Sistemas Multiusuarios

Capitulo 3Transmisión de Datos

Terminología (1)• Transmisor• Receptor• Medio

—Guiado• Ej. UTP, fibra óptica

—No guiado• Ej. aire, agua, vacío

Terminología (2)• Enlace directo

—Sin dispositivos intermedios

• Punto a punto—Enlace directo—Solo 2 dispositivos comparten el mismo

• Multipunto—Mas de 2 dispositivos comparten el enlace

Terminología (3)• Simplex

—Una dirección• Ej. Televisión

• Half duplex—En cualquier dirección, pero solo en una a la vez

• Ej. Handy

• Full duplex—Ambas direcciones a la vez

• Ej. teléfono

Frecuencia, Espectro y Ancho de Banda• Conceptos en el dominio del tiempo

—Señal Analógica• Cambia con suavidad en el tiempo

—Señal digital• Mantiene un nivel constante y cambia a otro nivel, también

constante

—Señal periódica• Se repite en el tiempo

—Señal no periódica• No sigue un patrón en el tiempo

Señales Analógicas y Digitales

SeñalesPeriódicas

Senoidal• Amplitud (A)

—Valor máximo de la señal—voltios

• Frecuencia (f)—Velocidad del cambio—Hertz (Hz) o ciclos por segundo—Período = tiempo para un ciclo (T)—T = 1/f

• Fase ()—Posición relativa en el tiempo

Senoidaless(t) = A sen(2ft +)

Conceptos del Dominio de Frecuencias

• Análisis de Fourier• Señales compuestas por muchas frecuencias• Estas componentes son senoidales• Se llega a funciones en el dominio de las

frecuencias

Suma deComponentes(T = 1/f)

Espectro y Ancho de Banda• Espectro

—Rango de frecuencias contenidos por una señal

• Ancho de Banda absoluto—Ancho del espectro

• Ancho de Banda Efectivo—Simplemente Ancho de Banda—Banda mas angosta que contienen la mayor parte de

la energía de la señal

• Componente Continua—Componente de frecuencia cero

Señal con componente de continua

Velocidad y Ancho de Banda• Todo sistema de transmisión tiene una

banda limitada de frecuencias• Esto limita la velocidad con que los datos

pueden ser llevados

Transmisión Analógica y Digital• Dato

—Entidad que transporta información

• Señal—Representación de los datos en forma eléctrica o

electromagnética

• Señalización/Modulación—Propagación física de las señales por un medio

• Transmisión—Comunicación de datos mediante la propagación y el

procesamiento de señales

Datos• Analógicos

—Valores continuos en un intervalo—Ej. sonido, video

• Digitales—Valores discretos—Ej. texto, enteros

Ventajas y Desventajas de la Digitalización de señales• Económico• Menos susceptible al ruido• Mucha Atenuación

—Pulsos se redondean y decaen—Lleva a la pérdida de información

Datos Binarios Digitales• Provienen de computadoras, terminales, etc.• Dos componentes de continua• Ancho de Banda depende de la velocidad de los

datos

Señales Analógicas llevando datos

Señales Digitales llevando datos

Transmisión Analógica• Señal analógica transmitida sin importar su

contenido• Pueden ser datos analógicos o digitales• Atenuada en la distancia• Se usan amplificadores para recuperar en nivel

de señal• También se amplifica el ruido

Transmisión Digital• No se interpreta su contenido• Su integridad depende del ruido, atenuación,

etc.• Se usan repetidores

—Repetidor recibe la señal—Extrae el patrón de bits—Los retransmite

• Se salva la atenuación a distancias limitadas• El ruido no se amplifica

Ventajas de la transmisión digital• La tecnología digital es económica• Integridad de los datos

—Ya que los Repetidores no amplifican el ruido

• Utilización de la capacidad—Enlaces de gran Ancho de Banda económicos—Se logran altos grados de multiplexado, de forma sencilla

• Seguridad y Privacidad: Cifrado• Integración

—Datos analógicos y digitales tratados por igual

Perturbaciones de la Transmisión• La señal recibida difiere de la transmitida• Analógica – se degrada la calidad de la señal• Digital – errores en los bits• Causados por

—Atenuación y Distorsión de atenuación—Distorsión por retardo—Ruido

• Térmico (Blanco)• Intermodulación• Diafonía (crosstalk) NEXT, FEXT, ELFEXT• Impulsos

Atenuación• La energía de la señal decae con la distancia• Depende del medio• La energía de la señal recibida:

—Debe ser lo suficientemente grande como para ser detectada

—Buena relación S/N

• Distorsión por atenuación—La Atenuación es función creciente de la frecuencia

Distorsión de retardo• Solo en medios guiados• La velocidad de propagación varía con la

frecuencia• Afecta principalmente a las señales digitales• Se solapan los bits• Causa la interferencia Intersimbólica

Ruido (1)• Señal no deseada añadida entre en transmisor y

receptor• Térmico

—Agitación térmica de los electrones—Uniformemente distribuido en el canal—Ruido Blanco

• Íntermodulación—Señales a frecuencias que son la suma o diferencia

de las originales transmitidas por el medio

Ruido (2)• Diafonía o Crosstalk

—Acoplamiento no deseado de señales en medios adyacentes (ej: NEXT)

• Impulsos—Picos o pulsos irregulares—Ej. Interferencia electromagnética externa—Corta duración—Gran amplitud

Capacidad del canal• Velocidad de los datos (througput)

—bits por segundo (bps)—Velocidad en que los datos se comunican

• Ancho de banda—Hz—Limitado por el transmisor y el medio

• Ruido—Nivel medio de ruido a través del camino

• Tasa de errores—Cambios de 0 a 1 y viceversa

Ancho de Banda de Nyquist• Válido para un canal sin ruido• Dado Ancho de Banda B, la mayor velocidad de

transmisión será 2B• Dada una señal binaria, las velocidad soportada

por B Hz es 2B bps• Se puede incrementar utilizando N niveles en la

señal• C= 2B log2N ; N=4 C=4B

Fórmula para la Capacidad de Shannon• Considera velocidad de transmisión, ruido y

tasa de errores• Velocidades altas acortan el bit, dado un patrón

de ruido, afectará a mas bits—Dado un nivel de ruido, a mayores velocidades

mayores tasas de errores

• Relación señal ruido (en decibeles)• SNRdb=10 log10 (P Señal/P ruido)• Capacidad C=B log2(1+SNR)• Máximo valor teórico

Ejemplo: Usando ambos límites• B=1MHz y SNR=63• Por Shannon se obtiene que el límite superior es

—C=B*log2(1+SNR)= 6 Mbps

• Se adopta una velocidad inferior: 4 Mbps• Por Nyquist se hallan el número de niveles

adecuados de la señal:—4Mbps=2*1Mhz*log2N => N=4

Ejemplo: ADSL• B=1MHz y SNR=40dB• SNR=10000• Log2(10001)=13.29• C 13Mbps

Latencia o Retraso• Tiempo que tarda un mensaje completo en

llegar a su destino desde que el primer bit es enviado por el origen.

• Es la suma de:—Tiempo de propagación—Tiempo de transmisión—Tiempo de encolamiento—Retraso de procesamiento

Tiempo de propagación• Tiempo para que un bit

viaje del origen al destino• Cociente entre:

— Distancia— Velocidad de propagación

npropagacióVelocidad

ciadisnpropagacióTiempo

_

tan_

Tiempo de transmisión• Tiempo para transmitir el

mensaje completo• Depende de:

— Tamaño del mensaje— Ancho de banda del canal

canalbandaAncho

mensajeTamañonpropagacióTiempo

__

__

Tiempo de encolamiento• Tiempo necesario para que cada dispositivo

intermedio o terminal mantenga el mensaje en espera antes de que pueda ser procesado

• No es fijo• Depende de la red

Producto Ancho de banda-Retardo• Número de bits que pueden llenar un enlace• Ej: B=1bps y retraso=5s, el producto es 5 bits• Ej: B=4bps y tetraso=5s, el producto es 20 bits

• Para maximizar el rendimiento, las memorias de almacenamiento intermedio del emisor y el receptor deben ser al menos iguales al producto ancho de banda-retardo.

Retraso variable• También denominado Jitter• Variación o cambio de la latencia de distintos

mensajes