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Comunicaciones Digitales
- Prácticas de Aula/Semina (14 Horas)
- Tutorías Grupales (2 Horas)
- Prácticas de Laboratorio (14 Horas)
- Clases Expositivas (28 Horas)
La asignatura de Comunicaciones digitales (CD) es una asignatura obligatoria impartida durante el 5º semestre (1er semestre del 3er curso) y que forma parte de la materia de Fundamentos de comunicaciones (FC) dentro del plan de estudios correspondiente al título de Grado en Ingeniería en Tecnologías y Servicios de Telecomunicación. Dicha materia está compuesta de otras dos asignaturas: Teoría de la comunicación (obligatoria impartida durante el 4º semestre) y Procesado de señal (optativa impartida durante el 6º semestre). A través de la materia de FC se pretende que el futuro Graduado en Ingeniería en Tecnologías y Servicios de Telecomunicación desarrolle las habilidades y competencias necesarias para poder analizar y especificar los parámetros fundamentales de los sistemas de comunicaciones, tanto analógicos como digitales.
Dentro del contexto de la materia mencionada, la asignatura de CD es el instrumento para adquirir fundamentalmente las habilidades y competencias, aludidas en el párrafo anterior, específicas de los sistemas de comunicaciones digitales. A tal fin, la asignatura se desarrolla en torno al modelo estándar de sistema de comunicaciones digital, centrándose en los procesos de codificación, modulación, demodulación y detección digitales, así como en el análisis de calidad y eficiencia –espectral y en potencia– de los distintos sistemas digitales de comunicación.
No existen requisitos previos para cursar la asignatura. No obstante, el seguimiento de la asignatura podrá verse facilitado si el alumno ha adquirido previamente las competencias correspondientes a las asignaturas siguientes: Álgebra lineal (1er semestre), Cálculo (1er semestre), Estadística (2º semestre), Señales y sistemas (3er semestre), y Teoría de la comunicación (4º semestre).
Algunas de las competencias a adquirir en esta asignatura, así como los resultados de aprendizaje esperados que aparecen reflejados en la memoria de verificación no se alcanzarán en su totalidad en esta asignatura, sino que se verán completados a través de las otras dos asignaturas que forman parte de la misma materia (FC).
De entre las competencias generales y específicas indicadas en la memoria de verificación para FC, en esta asignatura se trabajarán las siguientes: CG2, CG3, CG4, CG5, CG6 y CG9 (competencias generales); CR1, CR4, CR5, CR6 y CR15 (competencias específicas). Estas competencias se concretan a través de los siguientes resultados de aprendizaje:
RA-8.1. Manejar correctamente y con soltura las unidades logarítmicas de potencia, ganancia y atenuación empleadas en sistemas de comunicaciones (CR.4, CG.3, CG.5, CG.6).
RA-8.2. Aplicar los fundamentos del análisis en el dominio del tiempo y de la frecuencia para la resolución de problemas de sistemas de comunicaciones (CR.4, CR.5, CG.3, CG.4).
RA-8.3. Caracterizar la información, como señal y como proceso estocástico, a transmitir por un sistema de comunicaciones, así como las perturbaciones que limitan las prestaciones de dicho sistema (CR.4, CR.5, CG.3, CG.4).
RA-8.4. Describir y distinguir los bloques funcionales de los sistemas analógicos y digitales de comunicaciones (CR.1, CR.4, CR.5, CG.3, CG.5, CG.6).
RA-8.5. Obtener los parámetros fundamentales de los sistemas analógicos y digitales de comunicaciones (CR.4, CG.3, CG.5, CG.6).
RA-8.6. Conocer las limitaciones y prestaciones de los distintos sistemas de modulación analógica y digital (CR.5, CG.3, CG.5, CG.6).
RA-8.7. Evaluar convenientemente la relación de compromiso existente entre consumo de ancho de banda y de potencia para la obtención de cierta calidad en una configuración dada de un sistema de comunicaciones analógico o digital (CR.1, CR.5, CR.15, CG.4, CG.5, CG.6).
RA-8.8. Asimilar los fundamentos de la teoría de la decisión y del espacio de señal de forma que sepa aplicarlos en la resolución de problemas de detección de señales en sistemas de comunicaciones digitales (CR.1, CR.5, CG.3).
RA-8.9. Comprender las principales técnicas de modulación analógica y digital para poder identificar la técnica más apropiada en una configuración de transmisión dada (CR.1, CR.5, CG.3, CG.5, CG.6).
RA-8.10. Discutir y evaluar en grupo la técnica de modulación analógica y/o digital más apropiada bajo unas condiciones y restricciones de funcionamiento dadas (CR.1, CR.5, CG.4, CG.9).
RA-8.11. Aplicar el conocimiento de las distintas alternativas tecnológicas de despliegue de sistemas de comunicaciones para diseñar sistemas a nivel funcional que cumplan con ciertos requisitos y prestaciones impuestos “a priori” (CR.1, CR.5, CR.6, CR.15, CG.2, CG.3, CG.4, CG.6).
El contenido de esta asignatura se organiza en los siguientes temas:
- Herramientas y parámetros de utilidad en los sistemas de comunicaciones digitales. Modelo de sistema de comunicaciones digitales. Representación de señal y ruido en espacio de señal. Algoritmo de Gram-Schmidt. Criterios de decisión. Probabilidad de error de símbolo y de bit. Función
y
, propiedades. Cotas de la probabilidad de error. Parámetros relacionados con la probabilidad de error:
,
,
,
,
. Cálculo aproximado de
para constelación genérica. Ganancia en potencia de una modulación frente a otra. Eficiencia espectral y en potencia. Fórmula de Hartley-Shannon y límite de la capacidad del canal de Shannon.
- Sistemas basados en modulaciones de amplitud y/o fase bajo canal gaussiano. Diagrama de bloques genérico. Condiciones de no interferencia entre símbolos (ISI). Criterio de Nyquist y consecuencias. Ancho de banda mínimo. Pulsos en raíz de coseno alzado. Consecuencias del truncamiento. Diagrama de ojos. Análisis de modulaciones de amplitud y/o fase (PAM, QAM, PSK, QPSK, OQPSK y DPSK): representación temporal, espectral y en espacio de señal, probabilidad de error en canal gaussiano, eficiencia espectral y en potencia. Ejemplo: DVB-S.
- Detección de señales moduladas en amplitud y/o fase en canal lineal. Canal discreto equivalente. Detector ML de secuencias. Algoritmo de Viterbi.
- Sistemas basados en modulaciones multiportadora. Introducción y motivación. Condiciones de no ISI en canal gaussiano. Sistemas en tiempo continuo y discreto para canal gaussiano. Parámetros de interés y resultados para canal gaussiano. Canal discreto equivalente 1-D y L-D. Sistemas en tiempo continuo y discreto para canal lineal. Representación espectral. Ejemplo: DVB-T
- Sistemas basados en modulaciones de frecuencia. Sistemas basados en FSK y en CPFSK. Árbol de fases. Representación OQPSK de la modulación MSK. Probabilidad de error en canal gaussiano. Eficiencia espectral y en potencia.
- Sistemas basados en modulaciones de espectro ensanchado. Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS). Generación y detección. Canal discreto equivalente. Espectro ensanchado por salto en frecuencia (FH). Diseño de secuencias de chip.
Conforme a la memoria de verificación, la organización docente de esta asignatura aparece reflejada en la siguiente tabla:
TRABAJO PRESENCIAL | TRABAJO NO PRESENCIAL | |||||||||||
Temas | Horas totales | Clase Expositiva | Prácticas de aula /Seminarios/ Talleres | Prácticas de laboratorio /campo /aula de informática/ aula de idiomas | Prácticas clínicas hospitalarias | Tutorías grupales | Prácticas Externas | Sesiones de Evaluación | Total | Trabajo grupo | Trabajo autónomo | Total |
Tema 1. Herramientas y parámetros de utilidad en los sistemas de comunicaciones digitales. | 28 | 6 | 3 | 2 | 11 | 2 | 15 | 17 | ||||
Tema 2. Sistemas basados en modulaciones I-Q bajo canal gaussiano. | 27 | 6 | 3 | 2 | 11 | 2 | 14 | 16 | ||||
Tema 3. Detección de señales I-Q en canal lineal. | 26 | 4 | 2 | 2 | 1 | 9 | 2 | 15 | 17 | |||
Tema 4. Sistemas basados en modulaciones multiportadora. | 38 | 5 | 3 | 6 | 1 | 15 | 2 | 21 | 23 | |||
Tema 5. Sistemas basados en modulaciones de frecuencia. | 18 | 4 | 2 | 2 | 8 | 2 | 8 | 10 | ||||
Tema 6. Sistemas basados en modulaciones de espectro ensanchado. | 11 | 3 | 1 | 0 | 4 | 2 | 5 | 7 | ||||
Evaluación final. | 2 | 2 | 2 | |||||||||
Total | 150 | 28 | 14 | 14 | 2 | 2 | 60 | 12 | 78 | 90 |
MODALIDADES | Horas | % | Totales | |
Presencial | Clases Expositivas | 28 | 18.7 | 60 |
Práctica de aula / Seminarios / Talleres | 14 | 9.3 | ||
Prácticas de laboratorio / campo / aula de informática / aula de idiomas | 14 | 9.3 | ||
Prácticas clínicas hospitalarias | ||||
Tutorías grupales | 2 | 1.3 | ||
Prácticas Externas | ||||
Sesiones de evaluación | 2 | 1.3 | ||
No presencial | Trabajo en Grupo | 12 | 8 | 90 |
Trabajo Individual | 78 | 52 | ||
Total | 150 |
Con la finalidad de fomentar el trabajo continuado del alumno, así como de reforzar las actividades formativas de carácter práctico, a lo largo del semestre de impartición de la asignatura, se plantea llevar a cabo dos proyectos de laboratorio a través de los cuales cada alumno implementará sobre Simulink sistemas de comunicaciones digitales que cumplan ciertos requisitos técnicos. El desarrollo de cada proyecto llevará aparejado un breve análisis del posible impacto económico, social y ambiental de la puesta en práctica de este en el mundo real. Cada uno de los dos proyectos tendrá un peso de un 20% de la nota final. El 30% de la nota de los proyectos (6% sobre la nota final para cada proyecto) se generará a través del trabajo en equipo y el otro 70% (14% sobre la nota final para cada proyecto) a través de una evaluación individual del trabajo realizado. Así, el peso total de la evaluación continua en la nota final es de un 40% (ver apartado “Evaluación del aprendizaje de los estudiantes”).
El trabajo individual de los proyectos consistirá en el desarrollo gradual de los sistemas de Simulink. Los alumnos comenzarán a realizar los proyectos en casa con la ayuda de vídeos explicativos de breve duración (metodología flipped classroom) y terminarán cada etapa de los proyectos en la sesión de prácticas de laboratorio correspondiente. La evaluación del trabajo individual se basará en los siguientes componentes: cuestionarios on-line (previos a la sesión de laboratorio); capacidad para implementar y configurar adecuadamente los sistemas desarrollados durante las sesiones presenciales; y un par de pruebas en las que el alumno deberá completar un sistema parcialmente implementado y configurado, así como interpretar los resultados empíricos que el sistema le ofrezca.
El trabajo en grupo se llevará a cabo presencialmente en el laboratorio. La evaluación del rendimiento del alumno para desarrollar el trabajo en grupo girará fundamentalmente en torno al resultado de aprendizaje RA-8.10 y se determinará teniendo en cuenta los siguientes factores: la cantidad y calidad de sus intervenciones; la competencia demostrada al exponer respetuosamente sus razonamientos y conclusiones; y el grado de implicación demostrada en el aprendizaje del grupo.
La evaluación estándar de la asignatura para la convocatoria ordinaria estará constituida por los siguientes elementos:
- EXAMEN ESCRITO: tendrá un peso del 60% en la nota final. Consistirá en una prueba escrita, sin material bibliográfico, con cuestiones de aplicación y problemas sobre el temario de la asignatura.
- EVALUACIÓN CONTINUA: tendrá un peso del 40% sobre la nota final o total. Se obtendrá a través de la realización de los dos proyectos propuestos en el laboratorio de la asignatura. Cada proyecto tendrá un peso de un 20% sobre la nota final en la que la evaluación individual pesará un 14% y la evaluación grupal el 6% restante.
La evaluación estándar de la asignatura para la convocatoria extraordinaria estará constituida por los siguientes elementos:
- EXAMEN ESCRITO: peso y descripción idéntica al de la convocatoria ordinaria.
- EXAMEN PRÁCTICO: tendrá un peso del 40% sobre la nota final. Consistirá en una prueba individual teórico-práctica, sin material bibliográfico, en la que se evaluarán los conocimientos adquiridos en la asignatura haciendo hincapié en los de índole práctica. Bajo solicitud del alumno, esta prueba no será realizada, en cuyo caso se tomará su calificación obtenida en la evaluación continua (con idéntico peso del 40%) para realizar el cómputo de la nota final. La realización del examen práctico supone implícitamente la renuncia a la calificación obtenida mediante evaluación continua.
La evaluación diferenciada de la asignatura para las convocatorias ordinaria y extraordinaria estará constituida por un único elemento:
- EXAMEN ESCRITO: tendrá un peso del 100% en la nota final. Consistirá en una prueba escrita, sin material bibliográfico, con cuestiones de aplicación y problemas sobre el temario de la asignatura.
Es posible diferenciar la documentación y bibliografía a emplear en la asignatura en los tipos siguientes:
- Documentación básica:
- Notas de clase, transparencias, hojas de ejercicios y de hojas de actividades correspondientes a la asignatura.
- Bibliografía básica:
- J. G. Proakis, “Digital Communications” 4th edition, Mc. Graw-Hill. USA 2001.
- Antonio Artés Rodríguez, Fernando Pérez González, “Comunicaciones Digitales”, 1ª edición, Pearson Educación, 2007 y 2ª edición, obtenible a través de: http://www.tsc.uc3m.es/~antonio/libro_comunicaciones/El_libro.html
- B. Sklar, “Digital Communications. Fundamentals and Applications”. Prentice-Hall, USA, 2001.
- Bibliografía complementaria:
- John R. Barry, Edward A. Lee and David G. Messerschmitt, “Digital Communication”. 2nd edition. Kluwer Academic Publishers, 2003.
- Benedetto, E. Biglieri, “Principles of Digital Transmission with Wireless Applications”. New York. Kluwer, 1999.
- Haykin, S., “Communication Systems”. John Wiley. 2001.
- R.D. Gitlin, J.F. Hayes and S.B. Weinstein, “Data Communications Principles ”. Kluwer Academic/ Plenum Publishers, 1992. A. V. Oppenheim, “Signals and Systems”, Prentice Hall, 2nd Edition, 1997.
- Proakis, J. G. y Salehi, M., “Communication Systems Engineering”. 2ª edición. Englewood Cliff, NJ. Prentice-Hall, USA, 2002.
Resulta también de utilidad disponer de la herramienta de simulación Matlab® junto con el módulo Simulink®.