verse encendidos).

163

8. CONCLUSIONES

• Los módulos de radiofrecuencia RF900DV, son óptimos para la transmisión de

voz, pero en la transmisión de datos presenta deficiencias por el ruido que se

presenta en el canal de comunicación.

• La ubicación de las antenas en línea de vista es fundamental para disminuir

ruidos e interferencias en el sistema de comunicación.

• La tecnología de radiofrecuencia, permite disminuir los costos de los

dispositivos con respecto a las demás tecnologías de transmisión inalámbrica

pero sin embargo, presenta deficiencias por las interferencias causadas por

otros dispositivos .

• La interfaz de usuario permite tener un mejor conocimiento sobre el estado del

sistema, brindando la posibilidad de informar al operador lo que está

sucediendo.

• El sistema de control permite establecer una conexión entre la interfaz de

usuario, el medio de transmisión y el destino.

Las comunicaciones vía inalámbrica son susceptibles a ruidos e interferencias que

pueden afectar el desempeño en la transmisión y recepción de información

164

9. BIBLIOGRAFÍA

ESPINOSA ESPINOSA, Roberto. Redes telefónicas. 1 ed. Bogotá: Editorial

Linotipia Bolivar, 2000. 272 p.

FOROUZAN, Berouz A. Transmisión de datos y redes de comunicaciones. 2 ed.

Madrid: McGraw Hill, 2002. 887 p.

GARCÍA BREIJO, Eduardo. Compilador C ccs y simulador Proteus para

microcontroladores PIC. 1 ed. México D. F.: Alfaomega, 2008. 263 p.

MUÑOZ RODRIGUEZ, David. Sistemas inalámbricos de comunicación personal. 2

ed. México: Alfaomega, 2002. 337 p.

TANENBAUM, Andrew S. Redes de computadoras. 3 ed. Naucalpan de Juárez:

Pearson, 1994. 813 p.

http://citofonos.com/

http://www.imelcom.com/

http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/Aplicada/Ca

p03ModulacionAM1.pdf

http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/telematica/tcd/EIS/2.ModulaciondeAmplitud.pdf

http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/frecuencia

http://www.acis.org.co/memorias/JornadasTelematica/IIJNT/BlueTooth_Zigbee.pdf

165

http://www.audiopro.cl/hme.php

http://www.wordreference.com/definicion/

http://arieldx.tripod.com/manualdx/bandas/modulacion.htm

http://itscelectronica.foroactivo.com/introduccion-a-las-telecomunicaciones-

f8/modulacion-fm-t118.htm

http://www.compostelawireless.net/modules/sections/index.php?op=viewarticle&art

id=1

http://ec.europa.eu/health/opinions2/es/campos-electromagneticos/glosario/

http://www.crtc.gc.ca/dcs/eng/glossary.htm

http://es.thefreedictionary.com/

http://www.ac.uma.es/~nico/docencia/ar/redes.pdf

http://www.alegsa.com.ar/Diccionario/diccionario.php

http://www.dliengineering.com/vibman-spanish

http://www.masadelante.com/faqs/bit

http://www.vazart.net/presentaciones/red_telefonica_conmutada.pdf

166

http://www.frm.utn.edu.ar/comunicaciones/isdn.html

http://www.waymovil.net/root/glossarioR.asp

http://www.coit.es/publicac/publbit/bit111/quees.htm

http://www.edicionsupc.es/ftppublic/pdfmostra/TL03204M.pdf

http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=l%C3%B3bulo

http://www.prteducativo.com/ninos/partesdeltelefono.htm

http://jro.igp.gob.pe/newsletter/200802/noticia3.php

167

10. ANEXOS

Anexo A. Especificaciones del Laipac RF 900dv

Rango de frecuencia Son las frecuencias que un dispositivo puede manejar o en las que trabaja en óptimas condiciones. En este caso se manejan diferentes rangos de frecuencias en cada dispositivo para que no exista una interferencia entre las transmisiones. Las frecuencias que se manejan se muestran a continuación. Frecuencia Tx de la base 902.525~907.025 MHz Frecuencia OSC Rx de la base 933.225~937.725 MHz Frecuencia Tx del remoto 922.825~927.025 MHz Frecuencia OSC Rx del remoto 891.825~896.325 MHz Número de canales y sistema de comunicación: 16CH, Full y dúplex La transmisión full dúplex utiliza dos circuitos para la comunicación, uno para enviar y otro para recibir, pero de manera simultánea, ambas estaciones entre las cuales está establecida la comunicación Este tipo de transmisión permite que sea simultáneamente por un mismo canal, es decir en este dispositivo se pueden manejar 16 conversaciones diferentes, es decir la base se comunica por 16 canales diferentes y/o 16 destinos, con los cuales hay una comunicación full dúplex a la vez. Separación entre canales: 300KHz entre dos canales Distancia que existe entre los canales para que no exista interferencia en las señales que se transmiten por cada uno de estos. En el caso de estos dispositivos se tiene que este valor es de 300KHz entre dos canales. Impedancia de la antena: 50 ohm La impedancia de una antena es un tipo de resistencia que posee toda antena, y de hecho todo sistema eléctrico, y que se deriva del efecto combinado de resistencia de elementos, reactancias capacitivas y reactancias inductivas. La impedancia afecta la transferencia de energía entre las diferentes partes de un sistema de radio. En cuanto a impedancia, la regla general es que para lograr una máxima transferencia de energía a la antena, la impedancia de la antena debe ser igual a la impedancia de la línea de transmisión, la cual debe ser igual a la del equipo de radio. La impedancia se mide en ohmios y el valor adoptado universalmente para las antenas de los equipos de radio es de 50 ohmios. Cuando la impedancia de la antena es de un valor diferente se utilizan bobinas o transformadores con el fin de acoplar esas impedancias. Se fabrican para baja impedancia de 50 a 150 Ω. La más utilizada es de 75 Ω.

168

La impedancia de los módulos RF 900 dv y de la línea de transmisión que ellos manejan es constante, y es de un valor típico de 50 ohm. Por lo tanto para lograr una adecuada transferencia de energía es necesario usar una antena que maneje una impedancia de 50 ohm Sistema de modulación: FM Este tipo de modulación es utilizado porque tiene alta fidelidad en la transmisión de voz y música. Voltaje de operación de la base: 3.6VDc Voltaje de operación del remoto: 3.6VDc Consumo de corriente Base Máximo 100 mA Remoto Máximo 100 mA Carrier Máximo 100 ms Frecuencia de cristal PLL IC 11.15 MHz Especificaciones de transmisión (TX) Potencia de transmisión: 0dbm +- 3dbm Frecuencia de tolerancia : < 5KHz Máxima desviación en frecuencia permitida, es decir, el módulo RF900 permite un máximo de desviación de 5KHz y por lo general es menor a este valor. Nivel de modulación de voz : 30KHz ± 5 KHz (Remoto 1KHz con 300 mV rms de entrada) (Base 1KHz con 500 mV rms de entrada) Frecuencia de respuesta de la voz : 150Hz~15KHz Nivel de modulación de los datos: 75 KHz ±5 KHz (Remoto 1KHz con 2Vpp de entrada) Velocidad de los datos: 300 bps~100 Kbps (Remoto 1KHz con 2Vpp de entrada) (Base 1KHz con 3Vpp de entrada) Relación señal a ruido: >35db (Handset 1KHz 300 con mV rms de entrada) (Base 1KHz con 500mVrms de entrada)

169

PLL <100mS Especificaciones de recepción (RX) Sensibilidad (S/N=20db, Dev=30KHz) < -97dbm Relación S/N (1KHz Dev = 30KHz RF = -60dbm) > 35 db Distorsión de audio (1Khz Dev=30KHZ)< 5% Nivel de salida de audio (1KHz Dev=30KHz)80mV ±20mV Respuesta de frecuencia de audio (1KHz Dev=30KHz)150Hz~15KHz El módulo RF900 debe tiene una respuesta en frecuencia entre 150 Hz y 15 kHz, lo cual se encuentra entre los equipos de calidad que tiene un margen ente 20-20000 Hz. Por lo tanto entre mayor sea la respuesta en frecuencia que maneja el equipo, más calidad tendrá en el sonido final. Nivel de salida de datos Remoto 3.6 Vp-p ± 0.5 Vp-p Base 3.6 Vp-p ± 0.5 Vp-p Velocidad de datos: 300bps ~ 100K bps RSSI sensibilidad (S/N=12db) < -101dbm PLL lock up time < 100 ms Descripción de pines PIN 1. ALG-VCC Entrada de potencia para el circuito análogo Base: 3.6 VDc Remoto: 3.6 VDc 2. Data output Nivel de salida de señal cuadrada Base 3.6Vp-p ±0.5Vp-p Remoto 3.6Vp-p ±0.5Vp-p 3. Salida de ocupado Detecta la salida de ocupado, Ocupado es bajo, libre es alto 4. AF Output Señal de salida de audio del receptor Nivel de salida 80mVrms 5. RX-VCC Input Potencia suministrada por el RF- circuito receptor Base: 3.6VDc Remoto: 3.6VDc 6. RX-GND In/Out Tierra del RF- circuito receptor 7. AF/DATA Entrada de señal de audio o señal de datos 8. TX-VCC Potencia suministrada por el RF- circuito transmisor Base: 3.6VDc Remoto: 3.6VDc 9. TX-GND Tierra del RF-circuito transmisor 10. CH-D3 Input Canal de selección PIN D3

170

11. CH-D2 Input Canal de selección PIN D2 12. CH-D1 Input Canal de selección PIN D1 13. CH-D0 Input Canal de selección PIN D0

171

Anexo B. Planos y PCBs de las extensiónes.

RA

0/A

N0

2R

A1

/AN

13

RA

2/A

N2/

VR

EF

-/CV

RE

F4

RA

4/T0

CK

I/C1O

UT

6R

A5

/AN

4/S

S/C

2OU

T7

RE

0/A

N5/

RD

8R

E1/

AN

6/W

R9

RE

2/A

N7/

CS

10

OS

C1

/CLK

IN13

OS

C2/

CLK

OU

T14

RC

1/T

1OS

I/CC

P2

16R

C2

/CC

P1

17R

C3

/SC

K/S

CL

18

RD

0/P

SP

019

RD

1/P

SP

120

RB

7/P

GD

40

RB

6/P

GC

39

RB

538

RB

437

RB

3/P

GM

36

RB

235

RB

134

RB

0/IN

T33

RD

7/P

SP

730

RD

6/P

SP

629

RD

5/P

SP

528

RD

4/P

SP

427

RD

3/P

SP

322

RD

2/P

SP

221

RC

7/R

X/D

T26

RC

6/T

X/C

K25

RC

5/S

DO

24

RC

4/S

DI/S

DA

23

RA

3/A

N3/

VR

EF

+5

RC

0/T

1OS

O/T

1C

KI

15

MC

LR/V

pp/T

HV

1

877A

PIC

16F

877A

R1

1k

X1

CR

YS

TA

L4M

Hz

53 2

6 471

8

U1

LM38

6

LS1

SP

EA

KE

R

C1

10u

C2 10

u

C3

100

u

R1J

100R

C4

10u

C5

10n

Q1

2SC

260

3C

610

n

C7

10n

R2J

10k

RV

1

100

K

R3J

10k

C8

10n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

J1 266

313

01R

P2

R4J

2kR

5J22

0kR

6J1k

C9

10n

C10

10n

R7J

100K

1 2

J3

SIL

-100

-02

Q3

PN

2222

AR

19

1k

LS2

SP

EA

KE

R

Q4

PN

222

2AR

2

6.8k

R3

100k

Q5

PN

2222

A

R4

6.8k

R5

1k

D1

LED

-GR

EE

N

R6

1k

J8

R7

1k

R8

1k

D2

LED

-GR

EE

N

RF

900

DV

Q6

PN

2222

A

J2 BU

ZZ

ER

MIC

RO

FO

NO

DIS

EÑ

O E

SQ

UE

MA

TIC

O IN

TE

RC

OM

UN

ICA

DO

R IN

ALA

MB

RIC

O

EX

TE

NS

ION

ES

175

Anexo C. Planos de la estación base.

RA

0/A

N0

2R

A1/

AN

13

RA

2/A

N2/

VR

EF

-/CV

RE

F4

RA

4/T0

CK

I/C1O

UT

6R

A5/

AN

4/S

S/C

2OU

T7

RE

0/A

N5/

RD

8R

E1/

AN

6/W

R9

RE

2/A

N7/

CS

10

OS

C1/

CLK

IN13

OS

C2/

CLK

OU

T14

RC

1/T1

OS

I/CC

P2

16R

C2/

CC

P1

17R

C3/

SC

K/S

CL

18

RD

0/P

SP

019

RD

1/P

SP

120

RB

7/P

GD

40

RB

6/P

GC

39

RB

538

RB

437

RB

3/P

GM

36

RB

235

RB

134

RB

0/IN

T33

RD

7/P

SP

730

RD

6/P

SP

629

RD

5/P

SP

528

RD

4/P

SP

427

RD

3/P

SP

322

RD

2/P

SP

221

RC

7/R

X/D

T26

RC

6/TX

/CK

25

RC

5/S

DO

24

RC

4/S

DI/S

DA

23

RA

3/A

N3/

VR

EF+

5

RC

0/T1

OS

O/T

1CK

I15

MC

LR/V

pp/T

HV

1

877A

PIC

16F

877A

R1

1k

X1

CR

YS

TAL

4MH

z

53 2

6 471

8

U1

LM38

6

LS1

SP

EA

KE

R

C1

10u

C2

10u

C3

100u

R1J

100R

C4

10u

C5

10n

Q1

2SC

2603

C6

10n

C7

10n

R2J

10k

RV

1

100K

R3J

10k

C8

10n

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

J1 2663

1301

RP

2

1 2

J2 SIL

-100

-02

R4J

2kR

5J22

0kR

6J1k

C9

10n

C10

10n

R7J

100K

1 2

J3 SIL

-100

-02

Q3

PN

2222

AR

19

1k

LS2

SP

EA

KE

R

Q4

PN

2222

AR

2

6.8k

R3

100k

Q5

PN

2222

AR

4

6.8k

R5

1k

D1

LED

-GR

EE

N

12

3

45

6

78

9

0#

1

2

3

A B C D

D7 14D6 13D5 12D4 11D3 10D2 9D1 8D0 7

E 6RW 5RS 4

VSS 1

VDD 2

VEE 3

LCD

1LM

016L

RF

900D

V

DIA

GR

AM

A E

SQ

UE

MA

TIC

O IN

TE

RC

OM

UN

ICA

DO

R IN

ALA

MB

RIC

O

ES

TA

CIO

N B

AS

E

Q2

2SC

2603

179

Anexo D. Código en C ccs correspondiente a la estac ión base.

//===============================================================================// //===============================================================================// //| PROYECTO DE GRADO |// //| CITOFONIA INALAMBRICA |// //| UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA |// //| INTEGRANTES: |// //| |// //| * ALEJANDRO PRECIADO R. COD: 20061164008 |// //| * ELKIN YESID LOPEZ R. COD: 20061164012 |// //| * GIOVANNI MENDEZ M. COD: 20061164021 |// //| BOGOTA. 2011 |// // -------------------------------------------------------------------------- #include <16F877a.h> #fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP #use delay(clock= 4000000) #use rs232(baud=1200, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7, bits=8, parity=N) #use standard_io(a) #use standard_io(c) #BYTE PORTC=0X07 #BYTE TRISC=0X87 #include <lcd.c> #include <kbd.c> #include <stdlib.h> #include <tones.c> #rom 0x2100='2','0','1','2','3','4','0' //Posición 0,1 y 2 de la Eeprom con los datos… void main() char k; int i; char data[3], clave[7]; //Matrices para guardar clave y datos output_high(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2); output_high(pin_c3); lcd_init();

180

kbd_init(); port_b_pullups(TRUE); while (TRUE) i=0; //posición de la matriz printf(lcd_putc,"\f ..INTERCOM..@ \n"); while(i<=2) //Para tres datos k=kbd_getc(); //Lee el teclado if (k!=0) //Si se ha pulsado alguna tecla data[i]=k; //se guarda en la posición correspondiente i++; //de la matriz lcd_putc(k); //Siguiente dato delay_ms(800); ////////////////////////CASA # 1 //////////////////////////////// for (i=0;i<=7;i++) clave[i]=read_eeprom(i); //lee eeprom if ((data[0]==clave[0])&&(data[1]==clave[1])&&(data[2]==clave[2])) printf(lcd_putc,"\f LLAMANDO CASA 1"); output_high(pin_d1); //llamada establecida PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); //envio de datos PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA);

181

PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); PUTC(0xFA); output_low(pin_d1); while(TRUE) delay_ms(2000); printf(lcd_putc,"\f CASA 1 ");//visualiza a que casa se esta llamando output_high(pin_d0); output_high(pin_d1); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 60 seg ");// muestra tiempo de llamada delay_ms(30000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 30 seg "); delay_ms(20000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 10 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 5 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n FIN LLAMADA ");//Finalizacion de llamada,se muesta en la LCD output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); //Desactiva microfono y parlante while(true) k=kbd_getc(); if(k!=0) //pregunta por el teclado para reiniciar el sistema if(k=='*') output_low(pin_d2); output_low(pin_d2); output_high(pin_d2); output_low(pin_d2); /////////////////////////////CASA # 2 ///////////////////////////////////////

182

else for (i=0;i<=7;i++) clave[i]=read_eeprom(i); //lee eeprom if ((data[0]==clave[0])&&(data[1]==clave[1])&&(data[2]==clave[3])) printf(lcd_putc,"\f LLAMANDO CASA 2 "); output_high(pin_d1); //llamada establecida PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); //envio de datos PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5);

183

PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); PUTC(0xC5); output_low(pin_d1); while(TRUE) delay_ms(2000); printf(lcd_putc,"\f CASA 2 ");//visualiza a que casa se esta llamando output_high(pin_d0); output_high(pin_d1); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 60 seg ");// muestra tiempo de llamada delay_ms(30000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 30 seg "); delay_ms(20000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 10 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 5 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n FIN LLAMADA ");//Finalizacion de llamada,se muesta en la LCD output_low(pin_d0); //Desactiva microfono y parlante output_low(pin_d1); while(true) k=kbd_getc(); if(k!=0) //pregunta por el teclado para reiniciar el sistema if(k=='*') output_low(pin_d2); output_low(pin_d2); output_high(pin_d2); output_low(pin_d2); ///////////////////// CASA # 3 /////////////////////////////////////// else for (i=0;i<=7;i++) clave[i]=read_eeprom(i); //lee eeprom if ((data[0]==clave[0])&&(data[1]==clave[1])&&(data[2]==clave[4])) printf(lcd_putc,"\f LLAMANDO CASA 3 ");

184

output_high(pin_d1); //llamada establecida PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); //envio de datos PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5); PUTC(0xF5);

185

output_low(pin_d1); while(TRUE) delay_ms(2000); printf(lcd_putc,"\f CASA 3 ");//visualiza a que casa se esta llamando output_high(pin_d0); output_high(pin_d1); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 60 seg ");// muestra tiempo de llamada delay_ms(30000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 30 seg "); delay_ms(20000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 10 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 5 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n FIN LLAMADA ");//Finalizacion de llamada,se muesta en la LCD output_low(pin_d0); //Desactiva microfono y parlante output_low(pin_d1); while(true) k=kbd_getc(); //pregunta por el teclado para reiniciar el sistema if(k!=0) if(k=='*') output_low(pin_d2); output_low(pin_d2); output_high(pin_d2); output_low(pin_d2); //////////////////////////// CASA 4 /////////////////////////// else for (i=0;i<=7;i++) //Pasa datos de eeprom a la matriz clave clave[i]=read_eeprom(i); if ((data[0]==clave[0])&&(data[1]==clave[1])&&(data[2]==clave[5])) printf(lcd_putc,"\f LLAMANDO CASA 4 "); output_high(pin_d1); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0);

186

PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); //envio de datos PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); PUTC(0xF0); output_low(pin_d1); while(TRUE) delay_ms(2000); printf(lcd_putc,"\f CASA 4 ");//visualiza a que casa se esta llamando output_high(pin_d0);

187

output_high(pin_d1); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 60 seg ");// muestra tiempo de llamada delay_ms(30000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 30 seg "); delay_ms(20000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 10 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n Tiempo 5 seg "); delay_ms(5000); printf(lcd_putc,"\n FIN LLAMADA ");//Finalizacion de llamada,se muesta en la LCD output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); while(true) k=kbd_getc(); //pregunta por el teclado para reiniciar el sistema if(k!=0) if(k=='*') output_low(pin_d2); output_low(pin_d2); output_high(pin_d2); output_low(pin_d2); Código en C ccs correspondiente a las extensiones // -------------------------------------------------------------------------- //| PROYECTO DE GRADO | //| CITOFONIA INALAMBRICA | //| UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA | //| INTEGRANTES: | //| | //| * ALEJANDRO PRECIADO R. COD: 20061164008 | //| * ELKIN YESID LOPEZ R. COD: 20061164012 |

188

//| * GIOVANNI MENDEZ M. COD: 20061164021 | //| BOGOTA. 2011 | // -------------------------------------------------------------------------- #include <16F877a.h> #fuses NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,XT #use delay(clock=4000000) #use rs232(baud=1200,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) #include <tones.c> int valor; void main() output_high(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2); // establece la misma frecuencia de la Base output_high(pin_c3); while (true) while(true) if(kbhit()) valor=getc(); // Obtiene dato en RX if(valor==0xE0) //Pregunta por el dato para generar melodia // cucaracha generate_tone(262,200);//do generate_tone(262,200);//do generate_tone(262,200);//do generate_tone(349,200);//fa generate_tone(440,200);//la generate_tone(262,200);//do generate_tone(262,200);//do generate_tone(262,200);//do // Melodia de timbre generate_tone(349,200);//fa generate_tone(440,200);//la generate_tone(349,200);//fa generate_tone(349,200);//fa generate_tone(330,200);//mi generate_tone(330,200);//mi delay_ms(100); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7);

189

delay_ms(50); output_high(pin_b7); if(valor==0x0F)//205-203-202 //pregunta por el dato, si no corresponde al de la extension ocupa el sistema while(true) output_low(pin_E0); //desactiva parlantes y cambia de frecuencia output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); output_high(pin_d3); //led indicador del sistema ocupado output_low(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2); output_high(pin_c3); while(true) delay_ms(61000); // Da tiempo para estar fuera de frecuencia output_high(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2); //vuelve a establecer frecuencia output_high(pin_c3); delay_ms(1500); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); delay_ms(50); output_high(pin_b7); output_low(pin_d3); //led indicador del sistema libre if(valor==0x3D)//205-203-202//pregunta por el dato, si no corresponde al de la extension ocupa el sistema while(true) output_low(pin_E0);//desactiva parlantes y cambia de frecuencia output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); output_high(pin_d3);//led indicador del sistema ocupado output_low(pin_c0); output_high(pin_c1);

190

output_high(pin_c2); output_high(pin_c3); while(true) delay_ms(61000);// Da tiempo para estar fuera de frecuencia output_high(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2);//vuelve a establecer frecuencia output_high(pin_c3); delay_ms(1500); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); delay_ms(50); output_high(pin_b7); output_low(pin_d3);//led indicador del sistema libre if(valor==0x71)//205-203-202//pregunta por el dato, si no corresponde al de la extension ocupa el sistema while(true) output_low(pin_E0);//desactiva parlantes y cambia de frecuencia output_low(pin_d0); output_low(pin_d1); output_high(pin_d3);//led indicador del sistema ocupado output_low(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2); output_high(pin_c3); while(true) delay_ms(61000);// Da tiempo para estar fuera de frecuencia output_high(pin_c0); output_high(pin_c1); output_high(pin_c2);//vuelve a establecer frecuencia output_high(pin_c3); delay_ms(1500); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); delay_ms(50); output_high(pin_b7);

191

output_low(pin_d3);//led indicador del sistema libre while (true) if (input(pin_b0)==1) while(true) output_high(pin_d0); output_high(pin_d1); output_high(pin_B2); delay_ms(5000); if(input(pin_b0)==0) output_high(pin_B2); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); delay_ms(50); output_high(pin_b7); delay_ms(25000); if(input(pin_b0)==0)// pregunta si se descolgo y activa indicador output_high(pin_B2); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); output_low(pin_b7); delay_ms(50); output_high(pin_b7); delay_ms(31000);

192

else break;

193

INTERCOM

Guía del usuario Intercomunicador inalámbrico tipo radiofrecuencia. Comunicación Full Dúplex para hogares y empresas. Alejandro Preciado Romero, Elkin Yesid López Rubiano, José Giovanni Méndez Murillo 2011

194

TABLA DE CONTENIDO

ACERCA DEL INTERCOM 195

ESPECIFICACIONES 195

CONTENIDO 196

PRECAUCIONES 198

INDICADORES Y CONTROLES 199

INDICADORES Y CONTROLES DE LA ESTACIÓN BASE. 199

INDICADORES DE LA EXTENSIÓN REMOTA. 200

INSTALACIÓN DEL INTERCOM 200

INSTALACIÓN DE LA ESTACIÓN BASE. 200

INSTALACIÓN DE LA EXTENSIÓN REMOTA. 203

HACIENDO Y CONTESTANDO LLAMADAS 206

HACIENDO LLAMADAS DESDE LA ESTACIÓN BASE. 206

CONTESTANDO LA EXTENSIÓN REMOTA. 207

GUÍA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS 207

195

10. ACERCA DEL INTERCOM

El INTERCOM se usa como un intercomunicador inalámbrico para comunicar la

portería del edificio con cualquier lugar en su interior. Este se compone de dos

parte principales: estación base, que es la unidad principal de comunicación y la

extensión, la cual es la unidad de comunicación remota. Al utilizar el teclado

numérico del INTERCOM, se llama desde la estación base a su extensión,

comunicándose con la zona de anuncio asignada por el usuario.

La realización de una llamada desde la estación base hacia la extensión establece

una comunicación bilateral.

Adicionalmente, se pueden instalar hasta 4 extensiones adicionales por cada

base.

11. ESPECIFICACIONES

• Dimensiones:

- Estación base: 210 mm x 101 mm x 248 mm (Ancho x Alto x Profundidad).

- Extensión remota: 145 mm x 51 mm x 194 mm (Ancho x Alto x Profundidad)

• Alimentación: 110-120 V CA.

• Tipo de transmisión: Inalámbrica.

• Tecnología de transmisión: Radio frecuencia (RF), Frecuencia Modulada (FM).

196

12. CONTENIDO

1. Estación base del intercomunicador con auricular.

2. Extensión remota del intercomunicador con auricular y soporte para este.

3. 2 adaptadores de CA.

Auricular +

Soporte

Extensión

remota

197

4. 2 antenas de larga distancia GU-82GC.

5. 2 antenas de corta distancia.

6. Cable RJ45.

7. Guía del usuario.

198

13. PRECAUCIONES

• Debe utilizarse para la instalación únicamente los accesorios suministrados.

• No intente conectar el equipo a una toma de alimentación durante una

tormenta.

• El equipo no permitirá hacer llamadas en los siguientes casos:

- Si se produce un corte de corriente.

- Si se utiliza cerca de otros equipos que produzcan interferencias

electromagnéticas.

- Si se vinculan varias extensiones remotas a la misma estación base y una

de ellas está en uso las demás no podrán realizar la comunicación.

• No debe intentarse abrir ninguna de las unidades (ni estación base ni

extensión) ya que podrían producirse daños irreparables en su funcionamiento.

• Este equipo no debe utilizarse cerca de equipos médicos de emergencia o de

cuidados intensivos ni por personas con marcapasos.

199

• El equipo debe mantenerse alejado de vibraciones mecánicas, descargas

eléctricas, polvo, humo, excesivo calor, lluvia, y excesiva humedad.

• Debe tenerse cuidado de no derramar ningún tipo de líquido en cualquiera de

los componentes suministrados.

• No debe dejarse caer el equipo ni someterse a golpes fuertes.

14. INDICADORES Y CONTROLES

14.1 Indicadores y controles de la estación base.

La estación base posee tres tipos de indicadores LED que se encienden o apagan

según el estado de esta o según las funciones que esté realizando:

• LED verde encendido: indica que la estación base se encuentra encendida.

• LED verde apagado: indica que la estación base se encuentra apagada.

• Teclado numérico: se utiliza para realizar llamadas desde la estación basa

hacia la extensión remota digitando el código de esta.

• Pantalla LCD: sirve como display informativo, indica el estado en que se

encuentra la comunicación (transmisión y recepción).

200

14.2 Indicadores de la extensión remota.

La extensión remota posee dos tipos de indicadores LED que se encienden o

apagan según el estado de esta o según las funciones que esté realizando.

Además poseen un indicador sonoro:

• LED rojo encendido: indica el estado ocupado, por tanto la comunicación se

encuentra activa en una o más de las otras extensiones remotas de la red.

• LED rojo apagado: indica el estado desocupado, es decir que no hay ninguna

comunicación activa en ninguna extensión.

• LED blanco encendido: indica que el auricular se encuentra descolgado.

• LED blanco apagado: esto significa que el auricular se encuentra en posición

normal (colgado).

• Indicador sonoro: es el timbre de la extensión remota el cual anuncia la

llamada entrante.

15. INSTALACIÓN DEL INTERCOM

15.1 Instalación de la estación base.

1. Conecte el adaptador de alimentación suministrado a la estación base y a una

toma de CA de 110-120 V.

201

Elija preferiblemente una toma cercana y de fácil acceso cercana al lugar de

instalación.

2. Conecte el cable del auricular al conector respectivo de la base.

3. Conecte la antena suministrada en el conector de transmisión recepción

enroscándolo suavemente.

Clavija de alimentación de

CA.

202

El sistema se suministra con dos tipos de antena, una de corto alcance y otra

de largo alcance que se puede utilizar si la recepción es defectuosa.

4. Para encender la unidad presione suavemente el interruptor de encendido y

póngalo en la posición de activado.

5. Si desea apagar la unidad ubique el interruptor en su posición de apagado.

203

15.2 Instalación de la extensión remota.

1. Conecte el adaptador de alimentación suministrado a la extensión remota del

INTERCOM y la clavija a una toma de alimentación de CA de 110-120 V.

2. Conecte la antena suministrada en el conector de transmisión-recepción

enroscándola suavemente.

Clavija de alimentación de

CA.

204

3. Conecte el auricular al soporte.

4. Posteriormente enchufe el cable RJ45 al soporte y a la extensión remota.

205

5. Para encender la extensión remota presione suavemente el interruptor de

encendido y póngalo en la posición de activado. El LED indicador verde debe

encenderse.

6. Si desea apagar la unidad ubique el interruptor en su posición de apagado

nuevamente. El LED indicador verde deberá apagarse.

206

16. HACIENDO Y CONTESTANDO LLAMADAS

16.1 Haciendo llamadas desde la estación base.

Para hacer llamadas desde la estación base solo tiene que levantar el auricular y

oprimir la tecla asterisco (*); una vez hecho esto solo tiene que digitar el número

de la extensión remota correspondiente. La llamada se habilitará y la información

del destino de llamada aparecerá en la pantalla LCD.

207

Si la conexión en la comunicación es exitosa se escuchará el tono de repique a

través del auricular.

16.2 Contestando la extensión remota.

Si la extensión remota emite el sonido de timbre significa que hay una llamada

entrante procedente de la estación base. Solo basta con levantar el auricular para

contestar la llamada y comenzar la comunicación bidireccional. No se pueden

realizar llamadas desde la extensión remota hacia la estación base.

17. GUÍA DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

El indicador LED de corriente no enciende:

208

1. Compruebe que tanto la clavija de conexión de entrada AC del adaptador como el conector que suministra alimentación al intercomunicador a través del cable, están firmemente conectados.

2. Verifique que hay suministro de energía en la edificación; para ello puede encender alguna de las fuentes de iluminación o algún otro aparato eléctrico en la habitación.

No puedo escuchar a mi interlocutor con claridad:

1. Asegúrese de sostener adecuadamente el auricular y en la posición correcta sobre el oído.

2. Verifique que el conector de la antena se encuentre firmemente enroscada en la conexión del intercomunicador.

3. Revise la conexión del auricular con la base del intercomunicador.

4. Solicite (en lo posible) a su interlocutor que verifique la comunicación en el otro intercomunicador.

5. Si el volumen bajo persiste cambie la posición del intercomunicador girándolo levemente o pruebe cambiando el lugar de instalación.

Mi interlocutor no puede escucharme con claridad:

1. Asegúrese de sostener adecuadamente el auricular y en la posición correcta para que su voz llegue al micrófono que este posee.

2. Verifique que el conector de la antena se encuentre firmemente enroscada en la conexión del intercomunicador.

3. Revise la conexión del auricular con la base del intercomunicador.

209

4. Solicite (en lo posible) a su interlocutor que verifique la comunicación en el otro intercomunicador.

5. Si el problema persiste cambie la posición del intercomunicador girándolo levemente o pruebe cambiando el lugar de instalación.

NOTAS DEL USUARIO

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

___________________________________

210

Alejandro Preciado Romero [email protected]

Elkin Yesid López Rubiano [email protected]

José Giovanni Méndez Murillo [email protected]

INTERCOM

Bogotá, Colombia 2011

FECHA 26 de Enero de 2011 NÚMERO RA TÍTULO...

Documents

Transcript of FECHA 26 de Enero de 2011 NÚMERO RA TÍTULO...