SISTEMAS DE COMUNICACIÓN: 2 PARCIAL.

Antenas Inteligentes.

¿ ANTENAS INTELIGENTES ?

Una antena inteligente es la combinación de un arreglo de antenas (arrays) con una unidad de Procesamiento Digital de Señales (DSP) que optimiza los diagramas de transmisión y recepción dinámicamente en respuesta a una señal de interés en el entorno.

TECNOLOGÍAS EMERGENTES DE MULTIACCESO 

El crecimiento continuo del número de usuarios de sistemas de comunicaciones móviles y la implementación de nuevas plataformas de servicios móviles (3G) han provocado la necesidad de aumentar sus capacidades al más alto nivel posible.

Antenas Inteligentes y Plataformas de Comunicaciones Móviles Para los Nuevos servicios de 3G se plantea como solución el empleo de la novedosa tecnología de Antenas Inteligentes ya que aprovechando las características particulares de estos Sistemas, se consigue aumentar la capacidad de conexión a múltiples usuarios simultáneamente.

INCREMENTO DEL ALCANCE 

Con un arreglo de antenas la ganancia es mayor que en el caso de una antena omnidireccional o sectorizada, así que transmitiendo a la misma potencia, se puede recibir la señal a una mayor distancia en el caso de los sistemas de telefonía móvil, esto permite reducir el numero de estaciones base para cubrir una zona especifica.

REDUCCIÓN DE POTENCIA DE TRANSMISIÓN 

Con el aumento de ganancia producto del arreglo de antenas, se incrementa la sensibilidad de la estación base, por lo tanto los equipos móviles pueden transmitir a una menor potencia incidiendo directamente en el ahorro de baterías. El sistema de Antenas Inteligentes puede radiar una potencia menor por lo cual se pueden reducir o simplificar las especificaciones de los amplificadores de potencia asociadas al sistema de antenas, generando una reducción de costos en las etapas de amplificación.

REDUCCIÓN DE PROPAGACIÓN MULTITRAYECTO 

Debido a la menor dispersión angular de la radiación desde el sistema de Antenas inteligentes, se reducen significativamente los trayectos múltiples de la información que llegaría al equipo móvil. Esto permite simplificar el sistema de ecualización del terminal móvil.

REDUCCIÓN DE PROPAGACIÓN MULTITRAYECTO 

Dependiendo de la configuración del sistema de Antenas Inteligentes, se pueden tener dos situaciones:

1) Captación de la Onda principal de la señal de interés, eliminando las señales de multitrayecto propias y las señales interferentes de otros Usuarios 

2) Captación de la Onda principal de la señal de interés aprovechando la captación de sus señales de mutlitrayecto, para reforzar la señal principal, y eliminar las señales interferentes de otros usuarios.

REDUCCIÓN DEL NIVEL DE INTERFERENCIA 

La selectividad espacial que proporciona el Sistema de antenas inteligentes, permite discernir las señales interferentes provenientes de otros usuarios con esto se logra hacer insensible a la antena receptora hacia esas direcciones y evitar que esas señales sean procesadas en el sistema de recepción También permite reducir la potencia de transmisión en la dirección de esos usuarios para evitarles interferencias La reducción del Nivel de Interferencia reduce la tasa de Error (BER), lo que permite aumentar la calidad de la transmisión de la información.

Incremento del Nivel de Seguridad Gracias a que la transmisión entre la estación y el equipo móvil es direccional, es muy difícil que otro equipo intercepte la comunicación, a menos que esté situado en la misma dirección en que apunta el haz de la antena También se hace fácil la localización de usuarios que estén haciendo uso fraudulento de los servicios que ofrece la red de comunicación móvil

Fuente: https://es.slideshare.net/alcajo2011/presentacion-antenas-inteligentes

Sistema global para las comunicaciones móviles. GSM

 

El sistema global para las comunicaciones móviles (del inglés Global System for Mobile communications, GSM, y originariamente del francés groupe spécial mobile) es un sistema estándar, libre de regalías, de telefonía móvil digital.

Un cliente GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y enviar y recibir mensajes por correo electrónico, faxes, navegar por Internet, acceder con seguridad a la red informática de una compañía (red local/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el servicio de mensajes cortos (SMS) o mensajes de texto.

GSM se considera, por su velocidad de transmisión y otras características, un estándar de segunda generación (2G). Su extensión a 3G se denomina UMTS y difiere en su mayor velocidad de transmisión, el uso de una arquitectura de red ligeramente distinta y sobre todo en el empleo de diferentes protocolos de radio (W-CDMA)

.La Asociación GSM (GSMA o GSM Association), dice que GSM es el estándar en telecomunicaciones móviles más extendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso.1 GSM cuenta con más de 3000 millones de usuarios en 159 países distintos, siendo el estándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en América del Norte.

La ubicuidad del estándar GSM ha sido una ventaja tanto para consumidores (beneficiados por la capacidad de itinerancia y la facilidad de cambio de operador sin cambiar de terminal, simplemente cambiando la tarjeta SIM) como para los operadores de red (que pueden elegir entre múltiples proveedores de sistemas GSM, al ser un estándar abierto que no necesita pago de licencias).

En GSM se implementó por primera vez el servicio de mensajes cortos de texto (SMS), que posteriormente fue extendido a otros estándares. Además, en GSM se define un único número de emergencias a nivel mundial, el 112, que facilita que los viajeros de cualquier parte del mundo puedan comunicar situaciones de emergencia sin necesidad de conocer un número local.

Historia y desarrollo

El estándar GSM fue desarrollado a partir de 1982. En la conferencia de telecomunicaciones CEPT de ese año fue creado el grupo de trabajo Groupe Spécial Mobile o GSM, cuya tarea era desarrollar un estándar europeo de telefonía móvil digital. Se buscó evitar los problemas de las redes analógicas de telefonía móvil, que habían sido introducidos en Europa a fines de los años 1950, y no fueron del todo compatibles entre sí a pesar de usar, en parte, los mismos estándares. En el grupo GSM participaron 26 compañías europeas de telecomunicaciones.

En 1990 se finalizaron las especificaciones para el primer estándar GSM-900, al que siguió DCS-1800 un año más tarde. En 1991 fueron presentados los primeros equipos de telefonía GSM como prototipos. De manera paralela, se cambió el nombre del grupo a Standard Mobile Group (SMG) y las siglas GSM a partir de este momento se usaron para el propio estándar.

GSM en España

La tecnología móvil en España comenzó en 1976 con un servicio para vehículos limitado a Madrid y Barcelona llamado Teléfono automático en vehículo. Este servicio fue evolucionando para dar cabida a más usuarios con tecnologías como TMA-450 y posteriormente TMA-900, llegando hasta 900.000 en 1996.

En 1995 dada la inferioridad tecnológica del servicio analógico respecto al digital proporcionado por GSM, se creó la primera red digital móvil llamada Movistar. Posteriormente, se concedieron licencias para una segunda operadora móvil llamada Airtel (actualmente Vodafone). En 1999 se crea una tercera operadora llamada Amena (actualmente Orange).

A esta última se le asignaron frecuencias únicamente en la banda de 1800 MHz lo que suponía tener que desplegar más celdas que si se emplease la banda de 900 MHz para conseguir dar cobertura a una misma zona. Ya en 2005, el gobierno asignó a Amena nuevas frecuencias en la banda de 900 MHz, pero Movistar y Vodafone siguieron contando con un mayor número de frecuencias en esta banda.

A principios del año 2000, empezaron los cierres de las redes analógicas y la asignación de licencias para la tecnología 3G, a la que años más tarde seguiría la tecnología 3,5G. Ese mismo año se concede licencia a la cuarta operadora llamada Xfera (actualmente Yoigo), aunque no empezaría a operar hasta 2006.

Actualmente convivimos con tecnología 2G/3G/3,5G y, aunque 3,5G sea superior tecnológicamente, compañías como Vodafone utilizan red dual para ofrecer una mayor cobertura (si no hay cobertura 2G o 3G, el terminal móvil puede que tenga cobertura 3,5G y viceversa) y maximizar la duración de la batería de sus móviles.

GSM en América Latina

De acuerdo con las cifras suministradas por la organización “3G Américas”, en Colombia el 89 por ciento de los teléfonos móviles operan bajo el estándar GSM, mientras que en Argentina esta cifra llega al 97 por ciento (al 2008 los operadores Movistar, Personal, y Claro solo operan con GSM), en Chile (primer país de Latinoamérica en operar redes GSM ya desde 1997) el 100% de los móviles operan bajo GSM, en México al 80 por ciento, en Brasil al 65 por ciento, en Uruguay 100 por ciento y en Venezuela Digitel al 100% puesto que fue el operador que empezó con esta tecnología, Movistar está en fase de ampliar al 100% su red GSM, y Movilnet opera en dualidad CDMA/GSM, países como Cuba que comenzó por TDMA, a partir de enero de 2009 emplea exclusivamente la tecnología GSM a través de la empresa estatal Cubacel.

En Colombia la Comisión Reguladora de Comunicaciones (CRC), señaló que a partir del 1° de octubre las empresas de telefonía móvil están obligadas a entregar los celulares con las bandas abiertas (desbloqueados) para que éstos puedan funcionar con cualquier operador. Con esta medida el Gobierno busca promover la competencia en el mercado de telefonía celular, en la cual el ganador será el usuario final y evitar el hurto y tráfico ilegal de móviles no solo en Colombia, si no a nivel Latinoamérica, según diálogos entre los distintos gobiernos.

En Chile, se utilizan dos modalidades de proveer los terminales; Venta (principalmente para los abonados de prepago, aunque hay clientes de postpago que prefieren comprar el terminal) y Arriendo con opción de compra (modalidad muy difundida en la modalidad postpago, ya que el terminal resulta a un precio más económico); Todos los equipos se entregan bloqueados para operar solo con tarjetas SIM de la operadora que vende el terminal, sin embargo por ley, las operadoras deben desbloquear gratuitamente los terminales que sean propiedad del abonado (modalidad venta, y una vez ejercida la opción de compra si se obtuvo en arriendo), si el abonado así lo solicita.

Formula Capacidad del canal.

En Ingeniería Electrónica y Teoría de la Información, la capacidad de canal es la cantidad de información que puede ser relativamente transmitida sobre canales de comunicación.

La capacidad del canal se mide en bits por segundo (bps) y depende de su ancho de banda y de la relación S/N (Relación señal/ruido). La capacidad del canal limita la cantidad de información (se denomina régimen binario y se mide en bits por segundo, bps) que puede trasmitir la señal que se envía a través de él.

La capacidad máxima de un canal viene dada por la fórmula:

El régimen binario de una señal que se propaga por un canal no puede ser mayor que la capacidad del canal y depende del número de niveles o estados que se usan para codificar la información. 

Régimen binario de la señal =

donde: 

n es el número de bits por cada elemento de la señal. 

m es el conjunto de elementos diferentes que puede adoptar la señal. 

C es la capacidad del canal según el teorema de Nyquist. 

La capacidad del canal depende de la naturaleza del soporta, es decir, de los portadores canales de gran ancho de banda, como la fibra óptica, su capacidad siempre tiene un límite. Nyquist demostró la existencia de ese límite cuando se envían señales digitales por canales analógicos. 

La teoría de la información, desarrollada por Claude E. Shannon durante la Segunda Guerra Mundial, define la noción de la capacidad del canal y provee un modelo matemático con el que se puede calcular. La cifra que resulta del estado de capacidad del canal, se define como la máxima de la información mutua entre la entrada y la salida del canal. Donde el punto máximo se encuentra en la entrada de la distribución.

Al igual que todos los tipos de comunicación, mantener un diálogo con otro sistema necesita un medio físico para transmitir los datos. En el caso de la Arquitectura de Redes, a ese medio se le denomina canal.

La X representa el espacio entre las señales que puede ser transmitidas y la Y el espacio de señales recibidas, durante un bloque de tiempo sobre el canal.

Con esta fórmula obtenemos la distribución condicional de la función de Y sobre X. Tratando el canal como un sistema estático conocido, pY | X(y | x), esto es una propiedad inherente del canal de comunicación (que representa la naturaleza del ruido en él). Entonces la distribución conjunta de X e Y esta completamente determinada por el canal y por la elección de la distribución marginal de las señales que nosotros elegimos enviar sobre el canal: 

La distribución conjunta puede ser recuperada usando la identidad: 

Sobre estas limitaciones, se debe después maximizar la cantidad de información, o de mensaje, que uno puede comunicar sobre el canal. La medida apropiada para esto es la información mutua I(X;Y), y esta máxima información mutua es el llamado canal de capacidad y viene dado por: 

La eficiencia E de un canal de comunicación, es la relación entre su capacidad y su ancho de banda e indica el número de bits por segundo de información que se puede transmitir por cada herzio de su ancho de banda: 

La eficiencia de un canal está establecida por el número máximo de estados distintos que puede adoptar la señal que se transmite por él para codificar la información. La capacidad de un canal de ancho de banda determinado podría elevarse a infinito utilizando señales con un número infinito de niveles. Pero esto solo se puede obtener con un canal ideal, sin ruidos ni distorsión alguna, los cuales no existen en el mundo real. Por tanto, el número de estados posibles está limitado por la sensibilidad y la capacidad de resolución del propio receptor para diferenciar entre niveles contiguos de la señal que recibe junto con el ruido. 

COBERTURA CELULAR A NIVEL NACIONAL

A continuación se presenta la cobertura de telefonía celular en el estado de Querétaro:

*Azul: cobertura 2G

*Morado: cobertura 3G

*Naranja: cobertura 4G

A continuación el enlace para poder observar la cobertura en cualquier estado del país, México:

https://www.miflashmobile.mx/cobertura

Sistema OnStar

El sistema de conectividad OnStar surgió cuando General Motors unió a sus vehículos tecnología GPS y de comunicación con asesores en vivo -entrenados para ayudar a los conductores- con el fin de salvar vidas enviando a los equipos de emergencia al lugar donde hubo un accidente.

Desde el primer usuario, en agosto de 1996 en EE.UU., ha logrado más de 6.4 millones de suscriptores alrededor del mundo ya que en 1999 se expandió a Canadá, en 2009 a China y finalmente este año llegó a nuestro país, convirtiéndose en el primer país de Latinoamérica con este sistema. Tan sólo en Norteamérica ha ayudado en más de 560 millones de conexiones y guiado a los servicios de emergencia a más de 222,000 accidentes.

El servicio de Respuesta Automática de Accidentes no es la única situación en la que se puede utilizar el sistema OnStar, también brinda Asistencia de Vehículos Robados y ha contribuido junto con las autoridades a recuperar las unidades en más de 63 mil robos. En 2008, se incorporó la Desaceleración de Vehículos Robados, la cual permite al Asesor trabajar con la policía y enviar una señal a su vehículo, haciéndolo desacelerar de forma gradual y segura para recuperarlo.

Asimismo, la Navegación Paso a Paso, en ésta a diferencia de un GPS, no tecleas manualmente la dirección en el dispositivo, sino que le das al asesor la dirección o el nombre del lugar y carga al display de tu pantalla el mapa que te va dando la ruta para que llegues a tu destino.

Fuente:http://noticias.autocosmos.com.mx/2013/09/17/conoce-como-funciona-el-sistema-onstar-de-gm-en-mexico

Antena fractal

Una antena fractal es una antena que utiliza un fractal, diseñado para maximizar la distancia o el perímetro que puede recibir o transmitir, en un volumen o superficie dada.

La clave de su aspecto es la repetición de un patrón sobre uno o más espacios. Por esta razón, las antenas fractales son muy compactas, son multibanda o de espectro expandido y tienen varias utilidades en telefonía móvil y comunicación por microondas.

Una antena fractal tiene una respuesta en frecuencia completamente diferente a las antenas tradicionales ya que es capaz de ofrecer excelentes ganancias en diferentes frecuencias de manera simultánea. En la mayoría de las antenas tradicionales existe una frecuencia para la cual ofrecen su máxima ganancia y en el resto de frecuencias la ganancia se ve rápidamente reducida. Por esto las antenas fractales son idóneas para aplicaciones de amplio espectro frecuencial o multibanda.

 

Los fractales mejoran el diseño de antenas básicamente por dos motivos. En primer lugar, pueden aumentar el rendimiento de las antenas compuestas. Muchas antenas que en apariencia parecen constituir una sola unidad –gran parte de las antenas de radar, entre ellas- están en realidad compuestas por una formación de hasta un millar de pequeñas antenas. Su disposición suele ser o perfectamente regular o, por el contrario, aleatoria. Dwight Jaggard y Douglas Werner han descubierto que una distribución fractal puede combinar la robustez de los sistemas aleatoriamente dispuestos con el rendimiento de los regulares, todo ello utilizando la cuarta parte de elementos. Los fractales pueden ofrecer desorden a pequeña escala y orden a gran escala. 

En segundo término, la forma fractal puede ser beneficiosa incluso para antenas aisladas. Nathan Cohen y un equipo de ingenieros de la Universidad Politécnica de Cataluña, han experimentado, de forma independiente, con hilos doblados siguiendo la forma de las curvas de Koch, o de los triángulos de Sierpinski. Al replegar así la antena se consigue no sólo alojar la misma longitud en un espacio seis veces menor, sino que su forma dentada genera capacitancia e inductancia adicionales, haciendo innecesarios elementos externos para su sintonización o para aumentar la anchura de la banda de frecuencias que pueda recibir. 

Cohen, que fundó Fractal Antena Systems en 1995, trabaja en la actualidad con T&M Antenas, fabricante de antenas para los teléfonos móviles de Motorola. Uno de los ingenieros de T&M afirma que el rendimiento de las antenas fractales es un 25 por ciento mayor que el de las habituales antenas romas, revestidas de goma, con que van equipadas muchos teléfonos móviles o inalámbricos. Amén de ser más baratas de fabricar, operan en múltiples bandas, lo que permite incorporar un receptor GPS al teléfono, al tiempo que la antena puede quedar oculta en el interior del aparato.

Fuente: http://www.dmae.upm.es/cursofractales/capitulo1/3_1.html

Sistema Iridium.

Sistema Iridium.

Iridium es el nombre de una constelación de 66 satélites de comunicaciones que giran alrededor de la Tierra en 6 órbitas bajas LEO ( Low Earth Orbit ), a una altura aproximada de 780 km de la tierra. Cada una de las 6 órbitas consta de 11 satélites equidistantes entre sí. Los satélites tardan 100 minutos en dar la vuelta al mundo de polo a polo.

La constelación Iridium fue diseñada por Motorola para proveer Servicios Satelitales Móviles (SSM) con cobertura global. Su nombre proviene del Elemento Iridio (Iridium) el cual tiene un número atómico de 77, equivalente al número de satélites que incluía la constelación en su diseño original.

El sistema tiene como objetivo proveer comunicación de voz y datos utilizando dispositivos portátiles en áreas fuera de cobertura de los sistemas de comunicación tradicional como telefonía fija o celular.

Este servicio, que está prohibido por razones políticas en Corea del Norte y Sri Lanka, fue puesto en funcionamiento el 1 de noviembre de 1998 y quebró financieramente el 13 de agosto de 1999. Esta quiebra fue debida en gran parte al elevado costo de los terminales móviles, 3.500,00 USD aproximadamente y del servicio en sí, aproximadamente de 7 USD por minuto. Los precios de los teléfonos móviles terrestres, considerablemente más baratos, y la aparición de los acuerdos de itinerancia para el sistema GSM, durante la década que llevó la construcción del Iridium, equiparó al sistema GSM con una de las principales ventajas de Iridium: cobertura global en áreas urbanas. Otro hecho que contribuyó a la quiebra de Iridium fue su incapacidad para proveer servicios de datos de alta velocidad, puesto que la constelación de satélites fue diseñada esencialmente para comunicaciones de voz. Actualmente Iridium ofrece comunicaciones de datos de 2,4 kbit/s nativos y un sistema de conexión a internet que emula 10 kbit/s, lo que limita las posibles aplicaciones, por lo que se lo usa, sobre todo, para el envío y recepción de correos electrónicos en formato de texto.

Actualmente las soluciones de Iridium, que fue comprada y relanzada por nuevos socios, se utilizan activamente en mercados verticales como los petroleros, mineros, ecoturismo y militar . Después de los sucesos del 11 de septiembre de 2001 los organismos de seguridad estadounidenses utilizan soluciones Iridium como su sistema preferido de telecomunicaciones satelitales móviles de voz. Solamente la Fuerza Aérea de los Estados Unidos cuenta actualmente con más de 25.000 terminales activas.

En el 2010, el precio del teléfono satelital Iridium más moderno y único en producción, el Iridium 9555, es de aproximadamente 1.500,00 dólares en los EE. UU.. El costo por minuto de comunicación es de aproximadamente 1,30 USD. El costo por minuto es independiente del país en que se originen o terminen las llamadas. No existen cargos por itinerancia. Iridium cuenta con un sistema de envío y recepción de mensajes de texto que permite recibir hasta 150 mensajes de hasta 160 caracteres gratuitos por mes. Los teléfonos Iridium 9505A y el nuevo 9555 pueden también enviar e-mails directamente utilizando su teclado numérico. El costo de cada e-mail enviado, que pueden tener un máximo de 160 caracteres es de aproximadamente 0,60 USD

Iridium lanzó el año 2009 el servicio OpenPort, orientado principalmente al segmento marítimo, el cual permite transmisiones de datos de hasta 128 kbit/s con cobertura global. El costo actual de la terminal Openport es aproximadamente 5.500,00 USD y el costo de transmisión/recepción de datos aproximadamente 5,00 USD por megabyte. A finales del año 2009 Iridium tenía ya vendidas 1000 terminales Openport.

El 12 de septiembre de 2011 Iridium comunicó oficialmente que sobrepasó los 500.000 usuarios en todo el mundo.

Protocolo ZIGBEE

¿Qué es?

ZigBee es un estándar de comunicaciones inalámbricas diseñado por la ZigBee Alliance. Es un conjunto estandarizado de soluciones que pueden ser implementadas por cualquier fabricante. ZigBee está basado en el estándar IEEE 802.15.4 de redes inalámbricas de área personal (wireless personal área Newark, WPAN) y tiene como objetivo las aplicaciones que requieren comunicaciones seguras con baja tasa de envío de datos y maximización de la vida útil de sus baterías.

ZigBee es un sistema ideal para redes domóticas, específicamente diseñado para reemplazar la proliferación de sensores/actuadores individuales. ZigBee fue creado para cubrir la necesidad del mercado de un sistema a bajo coste, un estándar para redes Wireless de pequeños paquetes deinformación, bajo consumo, seguro y fiable.

1998. - Las redes de la familia de ZigBee se conciben, al tiempo que se hizo claro que Wi-Fi y Bluetooth no serían soluciones válidas para todos los contextos. En concreto, se observó una necesidad de redes ad hoc inalámbricas.

2003. - El estándar IEEE 802.15.4 se aprueba en mayo.

2003. - En el verano, Philips Semiconductors puso fin a su inversión en redes de mallas. Philips Lighting ha perpetuado la participación de Philips, que sigue siendo un miembro prominente de la ZigBee Alliance.

2004. - ZigBee Alliance anunció en octubre una duplicación en su número de miembros en el último año a más de 100 compañías en 22 países. 

En abril de 2005 había más de 150 miembros corporativos, y más de 200 en diciembre del mismo año.

2004. - Se aprueba la especificación Zigbee el 14 de diciembre

.2005. - ZigBee 2004 se puso a disposición del público sin fines comerciales el 13 de junio en San Ramón, California.

2006. - “El precio de mercado de un transceptor compatible con ZigBee se acerca al dólar y el precio de un conjunto de radio, procesador y memoriaronda los tres dólares” (5).

2006. - En diciembre se publicó la actual revisión de la especificación.

2007. - En Noviembre se publicó el perfil HOME AUTOMATION de la especificación.

Características· ZigBee, también conocido como "HomeRF Lite", es una tecnología inalámbrica con velocidades comprendidas entre 20 kB/s y 250 kB/s.· Los rangos de alcance son de 10 m a 75 m.· Puede usar las bandas libres ISM (6) de 2,4 GHz (Mundial), 868 MHz (Europa) y 915 MHz (EEUU).· Una red ZigBee puede estar formada por hasta 255 nodos los cuales tienen la mayor parte del tiempo el transceiver ZigBee dormido con objeto de consumir menos que otras tecnologías inalámbricas.· Un sensor equipado con un transceiver ZigBee pueda ser alimentado con dos pilas AA durante al menos 6 meses y hasta 2 años.· La fabricación de un transmisor ZigBee consta de menos circuitos analógicos de los que se necesitan habitualmente.· Diferentes tipos de topologías como estrella, punto a punto, malla, árbol.· Acceso de canal mediante CSMA/CA(7) (acceso múltiple por detección de portadora con evasión de colisiones).· Escalabilidad de red -- Un mejor soporte para las redes más grandes, ofreciendo más opciones de gestión, flexibilidad y desempeño.· Fragmentación -- Nueva capacidad para dividir mensajes más largos y permitir la interacción con otros protocolos y sistemas.· Agilidad de frecuencia -- Redes cambian los canales en forma dinámica en caso que ocurran interferencias.· Gestión automatizada de direcciones de dispositivos - El conjunto fue optimizado para grandes redes con gestión de red agregada y herramientas de configuración.· Localización grupal -- Ofrece una optimización adicional de tráfico necesaria para las grandes redes.· Puesta de servicio inalámbrico -- El conjunto fue mejorado con capacidades seguras para poner en marcha el servicio inalámbrico.· Recolección centralizada de datos -- El conjunto fue sintonizado específicamente para optimizar el flujo de información en las grandes redes.

Funcionalidad

Basándose en su funcionalidad, puede plantearse una segunda clasificación:Dispositivo de funcionalidad completa (FFD):También conocidos como nodo activo. Es capaz de recibir mensajes en formato 802.15.4. Gracias a la memoria adicional y a la capacidad de computar, puede funcionar como Coordinador o Router ZigBee, o puede ser usado en dispositivos de red que actúen de interfaces con los usuarios.Dispositivo de funcionalidad reducida (RFD):También conocido como nodo pasivo. Tiene capacidad y funcionalidad limitadas con el objetivo de conseguir un bajo coste y una gran simplicidad. Básicamente, son los sensores/actuadores de la red.Un nodo ZigBee (tanto activo como pasivo) reduce su consumo gracias a que puede permanecer dormido la mayor parte del tiempo (incluso muchos días seguidos). Cuando se requiere su uso, el nodo ZigBee es capaz de despertar en un tiempo ínfimo, para volverse a dormir cuando deje de ser requerido. Un nodo cualquiera despierta en aproximadamente 15 ms. Además de este tiempo, se muestran otras medidas de tiempo de funciones comunes:· Nueva enumeración de los nodos esclavo (por parte del coordinador): aproximadamente 30 ms.· Acceso al canal entre un nodo activo y uno pasivo: aproximadamente 15 ms.

Fuente:https://sx-de-tx.wikispaces.com/ZIGBEE

1G, Primera Generación Telefonía Móvil.

 

La primera generación de telefonía móvil estaba basada en un conjunto de celdas o células interconectadas, que daban servicio a los dispositivos que se encontraban dentro de su amplia zona de cobertura. De ahí el nombre con el que se los conoció inicialmente, “celulares”. No todas las redes estaban basadas en los mismos protocolos, dependían bastante de sus fabricantes, no era fácil interconectarlas ni utilizar los mismos terminales en distintas redes. La calidad de la voz era relativa, la capacidad para transmitir datos era baja (del orden de los Kilo bits por segundo), las baterías duraban pocas horas; pero aún así, el servicio de telefonía móvil despegó y alcanzó cerca de 20 millones de usuarios en 1990.

El Sistema Telefónico Móvil Avanzado o AMPS es un sistema de telefonía móvil de primera generación (1G, voz analógica) desarrollado por los laboratorios Bell. Se implementó por primera vez en 1983 en Estados Unidos. Se llegó a implantar también en Inglaterra y en Japón, con los nombres TACS y MCS-L1 respectivamente.

AMPS y los sistemas telefónicos móviles del mismo tipo dividen el espacio geográfico en una red de celdas o simplemente celdas , de tal forma que las celdas adyacentes nunca usen las mismas frecuencias, para evitar interferencias. Para poder establecerse la comunicación entre usuarios que ocupan distintas celdas se interconectan todas las estaciones base a un MTSO (Mobile Telephone Switching Office), también llamado MSC (Mobile Switching Center). A partir de allí se establece una jerarquía como la del sistema telefónico ordinario.

Los sistemas de comunicaciones móviles de primera generación o 1G representan al conjunto de estándares celulares que emplean tecnologías analógicas, por lo que comúnmente se habla indistintamente de sistemas analógicos o 1G.

Se trataba de sistemas pioneros que introducían por primera vez una característica revolucionaria para los servicios de comunicación comerciales de los años 80, como era la movilidad. Por ello a pesar de que sus prestaciones fueron ampliamente superadas por sistemas más modernos (de 2G), significaron un punto de partida de éxito para el posterior desarrollo de las comunicaciones móviles.

La principal característica de estos sistemas era su capacidad para ofrecer servicios de comunicación de voz sobre conmutación de circuitos. Además de la voz, permitían la transmisión de datos empleando módems analógicos convencionales, aunque con una capacidad muy limitada (difícilmente superaban los 4800 bps). Una de las limitaciones de esta tecnología es que la señalización se realizaba "en banda", por lo que, además de ser perceptible por el usuario, no permitía el uso de telefax y modems.

Dentro la familia genérica de sistemas 1G, cabe destacar los siguientes estándares [1]:

• AMPS (Advanced Mobile Phone System) operaba en 800 MHz y fue utilizado en buena parte de América, África, Europa del Este y Rusia.
• ETACS (Extended Total Access Communications System) fue desplegado principalmente en Europa, y utilizaba la banda de 900MHz.
• NMT (Nordic Mobile Telephone) operaba en los países escandinavos en la banda de 900 MHz. Cuya versión, en la banda de 450 Mhz se utilizó en la telefonía móvil pública de España, aún en la época de monopolio. Con dicho motivo en 1983 se estableció en Zamudio, Vizcaya, un fabricante de terminales y estaciones base, Indelec, que fabricó equipos NMT hasta que, cuando Philips cesó su actividad de fabricante de equipos y estaciones base NMT, fue adquirido por Ericsson.

Experimento de hertz

HEINRICH HERTZ (1857-1894), profesor de la Escuela Politécnica de Karlsruhe, en Alemania, se interesó en la teoría electromagnética propuesta por Maxwell. La reformuló matemáticamente logrando que las ecuaciones fueran más sencillas, y simétricas. Desde 1884 Hertz pensó en la manera de generar y detectar en un laboratorio las ondas electromagnéticas que Maxwell había predicho. Después de mucho trabajo y de experiencias sin éxito, en 1887 construyó un dispositivo con el que logró su fin. El experimento que realizó fue a la vez genial y sencillo.

Utilizó un carrete o bobina de Ruhmkorff; que es un transformador que produce un voltaje muy alto. En seguida conectó el carrete a un dispositivo formado por dos varillas de cobre; en uno de los extremos de cada varilla añadió una esfera grande y en el otro una pequeña. Cada una de las esferas grandes servía como condensador para almacenar carga eléctrica. Una vez hecha la conexión, en cierto instante el voltaje entre las esferas chicas era lo suficientemente grande para que saltara una chispa entre ellas. Hertz razonó que al saltar estas chispas se produciría un campo eléctrico variable en la región vecina a las esferas chicas, que según Maxwell debería inducir un campo magnético, también variable. Estos campos serían una perturbación que se debería propagar, es decir, debería producirse una onda electromagnética. De esta forma, Hertz construyó un radiador de ondas electromagnéticas. Efectivamente, al conectar el carrete de Ruhmkorff a su dispositivo, Hertz observó que saltaban chispas entre las esferas chicas de manera intermitente. Así logró construir un generador de ondas electromagnéticas.

El siguiente paso fue construir un detector de las ondas electromagnéticas que supuso eran emitidas por su dispositivo. Para este fin construyó varios detectores. Uno de ellos era simplemente otro dispositivo similar al radiador; otro tipo fue una espira metálica en forma circular que tenía en sus extremos dos esferas, también conductoras, separadas una pequeña distancia. El argumento de Hertz fue el siguiente: si en efecto existen ondas electromagnéticas, al ser emitidas por el circuito se propagarán en todo el espacio circundante. Al llegar las ondas al detector, se inducirá en él un campo eléctrico (además del magnético) y por tanto, en las varillas conductoras o en la espira se inducirá una corriente eléctrica. Esto hará que a través de sus extremos se induzca un voltaje, que si llega a tener un valor suficientemente grande, dará lugar a que salte una chispa entre las esferas. Mientras mayor sea el valor de la amplitud de la corriente eléctrica en el circuito emisor, mayor será la magnitud del campo eléctrico inducido y por lo tanto, mayor será la diferencia de potencial entre los extremos de la espira del receptor. Esto es precisamente lo que encontró Hertz en su experimento. Con su detector situado a una distancia de alrededor de 30 m del radiador, observó que saltaba una chispa entre las esferas del detector, con lo que demostró que las ondas electromagnéticas ¡efectivamente existen! Más tarde, el mismo Hertz pudo demostrar que estas ondas se reflejan, se refractan y se comportan como las ondas de luz, hecho considerado por la teoría de Maxwell. Así lo reportó Hertz en 1888: "Es fascinante que los procesos que investigué representan, en una escala un millón de veces más amplia, los mismos fenómenos que se producen en la vecindad de un espejo de Fresnel, o entre las delgadas láminas para exhibir los anillos de Newton." Con esto, Hertz se refería a que la longitud de onda de las ondas que su aparato produjo eran un millón de veces la longitud de onda de la luz visible.

De los valores que utilizó para los elementos del circuito, Hertz estimó que la frecuencia f de la onda era de alrededor de 3 x 107 Hz. Además Hertz determinó que la longitud de la onda l era de 10 m. Con estos valores determinó que la velocidad v de la onda es :

v = f l = (3 X 107 Hz) X (10 m) = 3 X 108 m/s = 300 000 km/s

igual que el valor predicho por Maxwell, o sea, la velocidad de la luz.

De esta manera se realizó en forma brillante la primera demostración experimental de la existencia de ondas electromagnéticas, generadas para una frecuencia (y por tanto, longitud de onda) particular. Recordemos que como hay una relación entre la frecuencia y la longitud de onda dada por la ecuación antes mencionada, si se conoce una se puede obtener la otra.

No había motivo por el cual no se pudiesen generar ondas con diferentes frecuencias, desde las más bajas hasta las más altas. Al conjunto de posibles valores de la frecuencia (o de la longitud de onda) se le llama el espectro electromagnético. Posteriormente, con diferentes tipos de técnicas electrónicas ha sido posible generar, detectar y analizar casi todo el dominio de valores de las ondas electromagnéticas. En la siguiente figura se muestra, esquemáticamente, un diagrama del espectro electromagnético, con los nombres que reciben los diferentes dominios. Se presentan tanto los valores de la frecuencia como de su longitud de onda.

Dentro del espectro electromagnético hay una región, entre las longitudes de onda de 4 x 10-5 cm hasta 7 x 10-5 cm, que constituye la luz visible. La retina humana es sensible a ondas electromagnéticas dentro de este dominio. Al llegar ondas de estas longitudes de onda a nuestros ojos nos dan la sensación de luz. El ojo humano no ve las ondas electromagnéticas que están fuera de este dominio.

A cada longitud de onda le corresponde un color particular. Si por ejemplo, su valor es de 5.7 x 10-5 cm, entonces nuestros ojos perciben esta onda de color amarillo. Hay muchas tonalidades de amarillo, cada una con su longitud de onda particular. De hecho, los amarillos quedan comprendidos entre longitudes de onda de 5.56 x 10-5 cm. Algo análogo ocurre con los demás colores.

Nótese que las longitudes de onda de la radiación de la región visible son extremadamente pequeñas. Así, la de uno de los amarillos arriba mencionados es de 5.7 x 10-5 cm = 0.000057 cm. En el caso del experimento de Hertz, la longitud de onda fue de 10 m, que está fuera de la región visible, por lo que él no pudo verla con sus ojos. La pudo detectar con el receptor que ya describimos.

El experimento de Hertz fue muy bien recibido y dio lugar a que se aceptara rápidamente el trabajo de Maxwell. La teoría se aplicó a una gran variedad de fenómenos, todos con gran éxito. De esta forma, a principios del siglo XX la teoría electromagnética de Maxwell ocupó una posición equivalente a la de la mecánica de Newton, como una parte de las leyes fundamentales de la física.

Además, con base en la teoría de Maxwell se iniciaron posteriormente aplicaciones prácticas espectaculares, como las comunicaciones inalámbricas, campo que se desarrolló a partir de fines del siglo pasado y que ha logrado extraordinarios avances y aplicaciones en nuestro siglo, convirtiéndose en una de las características de la civilización contemporánea.

Fuente:http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/sec_17.htm

Bus de Campo.

¿Qué es un bus de campo?

FIELDBUS o bus de campo, se refiere a tecnologías de comunicación y protocolos usados en automatización y control de procesos industriales. La tarea del bus de campo es comunicar los sensores y actuadores con sistemas inteligentes como los PLC y las computadoras, de manera que la información que ellos puedan brindar pueda recorrer el sistema de información de toda la planta.

Principales protocolos de un bus de campo.

HART 

El protocolo HART (High way-AddressableRemote-Transducer) agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0 respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA.

Como la señal promedio de un onda sinusoidal es cero, no se añade ninguna componente DC a la señal analógica de 4-20 mA., lo que permite continuar utilizando la variación analógica para el control del proceso.

PROFIBUS 

(Process Field Bus) Norma internacional de bus de campo de alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170. Existen tres perfiles: 

• Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCs) o terminales.

• Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso, cumple normas especiales de seguridad para la industria química (IEC 1 1 15 8-2, seguridad intrínseca). 

• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización.

FIELDBUS 

Foundation Fieldbus (FF) es un protocolo de comunicación digital para redes industriales, específicamente utilizado en aplicaciones de control distribuido. Puede comunicar grandes volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de procesos y automatización. Está orientado principalmente a la interconexión de dispositivos en industrias de proceso continuo. Los dispositivos de campo son alimentados a través del bus Fieldbus cuando la potencia requerida para el funcionamiento lo permite. 

Otros protocolos ampliamente usados aunque de menor alcance son: 

• Modbus 

• DeviceNet

MODBUS 

Modbus es un protocolo de transmisión para sistemas de control y supervisión de procesos (SCADA) con control centralizado, puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisión y control de un proceso. La Interfaces de Capa Física puede estar configurada en:: RS-232, RS-422, RS-485. Ver características en tabla Nº 1 En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión:

• Modo RTU 

• Modo ASCII

DEVICENET 

Red de bajo nivel adecuada para conectar dispositivos simples como sensores fotoeléctricos, sensores magnéticos, pulsadores, etc y dispositivos de alto nivel (PLC, controladores, computadores, HMI, entre otros). Provee información adicional sobre el estado de la red, cuyos datos serán desplegados en la interfaz del usuario.

Ventajas tiene profibus-Modbus sobre ethernet.

El protocolo Modbus es un sistema maestro-esclavo, parecido al PROFIBUS DP. Ambos drivers disponibles, maestro o esclavo, utilizan el protocolo GOULD-MODBUS en formato RTU. De esta forma, es posible realizar conexiones con los controles Modicon o Honeywell. La comunicación en este caso se controla por medio de códigos de función, al contrario de lo que ocurre en la comunicación DP. Además, al contrario que en PROFIBUS DP, no se accede a los datos de la periferia de forma cíclica sino que se accede directamente a los datos del control.

Ventajas del protocolo Modbus:

• Conexión sencilla a sistemas Modicon o Honeywell
• Adecuado para cantidades de datos pequeñas o medianas (<= 255 Bytes)
• Transferencia de datos con acuse

Ventajas de protocolo Profibus:

• Transmite pequeñas cantidades de datos.
• Cubre necesidades en tiempo real.
• Número reducido de estaciones.
• Fácil configuración.
• Bajos costes de conexión y cableado.
• Permite integrar dispositivos menos inteligentes.
• Protocolos simples y limitados.

Ventajas y Desventajas en los Tipos de Cableado.

Par Trenzado.-

Entre sus principales ventajas tenemos:

• Es una tecnología bien estudiada
• No requiere una habilidad especial para instalación
• La instalación es rápida y fácil
• La emisión de señales al exterior es mínima.
• Ofrece alguna inmunidad frente a interferencias, modulación cruzada y corrosión.

Desventajas: mayor tasa de error respecto a otros tipos de cable, así como sus limitaciones para trabajar a distancias elevadas sin regeneración.

Cable Coaxial.-

Entre sus principales ventajas tenemos:

• Se compone de un hilo conductor de cobre envuelto por una malla trenzada plana que hace las funciones de tierra. entre el hilo conductor y la malla hay una capa gruesa de material aislante, y todo el conjunto está protegido por una cobertura externa.
• El cable está disponible en dos espesores: grueso y fino.
• El cable grueso soporta largas distancias, pero es más caro. El cable fino puede ser más práctico para conectar puntos cercanos.
• El cable coaxial ofrece las siguientes ventajas:
• Soporta comunicaciones en banda ancha y en banda base.
• Es útil para varias señales, incluyendo voz, vídeo y datos.
• Es una tecnología bien estudiada.

Desventajas:

Originalmente fue el cable más utilizado en las redes locales debido a su alta capacidad y resistencia a las interferencias, pero en la actualidad su uso está en declive.

Su mayor defecto es su grosor, el cual limita su utilización en pequeños conductos eléctricos y en ángulos muy agudos.

Conexión fibra óptica .-

Entre sus principales ventajas tenemos:

Esta conexión es costosa, permite transmitir la información a gran velocidad e impide la intervención de las líneas. Como la señal es transmitida a través de luz, existen muy pocas posibilidades de interferencias eléctrica o emisión de señal. El cable consta de dos núcleos ópticos, uno interno y otro externo, que refractan la luz de forma distinta. La fibra está encapsulada en un cable protector .

Ofrece las siguientes ventajas:

• Alta velocidad de transmisión
• No emite señales eléctricas o magnéticas, lo cual redunda en la seguridad
• Inmunidad frente a interferencias y modulación cruzada.
• Mayor economía que el cable coaxial en algunas instalaciones.
• Soporta mayores distancias

Desventajas: su mayor desventaja es su costo de producción superior al resto de los tipos de cable, debido a necesitarse el empleo de vidrio de alta calidad y la fragilidad de su manejo en producción. La terminación de los cables de fibra óptica requiere un tratamiento especial que ocasiona un aumento de los costos de instalación.

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN: 1 PARCIAL.

Código HDB3

Código HDB3

La denominación HDB3 proviene del nombre en ingles High Density Bipolar-3 Zeros

que puede traducirse como código de alta densidad bipolar de 3 ceros.

En el mismo un 1 se representa con polaridad alternada mientras que un 0 toma el valor 0. Este

tipo de señal no tiene componente continua ni de bajas frecuencias pero presenta el

inconveniente que cuando aparece una larga cadena de ceros se puede perder el sincronismo

al no poder distinguir un bit de los adyacentes. Para evitar esta situación este código establece

que en las cadenas de 4 bits se reemplace el cuarto 0 por un bit denominado bit de violación el

cual tiene el valor de un 1 lógico.

En las siguientes violaciones, cadenas de cuatro ceros, se reemplaza por una nueva secuencia

en la cual hay dos posibilidades 000V B00V Donde V es el bit de violación y B es un bit

denominado bit de relleno. La letra B indica un pulso con distinto signo que el pulso anterior. La

letra V indica un pulso con el mismo signo que el pulso que le precede. Para decidir cual de las

dos secuencias se debe utilizar se deben contar la cantidad de unos existentes entre la última

violación y la actual. Si la cantidad es par se emplea la secuencia B00V y si es impar la secuencia

000V. El primer pulso de violación lleva la misma polaridad del último 1 transmitido de forma de

poder detectar que se trata de un bit de violación. En la combinación B00V el bit de violación y

el de relleno poseen la misma polaridad.

B8ZS

UN ESQUEMA DE CODIFICACIÓN USADO EN NORTEAMÉRICA SE DENOMINA B8ZS (“BIPOLAR

WITH 8-ZEROS SUBSTITUTION”):

 SE BASA EN UN AMI BIPOLAR.

 PARA EVITAR LA PÉRDIDA DE SINCRONIZACIÓN ANTE UNA LARGA SECUENCIA DE CEROS

SE CODIFICA SEGÚN ESTAS

REGLAS:

 SI APARECE UN OCTETO CON TODO CEROS Y EL ÚLTIMO VALOR DE TENSIÓN ANTERIOR

A DICHO OCTETO FUE POSITIVO: CODIFICAR DICHO OCTETO COMO 000+-0-+.

 SI APARECE UN OCTETO CON TODO CEROS Y EL ÚLTIMO VALOR DE TENSIÓN ANTERIOR

A DICHO OCTETO FUE NEGATIVO: CODIFICAR DICHO OCTETO COMO 000-+0+-.

CON ESTE PROCEDIMIENTO SE FUERZAN DOS VIOLACIONES DE CÓDIGO DEL CÓDIGO AMI:

 ES MUY IMPROBABLE QUE ESTO SEA CAUSADO POR EL RUIDO U OTROS DEFECTOS EN

LA TRANSMISIÓN.

 EL RECEPTOR IDENTIFICARÁ ESE PATRÓN Y LO INTERPRETARÁ CONVENIENTEMENTE

COMO UN OCTETO TODO CEROS.

 ES ADECUADO PARA ALTAS VELOCIDADES DE TRANSMISIÓN.

CODIFICACION DE LINEA MANCHESTER Y DIFERENCIAL MANCHESTER

En la codificación Manchester, cada período de un bit se divide en dos intervalos iguales.

Un bit binario de valor 1 se transmite con valor de tensión alto en el primer intervalo y

un valor bajo en el segundo. Un bit 0 se envía al contrario, es decir, una tensión baja

seguida de un nivel de tensión alto.

Este esquema asegura que todos los bits presentan una transición en la parte media,

proporcionando así un excelente sincronismo entre el receptor y el transmisor. Una

desventaja de este tipo de transmisión es que se necesita el doble del ancho de banda

para la misma información que el método convencional.

La codificación diferencial Manchester es una variación puesto que en ella, un bit de

valor 1 se indica por la ausencia de transición al inicio del intervalo, mientras que un bit

0 se indica por la presencia de una transición en el inicio, existiendo siempre una

transición en el centro del intervalo. El esquema diferencial requiere un equipo más

sofisticado, pero ofrece una mayor inmunidad al ruido. El Manchester Diferencial tiene

como ventajas adicionales las derivadas de la utilización de una aproximación

diferencial.

Todas las técnicas bifase fuerzan al menos una transición por cada bit pudiendo tener

hasta dos en ese mismos periodo. Por tanto, la máxima velocidad de modulación es el

doble que en los NRZ, esto significa que el ancho de bandoa necesario es mayor. No

obstante, los esquemas bifase tienes varias ventajas:

» Sincronización : debido a la transición que siempre ocurre durante el intervalo de

duración correspondiente a un bit, el receptor puede sincronizarse usando dicha

transición. Debido a esta característica, los códigos bifase se denominan auto-

sincronizados.

» No tienen componente en continua.

» Detección de errores: se pueden detectar errores si se detecta una ausencia de la

transición esperada en la mitad del intervalo. Para que el ruido produjera un error no

detectado tendría que intervenir la señal antes y después de la transición.

Los códigos bifase se usan con frecuencia en los esquemas de transmisión de datos.

Unos de los más conocidos es el código Manchestes que se ha elegido como parte de

la especificación de la normalización IEEE 802.3 para la transmisión en redes LAN con

un bus CSMA/CD usando cable coaxial en banda base o par trenzado. El Manchester

Diferencial se ha elegido en la normalización IEEE 802.5 para redes LAN en anillo con

paso de testigo, en las que se usan pares trenzados apantallados.