1.1. 1.1 Diagrama de bloques de un sistema de comunicacion.

Con el diagrama de bloques mostrado en la figura 1-1 se pueden describir los sistemas de co­municación. No importa cuál sea la aplicación particular, todos los sistemas de comunicaciones implican tres subsistemas principales: el transmisor, el canal y elreceptor. En todo el módulo se utilizan los símbolos indicados en el diagrama de modo que el lector no se confunda sobre la localización de las señales en sistema completo. El mensaje proveniente de la fuente está repre­sentado por la forma de onda de entrada de información m(t). El mensaje enviado al canal está denotado por m̃(t). El [~] indica que el mensaje recibido puede no ser el mismo que el transmi­tido. Esto es, el mensaje en el canal, m̃(t), puede estar contaminado por ruido en el canal o pue­de haber otros deterioros en el sistema, tales como filtraciones o no linealidades indeseables. La información en el mensaje puede estar en forma analógica o digital, según el sistema particular, y puede representar audio, video o algún otro tipo de información. En sistemas multicanalizados puede haber varias fuentes y canales de mensajes de entrada y salida. Los espectros (o fre­cuencias) de m(t) y m̃(t) se concentran alrededor de

f = 0; por tanto, se dice que son señales de bandabase.

El bloque procesador de señales en el transmisor condiciona a la fuente para una transmi­sión más eficiente. Por ejemplo, en un sistema analógico, el procesador de señales puede ser un filtro de pasabajas analógico utilizado para limitar el ancho de banda de m(t). En un sistema híbri­do, el procesador de señales puede ser un convertidor analógico a digital (ADC). Éste produce una "palabra digital" que representa muestras de la señal de entrada analógica (como se describe en el capítulo 3, en la sección sobre modulación por codificación de pulsos). En este caso, el ADC en el procesador de señales proporciona una codificación de fuente de la señal de entrada. Ade­más, el procesador de señales también agrega bits de paridad a la palabra digital, con lo que se pro­duce codificación de canal de tal manera que el procesador de señales pueda detectar y corregir errores en el receptor para reducir o eliminar errores en los bits provocados por ruido en el canal. La señal a la salida del procesador de señales transmisor es una señal de bandabase porque sus frecuencias están concentradas en torno a f = 0.

El circuito transmisor de la portadora convierte la señal de bandabase procesada en una banda de frecuencia apropiada para el medio transmisor del canal. Por ejemplo, si el canal se compone de cables de fibra óptica, los circuitos portadores convierten la entrada de bandabase (es decir, frecuencias cercanas a f = 0) en frecuencias luminosas, y la señal transmitida, s(t), es luminosa. Si el canal propaga señales de bandabase, no se requieren circuitos portadores, y s(t) puede ser la salida del circuito procesador en el transmisor. Se requieren circuitos portadores cuando el canal transmisor se localiza en una banda de frecuencias alrededor de f_c donde f_c » 0. (El subíndice denota frecuencia "portadora"). En este caso, se dice que s(t) es pasabanda porque está diseñada para tener frecuencias localizadas alrededor de f_c. Por ejemplo, una esta­ción radiodifusora de amplitud modulada (AM) con una frecuencia asignada de 850 kHz tiene una frecuencia portadora de f_c = 850 kHz. El mapeo de la forma de onda de la información de entrada de bandabase m(t) en la señal pasabanda s(t) se llama modulación. [m(t)] es la señal de audio en la radiodifusión de AM.] En el capítulo 4 se demostrará que cualquier señal pasa­banda tiene la forma:

s(t) = R(t) cos[wc t + q(t)] (1-2)

donde w_c = 2pf_c. Con R(t) = 1 y q(t) = 0, s(t) sería una senoidal pura de frecuencia f = f_c con ancho de banda cero. En el proceso de modulación provisto por los circuitos portadores, la forma de onda de entrada de bandabase m(t) hace que R(t) o q(t) cambien como una función de m(t). Es­tas fluctuaciones de R(t) y q(t) hacen que s(t) tenga un ancho de banda diferente de cero que de­pende de las características de m(t) y de las funciones de mapeo utilizadas para generar R(t) y q(t).

Los canales se clasifican en dos categorías: de alambre (cable) duro y alambre (cable) blan­do. Algunos ejemplos de canales dealambre duro son las líneas telefónicas de par trenzado, los cables coaxiales, las guías de ondas y los cables de fibra óptica. Algunos canales de alambre (ca­ble) blando típicos son el aire, el vacío y el agua de mar. Es de tenerse en cuenta que los princi­pios generales de la modulación digital y analógica se aplican a todos los tipos de canales, aunque las características de éstos imponen limitantes que favorecen un tipo particular de señalización. En general, el medio que conforma el canal atenúa la señal de modo que el nivel de ruido del ca­nal o el ruido introducido por un receptor imperfecto hace que la información entregada m se de­teriore en relación con la de la fuente. El ruido presente en el canal puede ser el resultado de perturbaciones eléctricas naturales (por ejemplo, relámpagos) o de fuentes artificiales, tales como líneas de transmisión de alto voltaje, sistemas de encendido de automóviles, o incluso de circuitos conmutadores de una computadora digital cercana. El canal puede contener dispositivos amplifi­cadores activos, tales como repetidoras presentes en sistemas de telefonía o transponders en siste­mas satelitales de comunicación. Estos dispositivos son necesarios para mantener la señal por encima del nivel de ruido. Además, el canal puede incluir múltiples trayectorias entre su entrada y salida con diferentes características de demora y atenuación. Por si fuera poco, estas caracterís­ticas pueden variar con el tiempo. Esta variación produce desvanecimiento de la señal a la salida del canal. Probablemente usted ha observado este tipo de desvanecimiento al escuchar estaciones de onda corta lejanas.

El receptor capta la señal contaminada a la salida del canal y la convierte en una señal de bandabase que puede ser manejada por el procesador de bandabase del receptor. El procesador de bandabase "limpia" la señal y entrega una estimación de la información original m̃(t) a la sa­lida del sistema de comunicación.

El objetivo del ingeniero es diseñar sistemas de comunicación de modo que la información se transmita al medio con tan poco deterioro como sea posible al mismo tiempo que se satisfacen las limitantes de diseño, como la energía transmitida, el ancho de banda de la señal y el costo per­misibles. En sistemas digitales, por lo general se considera que la medida del deterioro es la pro­babilidad de error de bit (P_e) — conocida también como tasa de error de bit (BER, por sus siglas en inglés: bit error rate) — de los datos entregados m̃(t). En sistemas analógicos, por lo general se considera que la medida del rendimiento es la relación señal a ruido a la salida del receptor.