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INSTRUMENTACIÓN DE COMUNICACIONES. Communication Instruments. Titulación: Curso: 3º - PDF
INSTRUMENTACIÓN DE COMUNICACIONES. Communication Instruments. Titulación: Curso: 3º
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Mariano Rivas Salazar
1 INSTRUMENTACIÓN DE COMUNICACIONES Communication Instruments Titulación: Curso: 3º Grado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación
2 Guía Docente 1. Datos de la asignatura Nombre Módulo INSTRUMENTACIÓN DE COMUNICACIONES Módulo obligatorio de Sistemas de Telecomunicación. Código Titulación Plan de estudios 2010 Centro Tipo Grado en Ingeniería en Sistemas de Telecomunicación(5041) Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación OBLIGATORIA Periodo lectivo C1 Curso 3º Idioma Castellano / inglés ECTS 7.5 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 225 Horario clases teoría Miércoles de 9:00 a 11:00 Jueves de 11:00 a 12:00 Martes de 11:00 a 15:00 Horario clases prácticas Jueves de 13:00 a 15:00 Aula 1.5 Lugar Laboratorio TSC3
3 2. Datos del profesorado 2.1 Profesor responsable Nombre Juan Luis Pedreño Molina Departamento Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Área de conocimiento Teoría de la Señal y las Comunicaciones Ubicación del despacho 1º Planta Cuartel de Antigones Teléfono Fax Correo electrónico URL / WEB Horario de tutorías Martes de 9:00h a 11h Miércoles de 11h a 14h Ubicación durante las tutorías Perfil Docente e investigador Experiencia docente Despacho en el departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Docencia en sistemas lineales, tratamiento de señales y filtrado adaptativo Investigación en redes neuronales artificiales y modelado de procesos no lineales Sistemas Lineales, Tratamiento de la Información, Tratamiento Digital de la Señal, Laboratorio de Comunicaciones y Teoría de la Comunicación Calentamiento y secado por microondas y robótica inteligente Líneas de Investigación Experiencia profesional Profesor Universitario desde 1999 Otros temas de interés 2.2 Otros profesores de la asignatura Nombre Juan Monzó Cabrera Departamento Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Área de conocimiento Teoría de la Señal y las Comunicaciones Ubicación del despacho 1º Planta Cuartel de Antigones Teléfono Fax Correo electrónico URL / WEB Horario de tutorías Martes de 9:00 a 11:00, Jueves de 9:00 a 11:00 Miércoles de 11:00 a 13:00
4 Ubicación tutorías Perfil Docente e investigador Despacho en el departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Docencia en instrumentación, electrónica de comunicaciones y microondas Investigación en calentamiento y secado por microondas, dispositivos de microondas, medida de propiedades dieléctricas y compatibilidad electromagnética Transmisión por soporte físico, subsistemas de radiofrecuencia, aplicaciones industriales del tratamiento de Experiencia docente las señal y las comunicaciones, aplicaciones de las microondas, instrumentación de telecomunicación, radar y dirección de tiro, transmisión y propagación Investigación en calentamiento y secado por microondas, Líneas de Investigación dispositivos de microondas, medida de propiedades dieléctricas y compatibilidad electromagnética Experiencia profesional Profesor Universitario desde el año 2000 Otros temas de interés Miembro IEEE, Miembro de la asociación europea AMPERE, Secretario General de AMPERE, Catedrático de Universidad 3. Descripción de la asignatura 3.1. Presentación La asignatura pretende dar, por una parte, una visión detallada de las principales especificaciones técnicas y modos de funcionamiento de aquellos instrumentos usados para medir en la ingeniería de telecomunicación: fuentes de alimentación, analizadores de espectros, osciloscopios digitales, analizadores de redes, etcétera. Los aspectos teóricos se completarán con revisiones de manuales de usuarios de los principales instrumentos y con la programación remota de alguno de estos instrumentos mediante el uso del protocolo GPIB y el lenguaje SCPI. Por otro lado, pretende profundizar en diferentes circuitos para la realización de modulaciones sencillas tales como AM y FM así como circuitos de tipo PLL. Finalmente, y ya más en el ámbito del procesado de señales y diseño de filtros, esta asignatura aborda los modelos y teorías más conocidas que, por su sencillez eficacia, permiten resolver problemas reales en diversas áreas de la Ingeniería Aplicada, tales como comunicaciones, robótica, reconocimiento de señales, predicción, identificación o modelado.
5 3.2. Ubicación en el plan de estudios La asignatura se imparte en el tercer curso del plan de estudios y, más concretamente, en el primer cuatrimestre. Tiene carácter obligatorio. La asignatura presenta conceptos fundamentales de medida como precisión, error, especificaciones técnicas, y estudia los principales instrumentos de medida usados por los graduados en ingeniería de telecomunicación y los protocolos necesarios para su control remoto. También profundiza en los principales circuitos de electrónica de comunicaciones capaces de modular o engancharse en fase, así como en el diseño eficaz, en el dominio discreto, de sistemas reales y sus diferentes aplicaciones, tanto con metodologías tradicionales como basadas en técnicas de aprendizaje Descripción de la asignatura. Adecuación al perfil profesional La asignatura pretende que el futuro graduado en ingeniería de telecomunicación sea capaz de manejar con soltura y programar los principales instrumentos de medida de esta ingeniería y comprenda cómo se realizan, analizan y simulan diferentes circuitos moduladores en amplitud y frecuencia y circuitos de enganche de fase o PLLs. Al mismo tiempo, se abordarán otras estrategias fundamentales para la titulación como es el tratamiento de señales discretas y el análisis y síntesis de filtros y otros sistemas en general (identificadores, predictores, canceladores de ruido y eco acústico, compensadores de distorsión, etc.) en el dominio transformado, tanto con técnicas clásicas como las que están basadas en aprendizaje. Esta asignatura resulta por tanto muy importante para que, en un futuro profesional, los graduados sean capaces de usar este tipo de instrumentos y circuitos para caracterizar dispositivos y sistemas de telecomunicación o para solucionar problemas de interferencia, ruido, etcétera, en dichos dispositivos o sistemas. Además, la adquisición de conocimiento y destrezas de diseño de sistemas basados en técnicas de aprendizaje se incorpora como una de las tendencias actuales de resolución de problemas que incorporan elementos cambiantes o entornos dinámicos, válidos para el ámbito de las ingenierías relacionadas con diferentes sectores, entre ellos el de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Relación con otras asignaturas. Prerrequisitos y recomendaciones Los alumnos deben poseer suficientes conocimientos de análisis de circuitos, teoría de la señal y cursar microondas en este mismo tercer curso para que sean capaces de entender los conceptos desarrollados en el temario de la asignatura. Se recomienda haber cursado: Sistemas y Circuitos, Componentes y Dispositivos, Teoría de la Comunicación, Sistemas Lineales, Sistemas y Servicios, y cursar durante el mismo cuatrimestre la asignatura de Microondas. Esta asignatura se plantea como base apropiada para cursar asignaturas del curso posterior, tales como Tratamiento Digital de la Señal o Aplicaciones de las Microondas.
6 3.5. Medidas especiales previstas 1. Alumnos con discapacidad El estudiante deberá contactar con el profesor responsable de la asignatura. 2. Alumnos extranjeros El estudiante deberá contactar con el profesor responsable de la asignatura. 3. Otros casos El estudiante deberá contactar con el profesor responsable de la asignatura. 4. Competencias 4.1. Competencias específicas de la asignatura Competencias específicas de formación básica B1 Capacidad para la resolución de los problemas matemáticos que puedan plantearse en la ingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre: álgebra lineal; geometría; geometría diferencial; cálculo diferencial e integral; ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales; métodos numéricos; algorítmica numérica; estadística y optimización. B4 Comprensión y dominio de los conceptos básicos de sistemas lineales y las funciones y transformadas relacionadas, teoría de circuitos eléctricos, circuitos electrónicos, principio físico de los semiconductores y familias lógicas, dispositivos electrónicos y fotónicos, tecnología de materiales y su aplicación para la resolución de problemas propios de la ingeniería. Competencias específicas de formación común a la rama de telecomunicación C1 Capacidad para aprender de manera autónoma nuevos conocimientos y técnicas adecuados para la concepción, el desarrollo o la explotación de sistemas y servicios de telecomunicación. C3 Capacidad para utilizar herramientas informáticas de búsqueda de recursos bibliográficos o de información relacionada con las telecomunicaciones y la electrónica. C5 Capacidad para evaluar las ventajas e inconvenientes de diferentes alternativas tecnológicas de despliegue o implementación de sistemas de comunicaciones, desde el punto de vista del espacio de la señal, las perturbaciones y el ruido y los sistemas de modulación analógica y digital. C8 Capacidad para comprender los mecanismos de propagación y transmisión de ondas electromagnéticas y acústicas, y sus correspondientes dispositivos emisores y receptores.
7 Competencias de tecnología específica. Sistemas de Telecomunicación ST3 Capacidad de análisis de componentes y sus especificaciones para sistemas de comunicaciones guiadas y no guiadas. ST4 Capacidad para la selección de circuitos, subsistemas y sistemas de radiofrecuencia, microondas, radiodifusión, radioenlaces y radiodeterminación. ST6 Capacidad para analizar, codificar, procesar y transmitir información multimedia empleando técnicas de procesado analógico y digital de señal Competencias transversales COMPETENCIAS INSTRUMENTALES Ta1. Capacidad de análisis y síntesis Ta2. Capacidad de planificación, toma de decisiones Ta3. Comunicación oral y escrita en la lengua nativa Ta4. Conocimiento de una lengua extranjera Ta5. Resolución de problemas COMPETENCIAS INTERPERSONALES Tb1. Trabajo en equipo Tb2. Trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar Tb3. Habilidades en las relaciones interpersonales Tb4. Compromiso ético Tb5. Aprendizaje autónomo Tb6. Adaptación a nuevas situaciones Tb7. Sensibilización hacia temas medioambientales COMPETENCIAS SISTÉMICAS Tc1. Creatividad e innovación Tc2. Liderazgo, iniciativa, espíritu emprendedor Tc3. Motivación por la calidad 4.3. Objetivos generales Desarrollar la habilidad de consulta de la documentación técnica de los principales instrumentos de medida dentro de la ingeniería de telecomunicación. Desarrollar la habilidad de programación remota de los principales instrumentos de medida dentro de la ingeniería de telecomunicación. Desarrollar la habilidad de análisis y simulación de los principales circuitos para modulación AM y FM así como circuitos de enganche en fase. Adquirir nuevas herramientas de análisis y diseño de sistemas mediante el aprendizaje y uso de la TZ, con aplicaciones directas al filtrado y comunicaciones de señales discretas.
8 Presentar las técnicas de diseño de filtros digitales y el filtrado paso bajo en tiempo real, adquiriendo la capacidad de diseñar filtros IIR a partir de filtros analógicos, así como filtros FIR mediante técnicas de enventanado Conocer las técnicas adaptativas de diseño de sistemas LTI discretos, basados en algoritmos de aprendizaje, a partir de filtros adaptativos lineales como Wiener, MSD y LMS Resultados esperados del aprendizaje 1. El alumno deberá ser capaz de analizar y comprender las especificaciones técnicas y conceptos de medida aplicables a los principales instrumentos usados en la ingeniería de telecomunicación 2. El alumno deberá ser capaz de conocer las principales características técnicas de los protocolos de control remoto de instrumentación. 3. El alumno deberá ser capaz de manejar con fluidez los protocolos GPIB y SCPI para el control remoto de la instrumentación de telecomunicación 4. El alumno deberá ser capaz de reconocer, simular y analizar circuitos electrónicos de telecomunicación para modular en AM, FM o para engancharse en fase 5. El alumno deberá ser capaz de consultar, entender y sintetizar manuales técnicos y trabajos científico-técnicos en inglés. 6. El alumno deberá ser capaz de trabajar en grupo y en grupos multidisciplinares 7. El alumnos deberá ser capaz de utilizar con habilidad la TZ, así como caracterizar sistemas LTI mediante su función de transferencia compleja H(z), conocer y aplicar los sistemas de fase mínima, fase lineal y paso todo al diseño de filtros y de compensadores de distorsión en amplitud y fase. 8. El alumno deberá ser capaz de diseñar filtros FIR o IIR a partir de su modelo analógico, e implementarlo en un ordenador. 9. El alumno deberá ser capaz de conocer y diferenciar los diferentes modelos adaptativos, saber aplicar los criterios de actualización de los pesos de los sistemas ante entornos cambiantes y saber trabajar las herramientas de filtrado adaptativo a la resolución de problemas de identificación, predicción, cancelación adaptativa de ecos y cancelación de ruido. 5. Contenidos 5.1. Contenidos según el plan de estudios Definiciones y conceptos para la instrumentación de medida. Buses y control remoto de la instrumentación. Filtrado adaptativo. Procesado y filtrado discreto se señales continuas en tiempo real. Diseño de filtros digitales. Modulación y demodulación práctica de amplitud y frecuencia. Circuitos moduladores empleando dispositivos activos. Lazo Enganchado en Fase (PLL).
9 5.2. Programa de teoría: bloques y temas Bloque I.- Definiciones y conceptos para la instrumentación de medida 1.1. Exactitud y precisión de una medida 1.2. Linealidad, Histéresis y repetitividad 1.3. Resolución, Cifras significativas, Errores, Incertidumbre 1.4. Calibración 1.5. Rango 1.6. Deriva 1.7. Ancho de banda Sensibilidad, compresión y margen dinámico Representación y medida temporal y frecuencial. Bloque II.- Control remoto mediante GPIB y SCPI 2.1. El control remoto de la instrumentación: necesidad de la automatización 2.2. El bus GPIB: normas IEEE y Norma SCPI 2.4. Otros buses de comunicación 2.5. Nociones prácticas de la automatización de medidas Bloque III.- Circuitos moduladores y Lazo Enganchado en Fase (PLL) Circuitos para modulación y demodulación en AM y FM Circuitos para modulación y demodulación AM Circuitos para modulación y demodulación FM 3.2. Circuitos moduladores con dispositivos activos Modulación AM con amplificadores de ganancia variable Modulación con mezcladores activos mediante BJT y FET Nociones sobre lazos enganchados en fase (PLLs) El PLL ideal Especificaciones principales Bloque IV.- Instrumentación específica de ingeniería de telecomunicación 4.1. El osciloscopio digital 4.2. Contadores de frecuencia 4.3. Medidor de potencia 4.4. El analizador de espectros 4.5.La sonda de campo eléctrico y magnético 4.6. Instrumentación de comunicaciones ópticas 4.7. El generador de señales 4.8. El analizador de redes 4.9. Diferentes tipos de medidas en ingeniería de telecomunicación Bloque V. Procesado y Filtrado Discreto de señales 5.1. La Transformada Z y la Región de Convergencia 5.2. Sistemas de Fase mínima y Sistemas de Fase Lineal Aplicaciones al diseño de sistemas discretos y compensadores de distorsión Bloque VI. Diseño de filtros digitales 6.1. Parámetros y técnicas de diseño de filtros digitales 6.2. Diseño de filtros IIR en tiempo discreto a partir de filtros analógicos 6.3. Diseño de filtros FIR mediante enventanado. Bloque VII. Filtrado adaptativo 7.1. Introducción al filtrado adaptativo 7.2. Filtrado lineal óptimo. Filtro de Wiener 7.3. Filtros adaptativos basados en algoritmos MSD y LMS. Evaluación del error
10 5.3. Programa de prácticas Sesión 1.- Simulación de moduladores / demoduladores AM y FM Entregable 1.1. Memoria explicativa Sesión 2.- Programación remota de instrumentos mediante GPIB y SCPI Entregable 2.1. Memoria explicativa del trabajo realizado Entregable 2.2. Programa realizado Sesión 3.- Diseño de filtros digitales en ordenador Entregable 3.1. Memoria explicativa del trabajo realizado Entregable 3.2. Programa realizado 5.4. Programa resumido en inglés This subject covers five main topics: 1. Fundamental concepts of measurement techniques: errors, calibration, bandwidth, dynamic range, etcetera 2. Remote control of electronic instruments: IEEE 488 and SCPI standards 3. Circuits for AM and FM modulation and demodulation and PLLs 4. Electronic instruments for telecommunication engineering: digital oscilloscopes, signal generators, spectrum analyzers, network analyzers, etcetera 5. Filtering and processing of discrete signals in real time, digital filter design and adaptive filtering.
11 6. Metodología docente 6.1. Actividades formativas Actividad Trabajo del profesor Trabajo del estudiante ECTS Presencial (P1): 0.4 Clase de teoría Impartición clases magistrales Estudio (NP1): 0.5 Preparación de trabajos (NP2): 0 Resolución de ejercicios y casos prácticos Preparación ejercicios, tutoría y guía para la resolución en las clases, resolución de dudas Presencial (P2): 0.6 Estudio (NP1): 0.5 Preparación de trabajos (NP2): 0 Prácticas de laboratorio Realización de guías de prácticas, tutoría en las sesiones prácticas para resolución de dudas, corrección y evaluación de los entregables Presencial (P3) 0.8 Estudio (NP1): 0 Preparación de trabajos (NP2): 0.2 Asistencia de conferencias, seminarios, visitas guiadas Presentación de trabajos ante el profesor Realización de pruebas de evaluación Preparación seminarios y/ o visitas guiadas Preparación previa de los trabajos a realizar y las guías para su evaluación, explicación de herramientas de trabajo (bases de datos, programas ofimáticos) y evaluación de los trabajos presentados Preparación de las pruebas, evaluación y calificación de las mismas. Presencial (P4) 0.3 Estudio (NP1): 0 Preparación de trabajos (NP2): 0 Presencial (P5) 0.3 Estudio (NP1): Preparación de trabajos (NP2): 2.8 Presencial (P6) 0.1 Estudio (NP1): 1 Preparación de trabajos (NP2): 0 7.5
12 7. Técnicas de evaluación 7.1. Técnicas de evaluación Instrumentos Realización / criterios Peso Examen final con cuestiones tipo test, cuestiones cortas de desarrollo y/o problema/s Resolución de problemas prácticos de programación remota y de diseño de filtros digitales Preguntas de elección múltiple o de desarrollo sobre la teoría impartida. Resolución de problemas Criterios de evaluación: puntuación fijada para cada pregunta o problema Programación remota de instrumentos de comunicaciones. Realización de prácticas sobre filtros digitales y circuitos moduladores. Criterios: calidad de la memoria de prácticas y del programa evaluado del trabajo. Se establecerán hitos a conseguir en los programas 40% 50% Competencias genéricas (4.2) evaluadas Ta1, Ta5, Tb5, Tb6, Ta4, Tb1, Tb2, Tb5, Tb6, Tc3 Resultados (4.4) evaluados 1,3,4,7,8,9 2,4,5,6,7,8,9 Trabajo de desarrollo sobre instrumentación de telecomunicaciones Comentarios adicionales: Entregable de una memoria del trabajo realizado y presentación en clase del trabajo realizado 10% Tb1, Tb2, Tb5, Tb6, Tb7, Tc3 4,5,6,7,8,9 Será necesario asistir a todas las clases prácticas para aprobar la asignatura Será necesario obtener una puntuación superior a 5 sobre 10 en el examen final para poder aprobar la asignatura.
13 8. Distribución de la carga de trabajo del estudiante Convencionales Actividades presenciales No convencionales Actividades no presenciales Semana Bloque / Tema / Actividad P1. Clases teoría P2. Clases problemas P3. Prácticas de laboratorio Total convencionales P4. Conferencias, seminarios, etc. P5. Presentación de trabajos Total no convencionales NP1. Estudio NP2. Preparación de trabajos Total no presenciales Total horas Entregables 1 Teoría Bloque I. / Problemas Bloque I Teoría Bloque II / Problemas Bloque I Teoría Bloque II / Problemas Bloque II / Prácticas Sesión Teoría bloque III / Problemas Bloque II /Problemas Bloque III Teoría bloque IV / Problemas bloque III / Prácticas Sesión Teoría bloque IV / Caso estudio: especificaciones / Prácticas Sesión Teoría bloque IV / Caso estudio:especificaciones /Seminario / Prácticas Sesión Seminario/ 1 Prácticas Sesión Bloque IV: Caso estudio: especificaciones / Prácticas Sesión 2 / Seminario Prácticas Sesión 2 / Presentacion trabajo inst comunicaciones Prácticas Sesión 2 / Presentación trabajos Bloque Teoría Bloque V. / Problemas Bloque III / Prácticas Sesión 2 / Seminario Teoría Bloque V. / Problemas Bloque III / Teoría Bloque VI / Prácticas Sesión Teoría Bloque VI / Problemas Bloque III / Teoría Bloque VII / Prácticas Sesión Teoría Bloque VII / Presentación trabajos Bloque III / Prácticas Sesión Periodo de exámenes Otros (Realización de examen de la asignatura) TOTAL HORAS Comentarios:
14 9. Recursos y bibliografía 9.1. Bibliografía básica Monzó Cabrera, J.: Instrumentación específica de ingeniería de telecomunicación, Ed. UPCT, Manuel Sierra et al., Electrónica de comunicaciones, Pearson, Prentice Hall, Madrid, 2003 Alan V. Oppenheim, Roland W. Schafer, John R. Buck: "Tratamiento de Señales en Tiempo Discreto". Ed. Prentice Hall, 2ª ed., Adaptive Filter Theory (3ª ed.), Haykin. Prentice-Hall, Bibliografía complementaria - Instrumentación de Comunicaciones. Vicent Miquel Rodrigo Peñarrocha. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia Instrumentación electrónica. Enrique Mandado, Perfecto Mariño y Alfonso Lago. Ed. Marcombo, Digital Storage Oscilloscopes. Ian Hickman, Ed. Newnes, Smith,J.R.: "Moderm Communication Circuits", Ed. McGraw-Hill, Young, Paul H.: Electronic Communication Techniques. Prentice Hall, Stephen D. Senturia, Bruce D. Wedlock, "Electronic Circuits and Applications", Ed. John Wiley and Sons, John G. Proakis. Dimitris Manolakis: "Tratamiento Digital de Señales". Ed. Prentice Hall, 3ª ed., Recursos en red y otros recursos Aula virtual de la asignatura

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