B1.1_SistemasTransmision[1]

5/8/2018 B1.1_SistemasTransmision[1] - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/b11sistemastransmision1 1/99

1Transmisión de Datos B1.1: Sistemas de Transmisión

B1 - Tema 1

Transmisión de la información




1. Introducción a los sistemasde telecomunicaciones




Definición de “telecomunicación” La UIT define t e l e c o m u n i c a ci ó n , en la Recomendación

UIT-T I.122 como:

“Toda transmisión y/o emisión y recepción de señales querepresentan signos, escritura, imágenes y sonidos oinformación de cualquier naturaleza por hilo, radioelectricidad,medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos”

√




Definición “sistema de telecomunicación”

Un “sistema de telecomunicación” es, por tanto, un conjusto deelementos que hacen posible la transferencia de informaciónentre dos puntos distantes determinados.

– Integrados con la informática, constituyen lo que se conocecomo tecnologías de la información y las telecomunicaciones(TIC)




Secciones de un sistema de telecomunicación

Un sistema de telecomunicación incluye:• Sistema de transmisión: Subsistema con funciones de transporte de la

señal.• Sistema de conmutación: Subsistema con funciones de

encaminamiento de la señal.• Red de telecomunicación: Nodos y enlaces que proporcionan conexión

entre 2 o más puntos.• Canal de transmisión: Equipos, facilidades y asignaciones en

espacio/tiempo/frecuencia para transportar la señal desde el acceso a la

red hasta el destino(unidireccional/bidireccional)• Terminal: Equipo para el acceso a la red del usuario




Clasificación de los sistemas de transmisión:

DireccionalidadSegún la direccionalidad de latransmisión:

• Sistemas dúplex: Transmisión enambos sentidos simultáneamente(telefonía)

• Sistemas semidúplex: Transmisión enambos sentidos, pero alternándolos en eltiempo (redes PMR).

• Sistemas símplex: Sólo permite latransmisión en un solo sentido, esunidireccional (radiodifusión).

Dúplex:

Semidúplex:

Símplex:




Clasificación de los sistemas detransmisión: Soporte bidireccionalidad

Según el soporte a la bidireccionalidad de la transmisión:

• A cuatro hilos (4h): Hay caminos físicos distintos paracada sentido de transmisión.

• A cuatro hilos equivalentes: Ambos sentidos detransmisión van por el mismo medio físico, pero sin

solapamiento en el espectro.• A dos hilos (2h): Ambos sentidos de transmisión van

por el mismo medio físico (par de hilos) y ocupando elmismo rango de frecuencias.




Técnica de transmisión

Según la técnica de la transmisión:

• Analógicos. Inconvenientes:

– Distinto tratamiento a distinta información.– Limitaciones por: distorsión en amplitud y por retardo,

ruido, diafonía, variación del nivel– Transmisión de datos problemática

– Control poco flexible– Necesidad de ajuste fino

• Digitales. Ventajas:– Independencia del origen de la información.– No acumulan degradación (regeneración)– Flexibilidad en el control y ajuste cómodo




Tx datos analógica problemática:multiplexación

Uno de los inconvenientes que tiene la transmisión analógica enla transmisión de datos aparece en la compartición del medio:

• En transmisión analógica, la única multiplexación posible para la

compartición del canal es la multiplexación en frecuencia (FDM),que asigna recursos de transmisión de forma rígida.

•En la transmisión digital, se utiliza multiplexación en el tiempoTDM (aunque a veces se emplea junto con FDM u otro tipo demultiplexaciones).




2. Elementos de un sistema detransmisión digital

Diagrama de bloques




Diagrama de bloques de un sistema




Fuente de información

La fuente de información puede ser una señalanalógica (audio, video) o una señal digital(puerto serie de un ordenador).

Si la señal originada por la fuente (mensaje), esanalógica, debe convertirse en una secuencia de

dígitos binarios.

Pero:

¿Cómo representar ese mensaje deforma eficiente, es decir, con elmenor número de bits posible?




Codificador de fuente

La representación eficiente del mensaje de lafuente, con la menor redundancia posible, se

lleva a cabo por el “codificador de fuente”.

– Convierte una señal continua en el tiempo en unasecuencia digital, expresada en símbolos binarios.




Codificador de canal

En el codificador de canal, a la secuencia deinformación se le introduce redundancia(controlada) de forma que disminuya lasimperfecciones del sistema.

•Una forma sencilla sería, por ejemplo, repetir

cada dígito binario “m” veces.•Trabaja normalmente por bloques

• Incrementar la fiabilidad => reducir laprobabilidad de una transmisión errónea.




ModuladorLos canales digitales transmiten señales eléctricas:

• El modulador transforma la secuencia binaria en una

forma de onda adecuada a la transmisión por el canal.

• Ejemplo de modulación binaria: 0=sen(t) y 1=cos(t)




Diagrama de bloques: Canal

Medio físico que se utiliza para enviar laseñal desde el transmisor al receptor(atmósfera, fibra óptica, cables...)

• En la transmisión por el canal, laseñal original siempre secorrompe de manera aleatoria, por

distintas causas.

• La transmisión digital presenta mayorrobustez frente al ruido y otrasperturbaciones que la transmisiónanalógica.




Diagrama de bloques:Receptor

• El demodulador digital procesa la señal (con errores) y “estima” elsímbolo recibido.

• El codificador de canal intenta reconstruir la secuencia original(conoce el “código” empleado y la redundancia en el mensaje).

• El decodificador de fuente intenta reconstruir la señal original (enuna comunicación telefónica, la voz)




3. Codificación de la señal:fuente




Tipos de señal

La UIT distingue 3 tipos de señales:

• Señal analógica: Uno de sus parámetrossigue de forma continua las variaciones deotra magnitud física que representa la

información. Se convierte a digital (A/D)– Se caracterizan por la potencia(media/pico) y el ancho de banda.

• Señal discreta: Sucesión temporal demuestras.

• Señal digital. Señal discreta en la que lainformación se representa mediante unnúmero de valores discretos, que varían enfunción del tiempo.– Se caracterizan por la velocidad binaria

(b/s)

Analógica:

Discreta:

Digital:




Representación eficiente del mensaje

La representación eficiente del mensaje de la fuente, con la menorredundancia posible, se lleva a cabo por el “codificador defuente”.

– Muestreo: Convierte la señal continua en el tiempo x(t) enuna señal discreta xd(t).

–Cuantificación:

Conversión de la señal de entrada, convalores reales, en una señal que toma valores de un conjuntodiscreto (=> pérdida irreversible de información).

– Codificación de fuente: Secuencia de etiquetas resultantesde la cuantificación expresada por símbolos (binarios).




Codificación de fuente analógica

Muestreo:

Cuantificación:

Codificación de fuente:




Decodificador de fuente (recepción)

El decodificador de fuente (en el módulo de recepción) intentareconstruir la señal original (en una comunicación telefónica, la voz)

•Por medio de la interpolación, se genera una señal continua enel tiempo y(t) a partir de la señal discreta yd(t) recostruida en eldocodificador.

•La diferencia entre la señal enviada s(t) y la recibida y(t) es unamedida del grado de distorsión del sistema.

•La reconstrucción asigna a la señal de entrada (valoresdiscretos) un valor de reconstrucción (número real).




4.Ruido y atenuación en el canal




Calidad de servicio (I)

Los parámetros del canal que impactan en la calidad de latransmisión son:

• Ancho de Banda: El ancho de banda (BW) de un canal decomunicaciones como el intervalo de frecuencias para lascuales la atenuación del medio de transmisión permanecebajo unos límites determinados y aproximadamenteconstantes. Directamente relacionado con la cantidad de

información que podemos enviar por el canal.– En la señal analógica, suaviza las variaciones de la señal– En la señal digital, limita la velocidad binaria.

• Atenuación (dB): Disminución en la amplitud de la señal amedida que ésta va recorriendo el medio de transmisión.Proporcional a la distancia recorrida (=> medida en dB/m).




Calidad de servicio (II)

• Distorsión: Deformación de la señal original al atravesar elmedio, por las características inductivas y capacitivas delmedio. Varia con la frecuencia.

• Ruido: La relación ente la potencia de la señal útil y lapotencia del ruido es un parámetro fundamental paradeterminar la calidad de la transmisión. Dicha relación,denominada señal ruido o señal a ruido, se expresa de forma

logarítmica:S/N = SNR (dB) = 10 log s/ n (w)

– La capacidad del canal en bits/seg es función de su ancho

de banda y de su SNR (teorema de Shannon)– En los sistemas digitales, el parámetro de calidad que se

utiliza es la Probabilidad de Error.

R id l l (I)




Ruido en el canal (I)

¿Qué es el ruido?

• Señales indeseadas que se recibenconjuntamente con la señal deinterés

• Señales sin correlación estadísticacon la señal de interés

• Señales que por su naturaleza nopueden ser “evitadas”

Un tipo particular de ruido son aquellas señales no deseadasque provienen de otros sistemas de comunicación:Interferencias




Ruido en el canal (II)

Origenes del ruido:

• Ruido térmico por la actividad electrónica de todo dispositivoelectrónico. Existente, en principio, en todas las bandas de

frecuencia

• Ruido flicker o 1/f

• Ruidos térmicos puntuales (sol, y otros cuerpos emisores)

• Ruido industrial

• Interferencias (Inter-sistema/Intra-sistema)




Magnitudes y unidades

Las magnitudes físicas más usuales en los sistemas detransmisión, y sus unidades, son:

Representación logarítmica de




Representación logarítmica demagnitudes

Son comparaciones logarítmicas entre magnitudes del mismo tipo, cuya formageneral es:

1. “n” es la base (10 o “e”)

2. “k” es el factor de proporcionalidad

• 10 ó 20 (si la base es 10)

• 1/2 ó 1 (si es la base es “e”)

3. “x1” y “x2” son valores de la magnitud a medir

• dos puntos diferentes de un sistema.

• Si “x1” es una referencia => “A” se denomina “nivel”.

Esta representación facilita expresar la pérdida de señal con ladistancia, y permite convertir “x” y “÷” en “+” y “-”.

1

2nlog*k A x

x=

b l (d )




Decibelio (dB)

El “decibelio” (dB) sirve para expresar la relación entre dospotencias mediante el logaritmo decimal (base n=10) de la relación:

O bien una relación entre dos magnitudes de campo:

Siendo “R” la impedancia resistiva sobre la que se disipa la potencia.

)

1

2log(20)

1

2

log(10)

1

2log(10)( 2

2

v

v

Rv

R

v

p

pdB A ===

)1

2log(10)(

p

pdB A =




Niveles Absolutos

1. Se habla de niveles absolutos cuando x2 es el valor deuna magnitud en un punto y x1 es un valor de referenciade esa magnitud.

• Por ejemplo, x1=1mw o bien x1= 1 voltio• En estos casos, las unidades no son “dB” son:

LdB (1mw) = L dBm

2. Algunos niveles absolutos frecuentes son:




Cadenas de transmisión

El caso más simple de cadena de transmisión está formada portransmisor, canal y receptor. Si este esquema no proporcionalos requisitos mínimos para el correcto funcionamiento delreceptor se recurre a la introducción de elementos intermedios:

tx rx

tx rxA A A

1. Cadena con amplificadores (tx analógica) Aumenta Prx, empeora s/n

tx rxrg rg rg

2. Cadena con regeneradores (tx digital) Recuperan la calidad de la señalº

tx rxrg rg rg

3. Cadena mixta




Ejemplo (I)

Se tiene un canal telefónico de baja frecuencia constituido portres amplificadores y dos tramos de cable de diámetro d=0,91mm (atenuación del cable α= 0,5 dB/km)

Si se aplica en A un tono de 800 Hz a -5 dBm

a) Obtener los niveles absolutos en B, C, D, E y F

b) Expresar la potencia del tono en D en dBm y dBWc) Calcular la atenuación en unidades naturales, de potencia,en el primer tramo de cable (se supone las impedancias en B yC idénticas).

A B C D E F

20 km 40 km

G=10dB G=5dB G=10dB




Ejemplo (II)

A B C D E F

20 km 40 km

G=10dB G=5dB G=10dB

A) Niveles absolutos

La = - 5dBm

Lb = - 5 dBm + 10 dB = 5 dBm

Lc = B - Att = 5 - 20* 0.5 = - 5

dBm

Ld = -5 + 5 = 0 dBm

Le = 0 - 40 * 0.5 = -20 dBm

Lf = -10 dBm

b) Potencia del tono en D (dBm, dBw)

Ld = 0 dBm = 10 log Pd (mw) /1mw => log Pd = Ld /10 =>

Pd = 1 mw

Ld (dBw) = 10 log Pd(w)/1w = 10 log 0.001= -30 dBw

C) Atenuación B y C

Gp=10 log Pc/Pb = 10 log Pc - 10 log Pb = Lc - Lb = -10 dB

Gp = 10 log gp = 0.1 (ganancia, adimensional)




5.Análisis espectral: Tiempo -Frecuencia




Ejemplo: Caracterización temporal del

sonido

• Vibración compleja

en el tiempo, quepuede ser de distintaintensidad.

Ejemplo:Caracterización espectral del




Ejemplo:Caracterización espectral delsonido

Existe otra forma de caracterizar el sonido que no es eltiempo (representación temporal de intensidad, tono ytimbre).

La caracterización espectral (en la frecuencia) permiteuna mejor manipulación y comprensión de las señales .

Espectro típico de una frase:




Dominio del tiempo y de la frecuencia (I)




Dominio del tiempo y de la frecuencia (II)

Señal periódica en el tiempo => espectro discreto

Señal aperiódica en el tiempo => espectro continuo




Tipos de filtros (en frecuencia)

Algunos filtros significativos, en el dominio de lafrecuencia, son:

Paso banda

Paso bajo

Paso alto

Banda eliminada

ó




Transmisión digital en banda base

Una vez realizada la codificación de fuente, la secuencia desímbolos se debe convertir en una forma de onda adecuada paratransmitirla por el canal.

La forma más sencilla de convertir los símbolos a un conjunto deseñales es con los códigos de línea. Los más importantes:

•Con retorno a cero (RZ): La codificación RZ se caracterizaporque a la mitad del intervalo de bit el nivel de uno o del cero

va a cero.•Sin retorno a cero (NRZ): el nivel del uno o el cero esconstante durante todo el intervalo de bit (No baja acero).

• Si es polar, el uno y el cero tienen representacionesopuestas.

Ejemplos de transmisión en banda base: conexiones ethernet

Codificaciones digitales




Codificaciones digitales

El ancho de banda en RZ esdoble que para NRZ =>Peor eficiencia espectral,

medida como R/Bw

Transmisión digital en banda ancha




Transmisión digital en banda ancha

Cuando:• Las características del medio de transmisión no permitenseñales digitales (aire, acceso telefónico tradicional).

•Se comparte una banda de frecuencias para acceder almedio (Módem, ADSL, Wifi, Wimax, ComunicacionesMóviles...)• El ancho de banda es limitado y los requerimientos de tasabinaria altos.

• Ejemplo : voz – modem normal (banda telefónica) – ADSL(modulación DMT)

Se hace necesario convertir los datos digitales en una señal

analógica que se adapte al canal, y que es la que se transmite porel medio.

Aparece la necesidad de modular en banda ancha

Transmisión digital en banda ancha (II)




Transmisión digital en banda ancha (II)

Ejemplo de multiplexación-d lti l ió




demultiplexación

Transmisión: Filtros paso banda

Recepción: Filtro paso banda y paso bajo




6.Modulación digital

Concepto de modulación




Concepto de modulación

La “modulación” es el método de procesar una señal de forma que seadecue a las características de propagación del canal decomunicación.

• Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro dela onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variacionesde la señal moduladora, que es la información que queremostransmitir.

– Señal moduladora: Datos– Onda portadora: La frecuencia que permite situar el espectro en la banda

adecuada.– Señal modulada: Resultado de la modulación.

Modulaciones tradicionales de la señal




analógica

Modulación AM:

y(t)= Ac[1+mx(t)] cos wt

•Radiodifusión

Modulación FM:

fm= fp + A x(t)• Mayor calidad, pero mayor anchode banda.

•Radiodifusión, telefonía móvilanalógica• Similar a la modulación digitalFSK

Modulaciones: ASK, FSK




Modulaciones: ASK, FSK

• Modulación en amplitud(ASK):

– 1 => S(t)=A·cos(2·p·fc·t)

– 0 => S(t)=0.

• Modulación en frecuencia(FSK):

– Portadora f1= fo + D1 =>se envía 0 conS(t)=A·cos(2·p·f1·t)

– Portadora f2= fo + D2 =>se envía 1 conS(t)=A·cos(2·p·f2·t)

Modulación PSK (I)




( )

• Modulación en fase (PSK). En su caso más sencillo,BPSK:

– 1 => S(t)=A·cos(2·p·fc·t)– 0 => S(t)=A·cos(2·p·fc·t+p) Se desvía la señal “p” radianes (180º en este caso)

BPSK,1 bit x símbolo MPSK,en el ejemplo 8PSK, 3 bit x símbolo

Modulación PSK (II)




– Una variedad de PSK muy utilizada se conoce como el QPSK(Quadratic Phase Shift Keying) o 4PSK.

– Se codifican los bits de dos en dos:00 => 225º => S(t)=A·cos(2·p·fc·t+225º)01 => 315º => S(t)=A·cos(2·p·f1·t+315º)10 => 135º => S(t)=A·cos(2·p·f1·t+135º)

11 => 45º => S(t)=A·cos(2·p·f1·t+45º)

Modulación PSK (III): Problemática




• Existe un problema con lamodulación QPSK

, y es que por ejemplo enla transición de 00 a 11 da un cambio de fase de 180º => Invertir laforma de onda de la portadora puede causar errores de detección en elreceptor + incrementar el ancho de banda.

– SOLUCIÓN: Restringir los cambios de fase a ±90º, es lo que se denomina MKS

(Mínimum Shift Keying)• El MSK => bandas laterales de valores muy grandes comparados con el

lóbulo principal => interferencias con los canales adyacentes =>modulación GMSK (Gaussian MSK) => pasar los impulsosmoduladores por un filtro de Gauss, que atenúa los flancos y hace que

se necesite un menor ancho de banda.

Comparativa PSK

con GMSK(densidad espectral

normalizada)

Modulación QAM (I)




Modulación QAM (I)

• Modulación en cuadratura(QAM):

– La modulación de amplitud

en cuadratura (QAM)codifica grupos de bits ycada símbolo consiste enuna combinación de

ASK/PSK.

– Existen diferentes clases deQAM dependiendo del

número de símbolos: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM...

Modulación QAM (II)




• En la imagen (16-QAM):

-El símbolo 1111 y 1010

tienen la misma fase(45º), pero diferenteamplitud.

-El símbolo 0010 y 1010tienen distinta fase, perola misma amplitud.

Relación modulación – ancho de banda




– La velocidad de transmisión en bit/s esproporcional al ancho de banda disponible

(diferencia entre la frecuencia máxima y mínimaque ocupa una señal).

– El factor de proporcionalidad depende de laeficiencia del método de modulación empleado

Capacidad del canal




Cantidad de información máxima que se puede transmitirpor unidad de tiempo, expresada en bps (teorema deShannon)

• Un canal de 3000 Hz de BW y una SNR=30dB(características telefonía analógica), no podrá transmitirdatos a más de 30 kbps.

• Se demuestra que no es posible construir un código

con probabilidad de error tan baja como queramossi no respetamos la limitación que impone R<C

Información y velocidad de modulación




• Cantidad de Información. Si el número de niveles o estadosde una señal es M, la cantidad de información asociada es:

I=log2(M) bits

• Velocidad de Información. Si cada impulso de señal poseeM estados o niveles,y se transmite en un tiempo Tb, lavelocidad de información es

R=I/Tb=log2(M)/Tb bps

• Ancho de banda:

BW=2/Tb

• Eficacia del ancho de banda:

η=R/BW= log2(M)/2

Capacidad vs. Tasa de información




– La tasa de información (R) indica la cantidad deinformación

producida por una fuente por unidad de tiempo.

– La capacidad de un canal (C), indica la cantidad deinformación que un canal puede transmitir por unidadde tiempo. Y depende de:

• Ancho de banda del canal.• Relación señal ruido.

Si la tasa de información es mayor que la capacidaddel canal no es posible transmitir sin errores.

Relación de“M” con la eficacia




Como la Eficacia del ancho de banda:

η=R/BW= log2(M)/2Si, por ejemplo:

M=2 => eficacia del ancho de banda = 1/2M=4 => eficacia del ancho de banda = 1M=8 => eficacia del ancho de banda = 3/2

Esto implica que:– A medida que aumenta M, aumenta la eficacia del ancho

de banda– Sin embargo, a medida que aumenta M somos máspropensos a errores ya que los símbolos están más cerca(para un nivel de energía dado)

•Necesidad de aumentar el nivel de energía del símbolo parasuperar errores•Relación entre eficacia del ancho de banda y eficacia de laenergía

Relación de “M” con la BER (I)




Caso QAM• Si en una modulación M-QAM,cuando mayor es “M” aumenta el

número de bits por símbolo ¿porqué no se emplea siempre el mayor “M” posible?

-El motivo principal es la relación

S/N con la Probabilidad de Error.-Una BER requerida nos lleva a unaSNR necesaria (energía x símbolo)

Relación de “M” con la BER (II)




Caso PSK

Eb/No = S - 10 log R + 228.6 dBW - 10 log T

Representa la relación entre la energía de la señal por bit y la densidad dela potencia del ruido por hertz (relacionada directamente con la tasa

binaria).

Efecto del ruido en las constelaciones




Comparación de 16 PSK vs 16 QAM. En PSK, lamenor separación entre símbolos provocará unapeor SNR, al ser menos robusta al ruido.

16-PSK 16-QAM

¿Cómo sería el efecto del ruido en estas constelaciones?

Ejemplos de modulaciones (I)




• La modulación GMSK es la que se emplea en el sistema de telefonía 2GGSM y GPRS. R ~ 40kbps– Ventaja GMSK : la ausencia de modulación en amplitud.– Desventaja GMSK: Baja velocidad, sólo se transmite un bit por

símbolo.

• En la evolución de GPRS a EDGE, cambia la modulación (GMSK -> 8-PSK).Cada símbolo representa tres bits:– Ventaja: Triplica la velocidad del GMSK. R ~ 70kbps-384kbps– Desventaja: Sólo puede usarse cuando las condiciones de interferencia

sean buenas (rural vs despliegue de 3G)

Ejemplos de modulaciones (II)




• EN UMTS: Se emplea QPSK, la fase varía entre 4 valores y setransmiten 2 bit pór símbolo. Basa la robustez y velocidad delsistema en la técnica de acceso al medio. R ~ 100kbps-2Mbps

• EN HSDPA: Modulación adaptativa a las condiciones del entorno,

cambiando entre QPSK y 16QAM.– La robustez se completa con el acceso al medio R ~ hasta 14 Mbpsen downlink

Ejemplos de modulaciones (III)




• En redes inalámbricas de área local WIFI, una de lasmodulaciones más usadas es QAM– También pueden emplearse otras como BFSK (alternando

frecuencia binaria), BPSK (alternando fase binaria), QPSK(cambios de fase en cuadratura) , OFDM (OrthogonalFrequency Division Multiplexing) R ~ 10-50 Mbps,500m

• El estándar WIMAX se implementa con modulación OFDM (DMTde ADSL) R ~ hasta 70 Mbps, 50km

– Envía la información modulando en QAM o en PSK unconjunto de portadoras de diferente frecuencia

Demodulación y calidad tx digital (I)




• Hay distintos mecanismos de demodulación, veamos uno deellos (por detección de envolvente):

•La calidad de la transmisión en los sistemas digitales se evalúapor la proporción de bits errados.• En los sistemas de desplazamiento de fase (PSK ...) loserrores son causados:

• por ruido térmico•interferencia intersímbolo•la fluctuación de fase de la portadora recuperada• fluctuaciones en la temporización de los bits.

Demodulación y calidad tx digital (II)




Señal transmitida

Señal recibida(sin ruido)

Señal recibida

(con ruido)

Señalinterpretada enrecepción




7.Codificación de canal

Objetivo de la codificación de canal




• La codificación de canal añade redundancia estructurada a lasecuencia transmitida:

• El mensaje de entrada, m, está compuesto de k símbolos (bits)• La palabra codificada a la salida, x, está compuesta de n

símbolos (bits)– Siendo n > k la salida del codificador incluye redundancia– La tasa de codificación es r = k/n

• La codificación puede usarse para– Detectar errores: ARQ

– Corregir errores: FEC

m xCodificador

de canal

Detección y corrección de errores




Hay dos estrategias para tratar los errores:

• Detección de errores o corrección hacia atrás o ARQ(Automatic Repeat Request): Cuando el receptor detecta un

error solicita al emisor la repetición del bloque de datostransmitido. El emisor retransmitirá los datos tantas veces comosea necesario hasta que los datos se reciban sin errores.

• Corrección de errores o corrección hacia delante oFEC(Forward Error Correction): Se basa en el uso de códigosautocorrectores que permiten la corrección de errores en elreceptor.– Se utiliza en sistemas sin retorno o sistemas en tiempo real

donde no se puede esperar a la retransmisión: Comunicacionesvía satélite, grabadoras de DVD y CD o en las emisiones deTDT para terminales móviles

Funcionamiento codificación de canal




Con el fin de aliviar interferencias y ruido, se busca:

• Introducir de forma controlada alguna redundancia en lasecuencia binaria proporcionada por la fuente

• El codificador envía solamente palabras que pertenecen a sucódigo

Supongamos un codificador que repite 3 veces el bit quetiene a su entrada

1

0

111

000

Codificador

de canal

canal 101

001

¿qué valor elige

el decodificador

como másprobable en

cada caso?

Conoce las cadenas iniciales, 111 y 000, y mide los bits

de diferencia

Funcionamiento codificación de canal




•Repetir 3 veces cada bit es una forma muy ineficiente deañadir redundancia. Se disminuye la probabilidad de error delcanal a costa de reducir su régimen binario.

Un ejemplo de técnica real es la codificación Reed-Solomondenominada RS(32,28), que se usa junto a otras técnicas, en losdiscos compactos.

•Con esta técnica, se convierte cada bloque de 28 bits en unbloque de 32 bits, y el descodificador de canal puede corregirhasta dos errores en dicho bloque.

Los codecs de canal se caracterizan por:• La redundancia que introducen

• La capacidad de detectar errores• La capacidad de corregirlos.

Tipos de codificadores




Clasificación en función de cómo se introduce la redundancia(codificación FEC):

Codificación Bloque:

El codificador transforma los mensajes dek

bits en mensajes delongitud n. La transformación depende exclusivamente del valorde los k bits.

Codificación convolucional:

• es una codificación con memoria, la transformación no sólodepende de los k bits que se quieren codificar si no también delconjunto de m bits anteriores•Los bits se van codificando tal y como van llegando al

codificador. La decodificación es compleja al ser necesaria unagran cantidad de memoria para estimar la secuencia másprobable (uso del algoritmo de Viterbi).

¿Dónde se realiza la gestión de errores?




El problema de la gestión de errores puede abordarse enel nivel de enlace o en niveles superiores(normalmente nivel de transporte).

Si se hace en el nivel de enlace, se corrigen los erroresen la comunicación entre cada par de máquinasadyacentes que participen en la comunicación.

Si se hace en el nivel de transporte, se corrigen loserrores en las máquinas origen y destino de lacomunicación.




8.Medios de transmisión de laseñal

Canal ideal vs. canal real




Canal ideal:• Atenuación constante

• Retardo constante

• Canal real:

• Atenuación variable (distorsión amplitud)• Distorsión de retardo o de fase

Medios de transmisión (I)




La función de cualquier sistema de transmisiónes llevar la señal desde el origen hasta eldestino, para lo que se requiere un medioconector.

• El medio debe permitir la propagación de las ondas

electromágnéticas que transportan la señal tx->rx

• Puede ser:

– Línea que conecta 2 puntos (propagación guiada)

– Medio libre (propagación no guiada: en todas las direcciones).

Medios de transmisión (II)




• Transmisión guiada (por línea): Confina la energíaelectromagnética en una región limitada del espacio

->exige instalación y mantenimiento, pero transmisión estable

– Metálicas (pares y coaxiales): Dos conductoresseparados (aislados) por un dieléctrico.– Líneas de transmisión dieléctricas (fibras ópticas):

Compuestas por dos dieléctricos cilíndricos coaxiales.

• Transmisión no guiada: La transmisión por radioconsidera la propagación de las ondaselectromagnéticas (ondas radioeléctricas, UIT) por el

espacio sin guía artificial.->tx radio no requiere instalación de línea (versátil), pero tx con fluctuaciones

Transmisión guiada. Hilos de cobre




Hilos de cobreProblemas:– soporte mecánico– baja capacidad– abiertos a interferencia

– radian

Las líneas de tx metálicas se caracterizan por la conductividad, eldiámetro de los conductores, la separación y la constante

dieléctrica de aislamiento. Se representan por los siguientesparámetros primarios, que permiten un análisis de circuitos:– Resistencia, R (Ω /m)– Autoinducción, L (H/m)– Capacidad, C (F/m)– Perditancia (inversa a la resistencia de aislamiento), G (mhos/km)

Transmisión guiada. Cable de pares




Cable de pares• Están formados por un conjunto de “pares”,

cada uno constituido por 2 conductores de

cobre (diámetro 0.6-1.3mm), trenzadospara disminuir la diafonía (acoplamientoelectromagnético con otros pares).

• Cada conductor está aislado individualmentey el par puede estar aislado del resto de los

pares.• El conjunto de todos los pares puede estar

apantallado para disminuir perturbacionesexternas.

• Ampliamente utilizados en telefonía clásica.

Transmisión guiada. Cable coaxial (I)




Cable coaxial

Los cables coaxiales están constituidos por dosconductores (cobre generalmente).Uno interior

cilíndrico macizo insertado concéntricamentedentro de otro exterior tubular.

– Se denomina “tubo” al conjunto (2 conductores +

dieléctrico aislante).

– La estructura garantiza un apantallamiento queminimiza las perturbaciones externas.

– Varios calibres y dieléctricos en función de lacalidad

Transmisión guiada. Cable coaxial (II)




Cable coaxial

• No tiene problemas de interferencias ni diafonía• Menor flexibilidad y mayor coste que los cables de pares, pero

mayor ancho de banda (GHz)– altas velocidades de transmisión en largas distancias. Por esa

razón, se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cablede televisión), cables de banda base (Ethernet) o en el cableadosubmarino.

• El cable coaxial se reemplaza por la fibra óptica en distanciassuperiores a varios kilómetros, porque el ancho de banda deesta última es muy superior y la atenuación menor.

Transmisión guiada. Guia onda (I)




• Guia ondaLas guías de onda son adecuadas para transmitir señales de altafrecuencia.

• Su construcción es de material metálico (no son cables).

• El ancho de banda es extremadamente grande y es usadaprincipalmente cuando se requiere bajas perdidas en la señalbajo condiciones de muy alta potencia (antena de microondasa el receptor/transmisor de radio frecuencia).

• Las aplicaciones típicas de este medio es en las centralestelefónicas para bajar/subir señales provenientes de antenasde satélite o estaciones terrenas de microondas.

• Pueden ser:

– Rectangulares– Circulares

Transmisión guiada. Guia onda (II)




Guía onda en enlace de microondas:•Un radioenlace terrestre de microondasprovee conectividad entre dos sitios en

línea de vista (12-20 Ghz, 1-15 millas)•Aplicaciones: Telefonía básica, datos,canales de televisión, telefonía celular(entre troncales)

Tx guiada: Fibra óptica (I)




Fibra óptica

• Se transmite señales luminosas en lugar de laselectromagnéticas

• La capacidad (ancho de banda) es muy alta (Gb/s)• Atenuación muy baja (α< 0.2 dB/km), secciones de

regeneración de hasta 200km.

• Insensibilidad a la diafonía y a las interferencias.• Coste relativamente alto, especialmente su manipulación (radiode curvatura mínimo)

Tx guiada: Fibra óptica (II)




Fibra óptica

• Están formadas por 2 dieléctricos cilíndricos coaxiales con

distinto índice de refracción “n”, denominados núcleo yrevestimiendo (de sílice).• El núcleo es el soporte físico de la radiación óptica guiada y el

revestimiento ayuda al confinamiento en el núcleo.

• Aplicando las ecuaciones de Maxwell a la luz que se propagapor la fibra óptica, se obtiene una serie de soluciones a esasecuaciones: “modos de propagación”.– Cada modo representa un campo electromagnético que

propaga energía a lo largo de la fibra a velocidad distinta.– Dos tipos de fibra: monomodo y multimodo

Tx guiada: Fibra óptica (III)

Tipos de fibra:




• Monomodo: Se propaga sólo el modo fundamental– Poca interferencia, gran ancho de banda.

– Núcleo o índices de refracción reducidos => Exigentes con lacalidad del emisor óptico (láser), con el acoplamiento a la fibra,con la unión entre carretes.

• Multimodo: se propagan varios modos que llegan retardados unos deotros (dispersión temporal).

– Se ensanchan los pulsos => interferencia entre impulsos =>velocidad binaria limitada.

Tx guiada: Fibra óptica (IV)Atenuación óptica




Causa fundamental de la pérdida de potencia óptica: interacción molecular=> atenuación óptica α(f)

Tipos de pérdidas:• Intrínsecas: relacionadas con la composición y naturaleza del vidreo.

– Por absorción intrínseca (en infrarrojo y ultravioleta).– Por esparcimiento intrínseco (Rayleigh)

• Extrínsecas: las ajenas a la fibra en sí.– Por impurezas en al fibra (iones metálicos, grupos OH-)– Por defectos físicos:

• Pequeñas irregularidades (microcurvaturas)• Curvatura de la fibra

Empalmes (uniones permanentes) o conectores provocan pérdidas:desplazamientos núcleos, desviación ejes, variación índice refracción,reflexión aire-vidrio...

Tx guiada: Fibra óptica (V)

V t ó ti d t i ió




Ventanas ópticas de transmisión

Tx guiada: Fibra óptica (VI)

R d d fib ó ti




Redes de fibra óptica

Las redes de fibra óptica se usan tanto para

LANs como para transmisión de largadistancia (más complejo este caso que enethernets).

En ethernets, para lograr enlaces punto a

punto, el interfaz con cada ordenador envíael flujo de pulsos al siguiente enlace (tieneun receptor óptico o fotodiodo, y untransmisor óptico LED) y además permite elenvío y recepción de mensajes.

Para LANs, se suele usar en topologías deanillo (también de estrella).

Tx no guiada: radioeléctrica (I)

l d l i f ió ó il li C bl d




• En la era de la información móvil, estar on-line => Cables de pares,coaxiales o fibras ópticas no son suficiente. Son necesarias lascomunicaciones inalámbricas (wireless comunication).

• La transmisión por radio requiere el uso de antenas para radiar la

energía que se desea transmitir y captar la que se desea recibir.

– Cuando los electrones se mueven, crean ondas electromagnéticas que sepropagan en el espacio libre. Colocando una antena en el punto adecuadode un circuito eléctrico, esas ondas electromagnéticas se pueden difundir

por el espacio y recuperar en un receptor que se encuentre a una distancia “d”.

Tx no guiada: Radioeléctrica (II)

Espectro electromagnético:




Tx no guiada: radioeléctrica (III)

Si f< 100 Mhz:




Si f< 100 Mhz:

• Ondas fáciles de general, largas distancias, penetración altade edificios, omnidireccionales (viajan en todas las direccionesdesde la fuente) => no hay que alinear transmisor y receptorfísicamente.

• Las propiedades radio son dependientes de la frecuencia.– Baja frecuencia: Atraviesan bien los obstáculos, pero la

potencia disminuye severamente con la distancia.– Alta frecuencia: Visión directa, absorción por lluvia,

problemas para atravesar los obstáculos.

• Siempre sujetas a interferencias de otros equipos eléctricos.También de otros usuarios.

Tx no guiada: radioeléctrica (IV)

Si f< 100 Mh




Si f< 100 Mhz:• EN VLF, LF y MF (ondas de superficie, <3Mhz), las

ondas siguen la curvatura de la tierra y pueden serdetectadas a 1000km (menos conforme sube la

frecuencia).– La radiodifusión AM usa la banda MF, por eso sepueden escuchar emisoras de ciudades remotas.

– Problema de esta banda: El ancho de banda queproporciona es muy bajo (para datos).

• En HF (3-30Mhz) las ondas son absorbidas por latierra, pero si alcanzan la ionosfera, bajo ciertascondiciones atmosféricas, pueden alcanzar grandes

distancias (radioaficionados, comunicacionesmilitares).– Ocurre también en otras bandas (AM por la noche)

Tx no guiada: radioeléctrica (V)

Si 100 Mhz<f< 300 Ghz:




Si 100 Mhz<f< 300 Ghz:

– Ondas viajan en línea y focalizadas. Se concentra la

energía en un haz que genera la antena.– No superan bien los obstáculos => necesidad de repetir laseñal.

• Ejemplo: Comunicaciones móviles

• Por encima de 8Ghz el espectro comienza a presentarproblemas porque las ondas son absorbidas por la lluvia.– Ventaja: En ocasiones, un radioenlace entre 2 torres con

visión directa es económicamente más rentable que unainstalación de fibra a lo largo de 50 km (por ejemplo,zonas rurales).

Tx no guiada: radioeléctrica (VI)Si 100 Mhz<f< 300 Ghz:




Cómo se supera la transmisión dentro de edificios encomunicaciones móviles (800 Mhz<f<2Ghz):

Micros, picocélulas

Tx no guiada: radioeléctrica (VII)Atenuación de la señal




• Para combatir en ruido, se introducen filtros (eliminación defrecuencias espureas, eliminación de armónicos, adaptación ala banda del canal).

• Para combatir la atenuación/ distorsión del canal:

– En transmisión (power amplifier)• Incrementar la potencia de la señal transmitida para poder compensar la atenuación

del canal

• Parámetro más importante: eficiencia en potencia (potencia salida/potenciaconsumida)

– En recepción, LNA (restaurar el nivel de señal recibida)• Restaurar el nivel de señal recibida => nivel superior a las interferencias y ruido

– A lo largo del canal• Repetidores o amplificadores regenerativos

Comparación de medios de tx: atenuación

Las fórmulas de la atenuación de la señal dentro del medio detransmisión son:




Las fórmulas de la atenuación de la señal dentro del medio detransmisión son:

• Transmisión en línea:

At (dB) = α (dB/km) * d(km)

• Transmisión por radio:At (dB)= 92.45+20logf(Ghz)+20logd(km)-Gt(dB)-Gr(dB)+Ae(dB)

Luego según aumenta la distancia:• Transmisión en línea proporcional a d(km)

• Transmisión por radio proporcional a log d(km)

Conclusiones

• Los sistemas de transmisión digital en las redes decomunicaciones se ocupan de transportar la señal desde la




• Los sistemas de transmisión digital en las redes decomunicaciones se ocupan de transportar la señal desde lafuente (analógica o digital), a través de un canal (analógico odigital), hasta un receptor remoto.

• Para ello procesan y adecuan la señal para minimizar laspérdidas, el ruido y la interferencia, e intentar al mismo tiempomaximizar el número de bits transmitidos sin errores(modulaciones, codificación de canal...)

• Los distintos medios de transmisión (coaxial, pares, fibra,aire...) facilitan la transmisión de la información, pero es tareade diseño evaluar el método de transporte más adecuado(distancia, localización de los emplazamientos, requerimientoseconómicos).

B1.1_SistemasTransmision[1]

Documents

Transcript of B1.1_SistemasTransmision[1]