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Construcción de banco de comunicaciones digitales parte 1 - Monografía



 
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Telecomunicaciones. Impactos. Marco histórico y conceptual. Modulación digital. Proceso de elaboración y administración. Diseño. Diagramas de flujo



1. INTRODUCCIÓN



Los Sistemas de Comunicaciones han pasado por varias generaciones en etapas de evolución gracias a la Clave de Samuel Morse; muchos de los sistemas de comunicación eléctrica se encuentran en todas partes donde se transmite la información de un punto a otro. El teléfono, la radio y la televisión han venido a ser factores de la vida diaria. Los circuitos de larga distancia cubren el globo terráqueo llevando texto, voces e imágenes. Los sistemas de radar y telemetría desempeñan papeles importantes, vitales, en navegación, defensa e investigación científica. Las computadoras hablan a otras computadoras por medio de enlaces de datos transcontinentales de datos enviando señales digitales en bits, representando los códigos binarios 0-1. Para que los alumnos realicen sus practicas deben saber que un sistema típico está formado de numerosas y diversas partes cuya comprensión escapa virtualmente a todas las especialidades de la ingeniería electrónica: conversión de la energía, teoría de redes, teoría electromagnética, para citar unas cuantas aplicaciones de sus conocimientos.
Este proyecto consiste en elaborar un modelo didáctico donde se puedan distinguir claramente los elementos utilizados en las telecomunicaciones; el cual será una herramienta muy útil para los alumnos y docentes.
Con este el estudiante estará en capacidad de entender los conceptos básicos y la terminología necesaria para transmitir una comunicación digital; analizar y observar físicamente el comportamiento de una señal modulada.


2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA



Para la educación y formación de una persona se hace indispensable el manejo de métodos que faciliten la comprensión y el análisis; factor que ha tenido en cuenta la  tecnológica autónoma del pacifico durante todos los años de existencia; al mejorar cada día la calidad de educación. Hoy la institución cuenta con muchas herramientas que facilitan el aprendizaje de los alumnos y la enseñanza de los docentes, sin embargo, existen áreas en las cuales se hace indispensable el manejo de equipos didácticos como es el caso de la asignatura de teoría de telecomunicaciones, en donde muchas veces los dibujos, presentaciones y simulaciones no son suficientes.

En este  momento no se cuenta con unos Componentes que faciliten el Desarrollo de las Practicas por lo que no se ha llegado a un claro entendimiento de varios de los  conceptos aplicados en esta asignatura y poder conocer la Función de las Herramientas y Materiales.

Por estos motivos, es indispensable disponer de elementos constituidos en un Banco en el cual estén unificados una Serie de Componentes Didácticos y diferentes alternativas para lograr así solucionar inquietudes y llevar a cabo las Pruebas de Laboratorio correspondientes.

3. JUSTIFICACIÓN



En la facultad de Ingeniería Electrónica existe una Materia basada en comunicaciones “para los aspirantes a Técnicos llamadas Redes 1, Redes 2 y Administración de Redes” y para los que van a ser Tecnólogos “Comunicación 1, Sistemas de Transmisión y Comunicación 2″ las cuales incluyen muchos factores para conocer distintas aplicaciones en cuanto a las comunicaciones digitales; sin embargo, la Tecnológica Autónoma del Pacífico no ha puesto en practica estos conocimientos adquiridos durante este trayecto.

Es por eso que deseamos aplicar un conocimiento adquirido como resultado de los tres años y medio de estudios realizados en la institución, pues es una elaboración que sintetiza y ordena el conjunto de actividades programadas y relacionadas con nuestra especialidad, para que tanto los estudiantes como los docentes utilicen los recursos preestablecidos de tal manera que den respuesta positiva a los problemas que hemos encontrado con respecto a los materiales didácticos que se utilizan en la institución y las necesidades planteadas que exponemos en este proyecto.
Se nos ocurre la idea de construir un banco de Telecomunicaciones digitales el cual va a facilitar el aprendizaje a la población estudiantil y,  a su vez beneficiara a los profesores en la pedagogía educativa.

Este proyecto busca dotar a los laboratorios de la institución con un equipo didáctico en el cual se pueden hacer pruebas y se asemeje a lo que actualmente se encuentra en las empresas de telecomunicaciones, brindando de este modo garantía y seguridad en la enseñanza de la especialidad.

4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA



Debido al problema planteado, surgen interrogantes como:

- Conque elementos deberían construirse el banco de comunicaciones digitales?
- El banco debe ser portátil o fijo en un laboratorio?
- Cuantos estudiantes podrían hacer pruebas al mismo tiempo en grupo?
- De que tamaño sería el banco?
- Los elementos deberán construirse por los estudiantes?
- Los elementos pueden ser comprados y armado el banco por el grupo de estudiantes?
- El cuerpo administrativo y académico de la TAP es consciente de la necesidad que existe del laboratorio de pruebas digitales.

5. IMPACTOS QUE GENERA LA CREACIÓN DEL PROYECTO


SOCIAL.



En nuestra sociedad, la Tecnológica Autónoma del Pacifico ganará un reconocimiento a nivel Educativo, dándose cuenta en sus egresados los cuales saben los principios de una comunicación y además conocer los elementos a utilizar, de los cuales proceden una calificación para la institución de parte de la sociedad en general; dando ellos particularmente una definición clara y veraz del Proceso educativo que se imparte a los jóvenes que estudian en la misma.

INSTITUCIONAL.



La Tecnológica Autónoma del Pacifico ha entrado en distintos procesos de evolución a lo largo de estos 4 años para brindar a todos sus alumnos un mayor logro por plasmar sus conocimientos adquiridos en diferentes semestres.

Se ha visto que en las facultades de Ingeniería Electrónica, Mecatrónica y Electromédica se han realizados ciertas practicas exigidas a lo largo de su carrera con dando a conocer diversas Herramientas muy utilizadas en el ámbito laboral. Nosotros por medio de una Encuesta realizadas a las facultades anteriores nos han dado a conocer las necesidades para realizar una serie de Practicas en un Sistema de Comunicaciones Digitales afianzando sus conocimientos teóricos ofreciendo una clara instrucción con ejemplos planteados por los Docentes los cuales aportan sus ideas en base a las Redes y las Telecomunicaciones.

AMBIENTAL



Hemos realizado un estudio con los proyectos entregados anteriormente a esta institución, llegando a la conclusión que existen ciertos problemas como: El Ruido, perturbando la tranquilidad y la concentración no solo de los Docentes y los alumnos que realizan las practicas dentro de un aula de clase, sino también de los otros estudiantes que están en distintas aulas de clase incluyendo un problema como la Mala Ubicación; El Suelo, ya que es un espacio reducido para cierta cantidad de alumnos tras las actividades vistas en clase, por lo que también va incluido otro problema como El Calor tras no haber una suficiente ventilación. Es por eso que nuestro Sistema de Comunicaciones Digitales, al igual que los proyectos entregados anteriormente, serán ubicados en un lugar exclusivamente para los Ingenieros tanto Electrónicos como Mecatrónicos solucionando los diferentes problemas presentados con anterioridad y colaborando con la Tranquilidad de las diferentes facultades académicas presentes en la institución.

6. OBJETIVOS



GENERAL



Diseñar y elaborar un Banco de Telecomunicaciones Digitales para la Tecnológica Autónoma del Pacifico con el fin de contribuir al desempeño de las practicas en esta modalidad.


ESPECÍFICOS:



- Dotar al estudiante con las herramientas teóricas y prácticas necesarias para que esté en capacidad de analizar un sistema de comunicación digital, a la vez que pueda entender como se propagan las señales en los diferentes medios, los diferentes efectos que sufren las señales durante su propagación y las diferentes técnicas de modulación digital.

- Posibilitar el máximo entendimiento en cada una de las clases de Redes.

- Permitir la demostración de los conceptos Teóricos a cabalidad.

- Dar a conocer físicamente los elementos indispensables para realizar una comunicación.

- Desarrollar en el estudiante la habilidad de analizar sistemas de comunicación de acuerdo a sus respuestas.

- Adquirir los conceptos y términos básicos empleados en libros, revistas o informes técnicos relacionados con las comunicaciones electrónicas digitales.

7. MARCO HISTÓRICO


El primer Sistema de Comunicaciones Electrónicas fue desarrollado en 1837 por Samuel Morse; usando la inducción electromagnética, pudo transmitir esta información en forma de puntos, guiones y espacios por medio de un cable metálico llamándole a ese invento el Telégrafo. Lo que en esta época se conoce como una cierta codificación de 1 y 0 (números binarios) por medio de unas Líneas fundamentales para la transmisión de datos actualmente digitales. Respecto a esta evolución se buscó complementar esa tecnología implementando estos servicios en redes de Comunicación por medio de la interconexión de 2 computadores, ambos a través de un MODEM (Modulador-Demodulador).

La especie humana es de carácter social, es decir, necesita de la comunicación;
Pues de otra manera viviríamos completamente aislados. Así, desde los inicios de la especie, la comunicación fue evolucionando hasta llegar a la mas sofisticada tecnología, para lograr acercar espacios y tener mayor velocidad en el proceso.
Las primeras manifestaciones en la comunicación de la especie humana fue la voz, las señales de humo y sus dibujos pictóricos; posteriormente al evolucionar, fue la escritura, el elemento que permitió desarrollar las culturas que hoy se conocen. Las artes como la música y el teatro, forman parte fundamental en la formación y desarrollo de la misma especie y sus culturas.

Desde las primeras máquinas programables manualmente (máquina diferencial de Babbage) o con procedimientos electrónicos (ENIAC, con tubos al vacío, en 1947), hasta nuestros días de potentes computadoras digitales que se han introducido en prácticamente todas las áreas de la sociedad (industria, comercio, educación, comunicación, transporte, etc.). Con todos estos avances tecnológicos y necesidades, la comunicación o transmisión de datos fue tomando cada vez mas auge. Los primeros intentos y realizaciones en la tarea de conjugar ambas disciplinas - comunicaciones y procesamiento de datos - tuvieron lugar en Estados Unidos, donde durante años cuarenta del siglo XX se desarrollo una aplicación de inventario para la U.S. Army y posteriormente, en 1953, otra para la gestión y reserva de las plazas en la American Airlines, que constituyeron los dos primeros sistemas de procesamiento de datos a distancia.

Con el desarrollo de las civilizaciones y de las lenguas escritas surgió también la necesidad de comunicarse a distancia de forma regular, con el fin de facilitar el comercio entre las diferentes naciones e imperios.


PASOS DE LA EVOLUCIÓN.



Telégrafo:



Sistema de comunicación basado en un equipo eléctrico capaz de emitir y recibir señales según un código de impulsos eléctricos. En un principio, la palabra `telegrafía’ se aplicaba a cualquier tipo de comunicación de larga distancia en el que se transmitiesen mensajes mediante signos o sonidos

Teleimpresión:



En la teleimpresión, el mensaje se recibe en forma de palabras mecanografiadas sobre una hoja de papel. Cada letra del alfabeto viene representada por una de las 31 combinaciones posibles de cinco impulsos electrónicos de igual duración, siendo la secuencia de intervalos utilizados y no utilizados la que determina la letra. El código de impresión de arranque-parada utiliza siete impulsos para cada carácter: el primero indica el comienzo y el séptimo el final de cada letra.

La telegrafía 1900:


La telegrafía eléctrica fue el segundo gran pilar del sistema de comunicaciones del siglo XIX. España no fue una excepción. En aquella época no existía alternativa posible al telégrafo en términos de velocidad de la transmisión de la información. A pesar de la modernización del Correo decimonónico, las ventajas del telégrafo resultaban indiscutibles.

Télex:



En 1958 apareció un sistema de intercambio de teleimpresión de llamada directa, denominado télex, que en el plazo de diez años contaba con más de 25.000 abonados. El sistema télex permite a sus abonados enviar mensajes y datos directamente a otros abonados y, a través de redes de operadoras internacionales, a otras muchas partes del mundo. Los abonados de télex también pueden enviar mensajes a los no abonados a través de centros especializados de comunicaciones que hacen llegar los mensajes en forma de telegramas.

Teléfono:



Instrumento de comunicación, diseñado para la transmisión de voz y demás sonidos hasta lugares remotos mediante la electricidad, así como para su reproducción. El teléfono contiene un diafragma que vibra al recibir el impacto de ondas de sonido. Las vibraciones (movimiento ondulatorio) se transforman en impulsos eléctricos y se transmiten a un receptor que los vuelve a convertir en sonido.

Telefonía por satélite:



En 1969 se completó la primera red telefónica global con base en una serie de satélites en órbitas estacionarias a una distancia de la Tierra de 35.880 Km. Estos satélites van alimentados por células de energía solar. Las llamadas transmitidas desde una antena terrestre se amplifican y se retransmiten a estaciones terrestres remotas. La integración de los satélites y los equipos terrestres permite dirigir llamadas entre diferentes continentes con la misma facilidad que entre lugares muy próximos. Gracias a la digitalización de las transmisiones, los satélites de la serie global INTELSAT pueden retransmitir simultáneamente hasta 33.000 llamadas, así como diferentes canales de televisión.

Correo de voz:



El correo de voz permite grabar los mensajes recibidos para su posterior reproducción en caso de que la llamada no sea atendida. En las versiones más avanzadas de correo de voz, el usuario puede grabar un mensaje que será transmitido más adelante a lo largo del día.

El correo de voz se puede adquirir en la compañía telefónica como un servicio de conmutación o mediante la compra de un contestador automático. Por lo general, es un equipo telefónico ordinario dotado de funciones de grabación, reproducción y detección automática de llamada. Si la llamada entrante se contesta en cualquier teléfono de la línea antes de que suene un número determinado de veces, el contestador no actúa. Sin embargo, cumplido el número de llamadas, el contestador automático procede a descolgar y reproduce un mensaje grabado previamente, informando que el abonado no puede atender la llamada en ese momento e invitando a dejar un mensaje grabado.

CORREO ELECTRÓNICO (E-MAIL) :



El correo electrónico se ha convertido en elemento imprescindible en las redes de comunicación de la mayoría de las oficinas modernas. Permite transmitir datos y mensajes de una computadora a otra a través de la línea telefónica, de conexión por microondas, de satélites de comunicación o de otro equipo de telecomunicaciones y mandar un mismo mensaje a varias direcciones. El correo electrónico se puede enviar a través de la red de área local (LAN) de la empresa o a través de una red de comunicación nacional o internacional. Los servicios de correo electrónico utilizan una computadora central para almacenar los mensajes y datos y enviarlos a su destino. El usuario de un PC que desee enviar y recibir mensajes escritos o hablados sólo necesita suscribirse a una red de correo electrónico pública y disponer de un módem y un teléfono. Dado el enorme volumen de correo electrónico potencial que puede generarse, se han desarrollado sistemas capaces de particularizar el correo para cada usuario.

8. MARCO CONCEPTUAL


Ancho de Banda: En comunicaciones, es un indicador de la cantidad de datos que pueden transmitirse en determinado periodo de tiempo por un canal de transmisión, por ejemplo un radiotransmisor, una antena parabólica o el cableado que conecta a dos computadoras. Por lo general, el ancho de banda se expresa en ciclos por segundo (hercios, Hz), o en bits por segundo (bps).
Antena: equipo utilizado en electrónica para propagar o recibir ondas de radio o electromagnéticas.
Amplificador: dispositivo para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio.
Amplitud Modulada: Una señal modulada en amplitud se compone de la frecuencia portadora y dos bandas laterales producto de la modulación.
Digital: en contraposición a ‘analógico’ (continuo), forma de representar la información con valores numéricos (discretos). Ceros o unos, Los ordenadores, en último término, representan la información con dígitos binarios.
Espectro Electromagnético: Es el conjunto de todas las frecuencias de emisión de los cuerpos de la naturaleza. Comprende un amplio rango que va desde ondas cortas (rayos gamma, rayos X), ondas medias o intermedias (luz visible), hasta ondas largas (las radiocomunicaciones actuales).
Frecuencia: término empleado en física para indicar el número de veces que se repite en un segundo cualquier fenómeno periódico
Frecuencia modulada: (FM), sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula, de forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida.
Interfaz: punto en el que se establece una conexión entre dos elementos, que les permite trabajar juntos. La interfaz es el medio que permite la interacción entre esos elementos.
Longitud de onda: distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que tienen el mismo estado de vibración.
MODEM: inicialmente del término inglés MODEM, es un acrónimo de ‘modulador/demodulador’. Se trata de un equipo, externo o interno (tarjeta módem), utilizado para la comunicación de computadoras a través de líneas analógicas de transmisión de voz y/o datos. El módem convierte las señales digitales del emisor en otras analógicas, susceptibles de ser enviadas por la línea de teléfono a la que deben estar conectados el emisor y el receptor. Cuando la señal llega a su destino, otro módem se encarga de reconstruir la señal digital primitiva, de cuyo proceso se encarga la computadora receptora
Nodo: Es el elemento de red, ya sea de acceso o de conmutación, que permite recibir y reenrutar las comunicaciones.
Portadora: señal analógica que puede utilizarse para la transmisión de información. La información se incorpora a la portadora mediante modulación de frecuencia (FM) o modulación de amplitud (AM)
Punto de interconexión: Es el punto físico en donde se efectúa la conexión entre dos redes, para permitir su interfuncionamiento y la interoperabilidad de los servicios que estas soportan.
Servicio portador: Es aquel que proporciona la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre dos o más puntos definidos de la red de telecomunicaciones. Comprende los servicios que se hacen a través de redes conmutadas de circuitos o de paquetes y los que se hacen a través de redes no conmutadas. Forman parte de estos, entre otros, los servicios de arrendamiento de pares aislados y de circuitos dedicados.
Transmisor: Los componentes fundamentales de un transmisor de radio son: un generador de oscilaciones (oscilador), para convertir la corriente eléctrica común en oscilaciones de una determinada frecuencia de radio.

9. INTERROGANTES



- Que implementos se deben adquirir para el montaje del banco de comunicaciones digitales?.
- A partir de que semestre podrían ingresar los estudiantes al laboratorio?
- Con qué frecuencia se le debe realizar el mantenimiento preventivo a los implementos del laboratorio?
- Se considera necesario que haya una programación previa al préstamo del laboratorio?.
- Es viable dictar  cursos de capacitación en comunicaciones digitales  a personal externo de la institución
- Es necesario que los estudiantes sean supervisados durante las practicas del laboratorio de telecomunicaciones?
- Es necesario contratar un monitor para el control del laboratorio?
- Se debe capacitar al personal docente?
- Que requisitos se le deben exigir al personal que ingrese al laboratorio?
- Cuál seria el número máximo de estudiantes que ingresarían al laboratorio?.

MODULACIÓN    DIGITAL
FSK - PSK - QA



Radio digital



Los elementos que distinguen un sistema de radio digital de un sistema de radio AM, FM, o PM, es que en un sistema de radio digital, las señales de modulación y desmodulación son pulsos digitales, en lugar de formas de ondas analógicas. E1 radio digital utiliza portadoras analógicas, al igual que los sistemas convencionales. En esencia, hay tres técnicas de modulación digital que se suelen utilizar en sistemas de radio digital: transmisión (modulación) por desplazamiento de frecuencia (FSK), transmisión por desplazamiento de fase (PSK), y modulación de amplitud en cuadratura (QAM).


- TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)



El FSK binario es una Forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La expresión general para una señal FSK binaria es:

6130.gif

donde

6131.gif

De la ecuación 1 puede verse que con el FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora de salida ( c) cambia por una cantidad igual a     /2. El cambio de frecuencia (  /2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal de entrada binaria. Por ejemplo, un uno binario podría ser +1 volt y un cero binario -1 volt, produciendo cambios de frecuencia de +  /2 y -  /2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria vm(t). Por tanto, la frecuencia de la portadora de salida se desvía entre ( c +   /2)  y ( c -   /2) a una velocidad igual a fm (la frecuencia de marca).





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