Señales Periódicas y Aperiódicas en Telecomunicaciones: Transmisión, Ruido y Capacidad del Canal
Fundamentos de señales en telecomunicaciones
Amplitud pico, periodo y frecuencia
20Pramondsn Amplitud pico (máxima): valor absoluto en su intensidad más alta (voltios).
Periodo: cantidad de tiempo (segundos) que necesita una señal para completar un ciclo.
Frecuencia: es su número de ciclos por segundo (Hz). La frecuencia y el periodo son inversos entre sí.
Fase: describe la posición de la forma de onda en el instante de tiempo 0.
Longitud de onda: es la longitud que ocupa una onda en el espacio.
Dominios del tiempo y de la frecuencia
- Dominio del tiempo: muestra los cambios de la amplitud de la señal con respecto al tiempo.
- Dominio de la frecuencia: muestra la relación entre amplitud y frecuencia mediante un gráfico.
Señales compuestas
21Digcmanlg Señal compuesta: está formada por varias ondas senoidales simples y puede ser periódica o aperiódica.
- Si la señal compuesta es periódica, la descomposición da una serie de ondas senoidales con frecuencias discretas (1, 2, etc.).
- Si la señal compuesta es aperiódica, la descomposición da una combinación o un número infinito de ondas senoidales simples con frecuencias continuas (valores reales).
La frecuencia de la señal compuesta se llama frecuencia fundamental, o primer armónico.
Ancho de banda
El ancho de banda es la diferencia entre la frecuencia más alta y más baja contenidas en una señal.
Modos de transmisión de señales digitales
Transmisión en banda base
Transmisión banda base: consiste en enviar una señal digital sobre un canal sin cambiarla a una señal analógica. Necesita la existencia de un canal paso bajo, es decir, un canal con un ancho de banda que comienza en 0.
Transmisión en banda ancha (con modulación)
Transmisión banda ancha (usando modulación): implica cambiar la señal digital a una señal analógica para su transmisión. La modulación permite usar un canal paso banda (un canal con un ancho de banda que no empieza en 0), tipo de canal que está más disponible que un canal paso bajo.
Atenuación, distorsión y ruido
22Atenuación La atenuación es la pérdida de energía de una señal debida a la resistencia del medio. La distorsión es la alteración de una señal debida a las distintas velocidades de propagación de cada una de las frecuencias que forman la señal.
- dB (decibelio): unidad para expresar la relación entre 2 magnitudes, acústicas o eléctricas. El decibelio, cuyo símbolo es dB, es una unidad logarítmica.
- Ruido: son las perturbaciones eléctricas que interfieren sobre las señales transmitidas o procesadas.
- Relación señal/ruido (SNR): habitualmente de 35 dB.
Fórmulas de Nyquist y Shannon
23Nyquist Nyquist: fórmula: tasa de bits = 2 × ancho de banda × log₂(L).
Explicación: dado un ancho de banda específico, se puede conseguir cualquier velocidad incrementando el número de niveles L de la señal. Incrementar los niveles de la señal reduce la fiabilidad del sistema. Tasa de bits: es la velocidad de los datos en bits por segundo.
Shannon: fórmula: capacidad = ancho de banda × log₂(1 + SNR).
Explicación: el ancho de banda es el ancho de banda del canal, SNR es la razón señal-ruido y la capacidad es la capacidad del canal en bits por segundo. La fórmula define una característica del canal, no el método de transmisión. Si se quiere enviar datos más rápido, sería necesario incrementar el ancho de banda de la línea o mejorar la razón señal-ruido.
Latencia, rendimiento y jitter
24Latencia Ancho de banda: diferencia entre la frecuencia más alta y más baja de una señal.
Rendimiento: qué tan rápido se pueden enviar datos realmente a través de una red.
Latencia: cuánto tarda un mensaje completo en llegar a su destino desde el momento en que el primer bit es enviado por el origen.
- Tiempo de propagación: tiempo necesario para que un bit viaje desde el origen al destino.
- Tiempo de transmisión: se envía un mensaje y el tiempo depende del tamaño del mensaje y del ancho de banda del canal.
- Tiempo de encolamiento: tiempo necesario para que cada dispositivo intermedio o terminal mantenga los mensajes en espera antes de que puedan ser procesados.
Producto ancho de banda × retardo: número de bits que llenan el canal.
Retardo variable o jitter: es un problema si distintos paquetes de datos llegan con distintos retardos y la aplicación que usa los datos en el lado del receptor es sensible al tiempo.