Capitulo 2 Wireless Communication Networks and Systems

Visto en función del tiempo, una señal electromagnética puede ser analógica o
digital. Una señal analógica es aquella en la que la intensidad de la señal varía de forma suave con el tiempo. En otras palabras, no hay rupturas o discontinuidades en la señal.
Una señal digital es aquella en la que la intensidad de la señal mantiene un nivel constante para algún período de tiempo y luego cambia a otro nivel constante.1 La figura 2.1 muestra ejemplos de ambos tipos de señales. La señal analógica podría representar el habla, y la señal digital podría representar los 1 y 0 binarios.
El tipo de señal más simple es una señal periódica, en la que el mismo patrón de señal se repite con el tiempo. En la figura 2.2 se muestra un ejemplo de una señal analógica periódica (sinusoidal y una señal digital periódica (onda cuadrada). Matemáticamente, una señal s (t) es definido como periódico si y sólo si s (t + T) = s (t) - ∞ 6 t 6 + ∞
donde la constante T es el período de la señal (T es el valor más pequeño que satisface la ecuación). De lo contrario, una señal es aperiódica.

En la práctica, una señal electromagnética estará compuesta de muchas frecuencias. Para ejemplo, la señal s(t) = (4/p) * (sin(2pft) + (1/3) sin (2p(3f )t))
se muestra en la figura 2.4c. Los componentes de esta señal son sólo ondas sinusoidales de frecuencias f y 3f; las partes a) y b) de la figura muestran estos componentes individuales. Allí son dos puntos interesantes que se pueden hacer sobre esta figura:
- La segunda frecuencia es un múltiplo entero de la primera frecuencia. Cuando todos los componentes de frecuencia de una señal son múltiplos enteros de una frecuencia, esta última frecuencia se denomina frecuencia fundamental. La otra
los componentes se llaman armónicos.
- El período de la señal total es igual al período de la frecuencia fundamental.
El período del componente sin(2pft) es T = 1/f, y el período de s (t) es también T, como puede verse en la figura 2.4c.
Se puede demostrar, utilizando una disciplina conocida como análisis de Fourier, que cualquier señal está compuesto de componentes a varias frecuencias, en las que cada componente es un sinusoide. Al sumar suficientes señales sinusoidales, cada una con la apropiada

Hay una relación directa entre la información...llevando capacidad de una señal
y su ancho de banda: Cuanto mayor sea el ancho de banda, mayor será la información...llevando capacidad. Como ejemplo muy simple, consideremos la onda cuadrada de la figura 2.2b. Supongamos que dejamos que un pulso positivo represente el 0 binario y un pulso negativo represente el binario

Los conceptos de datos analógicos y digitales son bastante simples. Los datos analógicos asumen valores continuos en algún intervalo. Por ejemplo, la voz y el vídeo son continuamente patrones variables de intensidad. La mayoría de los datos recogidos por los sensores, como la temperatura y la presión, se valoran continuamente. Los datos digitales toman valores discretos; ejemplos son texto y números enteros.
El ejemplo más familiar de datos analógicos es el audio, que, en forma de las ondas de sonido, pueden ser percibidas directamente por los seres humanos. La figura 2.6 muestra el espectro acústico para el habla humana y para la música. Los componentes de frecuencia de la típica el habla pueden encontrarse entre aproximadamente 100 Hz y 7 kHz. Aunque mucho de la energía en el habla se concentra en las frecuencias más bajas, las pruebas han demostrado que las frecuencias por debajo de 600 o 700 Hz añaden muy poco a la inteligibilidad del habla

En un sistema de comunicaciones, los datos se propagan de un punto a otro por
medios de señales electromagnéticas. Una señal analógica es un medio electromagnético de variación continua onda que puede propagarse por diversos
medios, dependiendo de frecuencia; ejemplos de ello son los medios de alambre de cobre, como el par trenzado y el cable coaxial; cable de fibra óptica; y la atmósfera o la propagación espacial (inalámbrica). Una señal digital es una secuencia de pulsos de voltaje que puede ser transmitida sobre un medio de alambre de cobre; por ejemplo, un nivel de voltaje positivo constante puede representar un 0 binario y una constante el nivel de voltaje negativo puede representar el binario 1.
Las principales ventajas de la señalización digital son que generalmente es más barata que la señalización analógica y es menos susceptible a las interferencias de ruido. La principal desventaja es que las señales digitales sufren más de atenuación que las señales analógicas. La figura 2.7 muestra una secuencia de pulsos de tensión, generados por una fuente que utiliza dos niveles de voltaje, y el voltaje recibido a cierta distancia por un medio conductor. Debido a la atenuación, o reducción, de la fuerza de la señal a frecuencias más altas, los pulsos se redondean y se reducen. Debe quedar claro que esta atenuación puede llevan rápidamente a la pérdida de la información contenida en la señal propagada.

Tanto las señales analógicas como las digitales pueden ser transmitidas en medios de transmisión adecuados. La forma en que se tratan estas señales es una función del sistema de transmisión. Cuadro 2.1b resume los métodos de transmisión de datos. La transmisión analógica es un medio de transmitiendo señales analógicas sin tener en cuenta su contenido; las señales pueden representar datos analógicos (por ejemplo, voz) o datos digitales (por ejemplo, datos que pasan a través de un módem). En cualquiera de los casos, la señal analógica sufrirá una atenuación que limita la longitud del enlace de transmisión. Para lograr mayores distancias, el sistema de transmisión analógica incluye amplificadores que aumentan la energía de la señal. Desafortunadamente, el amplificador también aumenta los componentes del ruido. Con los amplificadores en cascada para lograr una larga distancia, la señal se distorsiona cada vez más. Para los datos analógicos, como voz, se puede tolerar bastante distorsión y los datos siguen siendo inteligibles. Sin embargo, para los datos digitales transmitidos como señales analógicas, los amplificadores en cascada introducir errores.

Una variedad de impedimentos puede distorsionar o corromper una señal. Una deficiencia común es ruido, que es cualquier señal no deseada que se combina con y por lo tanto distorsiona la señal destinados a la transmisión y la recepción. El ruido y otros impedimentos son discutidos en el capítulo 6. Para los propósitos de esta sección, simplemente necesitamos saber que el ruido es algo que degrada la calidad de la señal. Para los datos digitales, la pregunta que surge entonces es hasta qué punto estos impedimentos limitan la tasa de datos que puede lograrse. La velocidad máxima a la que pueden transmitirse los datos a través de una determinada vía de comunicación, o canal, en determinadas condiciones se denomina capacidad del canal. Hay cuatro conceptos aquí que estamos tratando de relacionar entre sí:
- La velocidad de los datos: Esta es la velocidad, en bits por segundo (bps), a la que los datos pueden ser comunicados.
- Ancho de banda: Este es el ancho de banda de la señal transmitida como limitada por el transmisor y la naturaleza del medio de transmisión, expresada en ciclos por segundo, o Hertz.
- Ruido: Para esta discusión, estamos preocupados por el nivel promedio de ruido sobre la ruta de comunicaciones.
- Tasa de error: Esta es la tasa en la que se producen los errores, donde un error es la recepción de un 1 cuando se transmitió un 0 o la recepción de un 0 cuando se transmitió un 1.

Para empezar, consideremos el caso de un canal que no tiene ruido. En este entorno, la limitación de la velocidad de los datos es simplemente el ancho de banda de la señal. Una formulación de esta limitación, debida a Nyquist, establece que, si la tasa de transmisión de la señal es de 2B, entonces una señal con frecuencias no mayores que B es suficiente para llevar la velocidad de la señal. Él lo contrario también es cierto: Dado un ancho de banda de B, la mayor tasa de señal que puede ser llevado es 2B. Esta limitación se debe al efecto de la interferencia entre símbolos, como se produce por la distorsión del retardo3.

La fórmula de Nyquist indica que, siendo todas las demás cosas iguales, doblando el ancho de banda duplica la tasa de datos. Ahora considera la relación entre la tasa de datos y el ruido, y la tasa de error. La presencia de ruido puede corromper uno o más bits. Si la tasa de datos se incrementa, entonces los bits se vuelven "más cortos" en el tiempo, de modo que más bits se ven afectados por un determinado patrón de ruido. Por lo tanto, a un nivel de ruido dado, cuanto mayor sea la velocidad de datos, la más alta la tasa de error.

En un sistema de transmisión de datos, el medio de transmisión es el camino físico entre transmisor y receptor. Los medios de transmisión pueden clasificarse como guiados o no guiados. En ambos casos, la comunicación se realiza en forma de ondas electromagnéticas. Con los medios guiados las ondas son guiadas a lo largo de un medio sólido, como el par trenzado de cobre, el cobre cable coaxial, o fibra óptica. La atmósfera y el espacio exterior son ejemplos de medios no guiados, que proporcionan un medio de transmisión de señales electromagnéticas, pero no guiarlos; esta forma de transmisión suele denominarse transmisión inalámbrica.

Descripción física El tipo más común de antena de microondas es la "plato" parabólico. Un tamaño típico es de unos 3 m de diámetro. La antena está fijada rígidamente y enfoca un rayo estrecho para lograr la línea de vista transmisión a la recepción antena. Las antenas de microondas suelen estar situadas a alturas considerables por encima de nivel del suelo para ampliar el rango entre las antenas y poder transmitir a través de obstáculos que intervienen. Para lograr una larga distancia transmisión, una serie de microondas se utilizan torres de retransmisión, y se apunta a punto los enlaces de microondas están unidos por encima de la distancia deseada.

Descripción física Un satélite de comunicación es, en efecto, un relé de microondas estación. Se usa para enlazar dos o más estaciones terrestres con base en transmisores/receptores de microondas, conocidas como estaciones terrestres, o estaciones de tierra. El satélite recibe transmisiones en una banda de frecuencia (uplink), amplifica o repite la señal, y la transmite en otra frecuencia (Down link). Un solo satélite en órbita operará en un número de bandas de frecuencia, llamadas canales de transpondedores, o simplemente transpondedores.

Descripción física La principal diferencia entre la radiodifusión de radio y de microondas es que la primera es omnidireccional y la segunda es direccional. Así, la radio de difusión no requiere de un plato formado antenas, y las antenas no necesitan ser montado rígidamente en una alineación precisa.