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Sistemas de Transmisión Digital

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Sistemas de Transmisión Digital

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  1. Sistemas de Transmisión Digital Dpto. Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación Universidad Politécnica de Madrid

  2. Índice del tema • Modelo de sistema de transmisión • Comparación transmisión analógica vs. digital • Casos de estudio • Sistema de transmisión por fibra óptica • Radioenlace digital • Transmisión digital por satélite • Otros sistemas de transmisión

  3. Índice del tema • Modelo de sistema de transmisión • Comparación transmisión analógica vs. digital • Casos de estudio • Sistema de transmisión por fibra óptica • Radioenlace digital • Transmisión digital por satélite • Otros sistemas de transmisión

  4. Modelo de Sist. de Trx. Digital • Esquema general: • Transmisor (Tx): Genera la señal física que se transmite a partir de la señal de información (analógica o digital). • Receptor (Rx): Recupera la señal de información a partir de la señal física recibida. Se caracteriza fundamentalmente por requerir a su entrada: • una relación señal a ruido mínima (s/n)min • potencia de señal mínima (sensibilidad (smin)) • Medio de transmisión: Medio por el que se propaga la señal. • Amplicador (A): Amplicador de señal como los usados en sistemas analógicos. • Regenerador (Rg): Convierte la señal física transmitida en una señal digital y vuelve a generar la señal física. Para ello incluye fundamentalmente una pareja demodulador-modulador digital.

  5. Modelo de Sist. de Trx. Digital smin (s/n)min

  6. Modelo de Sist. de Trx. Digital • Componentes transmisor/receptor: • Conversores A/D - D/A • Codificador-decodificador de fuente • Codificador-decodificador de canal: introducen redundancia en la señal digital para hacer más robusta su transmisión

  7. Tipos de cadenas de Trx. Tipos de cadenas de transmisión: simple, con amplificadores, con regeneradores, y mixta

  8. Receptor PAM b α = 0 Se transmiten pulsos del tipo: si(t) = Aig(t) siendo g(t) pulsos con espectro en RCCA α = 1 Hz g(t) (Optimiza s/n) (Minimiza IES) t Receptor PAM en Banda Base

  9. Receptor PAM b α = 0 α = 1 Hz

  10. Receptor DBL Se transmiten pulsos del tipo: sij(t) = Aijg(t) coswt+ Bijg(t) senwt siendo g(t) pulsos con espectro en RCCA Receptor M-QAM

  11. Receptor DBL Válido para las constelaciones M-QAM y otras modulaciones con espectro en DBL

  12. Eficacia de una modulación • Características de técnica modulación-técnica detección son: • Probabilidad de error de bit en función de: • relación señal a ruido en el receptor: PE = f(s/n) • cociente entre energía media por señal Es y densidad espectral de ruido No: PE = f(Es / No) • cociente entre energía media de bit, Eb y y densidad espectral de ruido No: PE = f(W = Eb/No) • Ancho de banda utilizado b Pe s/n

  13. Eficacia de una modulación

  14. Eficacia de una modulación

  15. Codificación de canal Pe, CC Umbral Pe

  16. Regeneradores Pueden producir información errónea por: • Generación de información incorrecta • Errores en la detección • Supresión o inserción de símbolos • Errores en la temporización, provocando fluctuación de fase que limita el número de regeneradores que se pueden conectar en cascada

  17. Parámetros de calidad Transmisor Receptor

  18. Índice del tema • Modelo de sistema de transmisión • Comparación transmisión analógica vs. digital • Casos de estudio • Sistema de transmisión por fibra óptica • Radioenlace digital • Transmisión digital por satélite • Otros sistemas de transmisión

  19. Comparación transmisión analógica vs. digital • Mayor robustez frente al ruido y otras perturbaciones • Mayor flexibilidad en la compartición del canal • Independencia de los equipos del tipo de señal • Mayor flexibilidad y, con frecuencia, eficacia, en el uso del canal

  20. 1. Mayor robustez frente a ruido y otras perturbaciones • En transmisión analógica, la S/N se deteriora progresivamente • La potencia de ruido aumenta proporcionalmente al número Nr de secciones de repetición • Considerando sólo ruido de los amplificadores:

  21. 1. Mayor robustez frente a ruido y otras perturbaciones • En transmisión digital se usan regeneradores que eliminan una buena parte de la degeneración • Considerando Nr secciones de regeneración y un enlace de longitud total d, cada sección será de longitud d/Nr • El parámetro a considerar ahora es PE la para una sección de longitud d, o Nr secciones de longitud d/Nr: ya que: PE = 1 – PNE; PNE = (1 – PE)Nr

  22. 1. Mayor robustez frente a ruido y otras perturbaciones

  23. 1. Mayor robustez frente a ruido y otras perturbaciones

  24. 1. Mayor robustez

  25. 2. Mayor flexibilidad en la compartición del canal • En transmisión analógica se suele utilizar MDF • En telefonía, por ejemplo, se aprovechan 3,1 de los 4 kHz (banda de guarda del 22,5%) • En transmisión digital se suele usar MDT, sin bandas de guarda • Se aprovecha todo el canal, en su máxima velocidad binaria

  26. 3. Independencia de los equipos del tipo de señal • En transmisión analógica se necesitan equipos específicos para cada señal (ancho de banda, rango dinámico, etc.) • En transmisión digital se usa equipamiento informático, salvo en las últimas etapas de transmisión (tras el modulador)

  27. 4. Mayor flexibilidad y eficacia en el uso del canal • En transmisión analógica el ancho de banda de trabajo debe ser mayor que el de la señal de trabajo (vídeo, audio, etc.) • En transmisión digital se necesita que el codificador de fuente sea capaz de transmitir la señal usando el canal disponible • Según Shannon: [bits/seg]

  28. Ejercicio 5.1

  29. Índice del tema • Modelo de sistema de transmisión • Comparación transmisión analógica vs. digital • Casos de estudio • Sistema de transmisión por fibra óptica • Radioenlace digital • Transmisión digital por satélite • Otros sistemas de transmisión

  30. Transmisión por F.O. • La F.O. es el medio de transmisión por excelencia • Dos tipos de receptores: • No coherentes: basados en detección de envolvente (los tradicionales) • Coherentes: tienen en cuenta la λ • Sólo se estudiaran los sistemas con detección NO COHERENTE

  31. Transmisión por F.O. • Uso de la F.O.: • Enlaces troncales de mediana y gran capacidad de las grandes redes de comunicaciones (hasta varios Gb/s que transportan señales múltiplex SDH) • Accesos de abonado de gran capacidad (para servicios de telefonía, videotelefonía y distribución de TV principalmente)

  32. Transmisión por F.O. • Dos modalidades de accesos de abonado de gran capacidad • Fibra hasta el abonado • Fibra hasta el edificio (seguida de distribución hasta las viviendas por línea metálica o radio)

  33. Estructura de modulador y demodulador

  34. Estructura de modulador y demodulador

  35. Aleatorizador • Modifica la secuencia de bits de entrada eliminando largas cadenas de símbolos iguales (que dificultaría la recuperación del reloj) • No añade redundancia (es decir, no aumenta la velocidad binaria) • Con un buen codificador de línea puede ser innecesario

  36. Estructura de modulador y demodulador

  37. Codificador de línea • Modulador PAM con memoria • Genera una señal particularmente apta para su transmisión física por un medio concreto y para la recuperación del reloj de símbolo

  38. Codificador de línea • Consta de dos etapas: • En la primera asocia a cada palabra binaria de entrada de M bits una palabra binaria de salida de N bits (N>M) • En la segunda asocia un pulso positivo a cada bit 1, y uno nulo a cada bit 0 • Estos códigos se denominan MB/NB

  39. Codificador de línea La misión de los códigos MB/NB es: • Eliminar largas secuencias de símbolos iguales, para: • Conseguir un funcionamiento uniforme de la fuente luminosa • Facilitar la extracción del reloj • Detectar algunos errores

  40. Codificador de línea Ejemplo: Código 5B/6B • La asignación depende del estado del codificador • La transición entre estados varía con la disparidadden el código de salida: d = Nº de 1 – Nº de 0

  41. Codificador de línea

  42. Estructura de modulador y demodulador

  43. Conversor e/o • Convierte señales eléctricas en luminosas • Dos tipos: • Diodo electroluminiscente (LED) • Sencillos y baratos • Con poca definición espectral (Δλ alto: decenas nm) • Baja potencia emitida ( < -6 dBm) • Diodo láser (LD) • Más caros y complejos • Mayor pureza espectral (Δλpequeño: décimas de nm) • Mayor potencia emitida ( > -6 dBm)

  44. Conversor e/o Parámetros característicos: • Longitud de onda de emisión: λ(media de las emitidas) • Anchura espectral al 50%: Δλ • Potencia emitida: Pop [dBm] • Margen de seguridad: MS(reducción en Pop por envejecimiento, ruido modal y degradaciones en los repetidores o en la fibra)

  45. Estructura de modulador y demodulador

  46. Conversor o/e • Convierte señales ópticas en eléctricas • Dos tipos: • Coherentes: tienen en cuenta la frecuencia o la fase de la señal luminosa • No coherentes: detectores de envolvente. Son los estudiados en este tema. Dos tipos: • Diodos PIN: la luz incide en la zona Intrínseca I (entre la P y la N), generando corriente eléctrica • Diodos APD (foto-avalancha): es un diodo PIN sometido a un campo eléctrico externo que amplifica la corriente generada P I N

  47. Conversor o/e Se caracterizan por los siguientes parámetros: • Corriente de oscuridad ios [A]: corriente de ruido debida a la polarización de los diodos • Factor de multiplicación M: amplificación en los diodos APD (vale 1 en los PIN) • Responsividadr [A/W]: cociente entre la corriente producida is (para M = 1) y la potencia óptica incidente pop

  48. Conversor o/e Cálculo de is en función de pop:

  49. Conversor o/e Cálculo de is en función de pop:

  50. Conversor o/e Cálculo de is en función de pop: