PDH y SDH

INTEGRANTES:

ALDANA MONTIEL HCTOR HUGO.HERNNDEZ RUESGA CARLOS ARMANDO.TOLEDO TOLEDO IVN.TEMA:

JERARQUIA DIGITAL PLESIOCRONA (PDH) Y JERARQUIA DIGITAL SINCRONA (SDH)

OBJETIVO: Introducir al lector en los fundamentos de la transmisin de datos y hacer un anlisis de la Jerarqua Digital Plesicrona (PDH) y Jerarqua Digital Sncrona (SDH) procurando extender sus conocimientos en estos temas.

CONTENIDO: 1.- Fundamentos de Telecomunicaciones.

2.- Transmisin Digital.

3.- Jerarqua Digital Plesiocrona (PDH).4.- Jerarqua Digital Sincrona (SDH).

5.- Aplicacin en un equipo de proveedor Alcatel.

INDICE.INTRODUCCION.1CAPITULO 1: Fundamentos de Telecomunicaciones.

Introduccin.4

1.1 Redes de telecomunicaciones.4

1.2 Redes conmutadas.6

1.2.1 Conmutacin de circuitos.8

1.2.2 Conmutacin de mensajes.8

1.2.3 Conmutacin de paquetes.9

1.3 Redes de difusin.10

1.3.1 Red de rea local (LAN).11

1.3.2 Red de rea metropolitana (MAN).12

1.3.3 Red de rea amplia (WAN).13

1.4 Topologas de red.14

1.4.1 Topologa de bus o lineal.14

1.4.2 Topologa de estrella.15

1.4.3 Topologa de anillo.15

1.5 Medios de transmisin.16

1.5.1 Par trenzado.16

1.5.2 Cable coaxial.17

1.5.3 Fibra ptica.18

1.5.4 Microondas.19

1.5.5 Satlites.20

1.5.6 Radioenlaces.21

1.6 Modos de transmisin.22

1.6.1 Transmisin simplex.22

1.6.2 Transmisin semiduplex.22

1.6.3 Transmisin duplex.23

1.7 Transmisin asncrona.23

1.8 Transmisin sncrona.24

Conclusiones.25

Captulo 2: Transmisin Digital.

Introduccin.26

2.1 Modulacin PCM.27

2.2 Muestreo de seales analgicas.32

2.3 Teorema de muestreo de Nyquist.36

2.4 Cuantificacin.38

2.5 Codificacin.43

2.6 Multiplexin.44

2.6.1 Multiplexin por divisin de tiempo.44

2.6.2 Multiplexin por divisin de frecuencia.46

2.6.3 Multiplexado estadstico o asncrono.48

2.7 Cdigos de lnea.48

2.7.1 Cdigo RZ Retorno a cero.51

2.7.2 Cdigo NRZ No retorno a cero.52

2.7.3 Cdigo de lnea AMI.54

2.7.4 Cdigo 4B3T.55

2.7.5 Cdigo HDB3.56

2.7.6 Cdigo Manchester.58

2.7.7 Cdigo Manchester diferencial.58

2.8 Tablas de comparacin.59

Conclusiones.61Capitulo 3: Jerarqua Digital Plesicrona (PDH).

Introduccin,62

3.1 Justificacin positiva.63

3.2 Niveles jerrquicos PDH.65

3.2.1 Estndar europeo.65

3.2.2 Estndar americano.66

3.2.3 Diferencias entre las jerarquas.67

3.3 Estructura del nivel jerrquico a 1.544 Mbps.67

3.3.1 Alineamiento de trama en el nivel 1.544 Mbps.68

3.4 Estructura del nivel jerrquico de 2.048 Mbps.69

3.4.1 Alineamiento de trama al nivel de 2.048 Mbps703.4.2 Descripcin del procedimiento CRC-4.70

3.5 Estructura del segundo nivel jerrquico de 8.4 Mbps.73

3.6 Estructura del nivel jerrquico de 6.312 Mbps.75

3.6.1 Multiplexacin de tres tributarios E1.77

3.7 Estructura de la trama del tercer nivel europeo de 34.36 Mbps.79

3.8 Estructura del tercer orden de velocidad de 32.064 Mbps.80

3.9 Estructura de la trama del nivel jerrquico a 44.73 Mbps.82

3.10 Estructura de la trama a la velocidad de 139.26 Mbps.83

3.11 Estructura de la trama a la velocidad de 97.728 Mbps.85

3.12 Fluctuacin de Fase.86

3.12.1 Jitter o fluctuacin de Fase.87

3.13 Intervalo unitario (ui).87

3.14 Limitantes de los sistemas PDH.88

Capitulo 4: Jerarqua Digital Sincrona (SDH).

Introduccin.91

4.1 Antecedentes.91

4.2 Definicin de SDH.92

4.3 Caractersticas de los sistemas SDH.93

4.4 Velocidades de transmisin de un sistema SDH.94

4.5 Comparacin de los sistemas PDH y SDH.95

4.6 Recomendaciones de la Jerarqua Digital Sncrona.96

4.6.1 Recomendaciones sobre la estructura bsica y de las seales elctricas.96

4.6.2 Recomendaciones sobre sistemas pticos.96

4.6.3 Recomendaciones para los elementos de red.96

4.6.4 Recomendaciones sobre la Red de Administracin de Telecomunicaciones (TMN).97

4.6.5 Recomendaciones regionales.97

4.7 Estructura del sistema SDH.98

4.7.1 Contenedor (C-n).984.7.2 Contenedor virtual (VC-n).99

4.7.3 Unidad tributaria (UG-n).99

4.7.4 Grupo de unidad tributaria (TUG-n).99

4.7.5 Unidad administrativa (AU-n).99

4.7.6 Grupo de unidad administrativa (AUG-n).100

4.7.7 Modulo de transporte sncrono.100

4.8 Multiplexacin de altos rdenes.100

4.9 Entidades de encabezado.101

4.10 Modulo de transporte sncrono de orden 1(STM-1).1024.10.1 Encabezado de seccin del STM 1.1044.11 Encabezado de seccin para alto orden.107

4.12 El mapeo.107

4.12.1 Mapeo de una seal de 2 Mbps.108

4.12.2 Apuntadores.108

4.12.3 Funcionamiento de los apuntadores.110

4.13 Incremento y decremento del AU-4.1124.14 Indicacin de concatenacin y NPI.114

4.15 Encabezado de trayectoria de alto orden.115

4.16 Encabezado de trayectoria de bajo orden POH V5.1194.17 Supervisin de la calidad de transmisin.120

4.18 Seales de mantenimiento.121

4.19 Tendencias en su despliegue.125

4.20 Secciones de la red SDH.126

4.21 Aplicaciones de la red SDH.127

Captulo 5: Aplicacin en un equipo de proveedor Alcatel.

Introduccin.129

5.1 Insercin de un equipo dentro de la red.130

5.1.1 Configuracin del equipo.130

5.1.1.1 Multiplexor de terminal.130

5.1.1.2 Multiplexor Add/Drop.131

5.1.1.3 STM-N Hub.131

5.1.1.4 Configuracin mixta.131

5.2 Aplicacin.132

5.2.1 Enlace de punta a punta.132

5.2.2 Lineal.132

5.2.3 Topologa de anillo.133

5.2.4 Topologa de malla.133

5.3 Proteccin de red.134

5.4 Configuracin fsica.135

5.4.1 Equipo.135

5.4.2 Partes del equipo.136

5.5 Descripcin de funciones.143

5.6 Vistas frontales de las tarjetas de puertos.149

5.7 Vistas frontales de las tarjetas de acceso.155

5.8 Resumen de funciones.158

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES162Glosario.164

Bibliografa.168

INTRODUCCION

Desde la introduccin de la tecnologa PCM (Modulacin de Pulsos Codificados) hacia 1960, las redes de comunicaciones fueron pasando gradualmente a la tecnologa digital en los aos siguientes. Para poder soportar la demanda de mayores velocidades binarias surgi la jerarqua PDH (Jerarqua Digital Plesicrona). Pero como las velocidades de transmisin de esta jerarqua no son las mismas para EU y Japn que para Europa, las pasarelas entre redes de ambos tipos es compleja y costosa. Adems si se tiene en cuenta que para poder llegar a un canal de 64Kb/s (canal de voz), habra que desarmar toda la seal PDH, hasta llegar al mismo, es decir abra que poner una cadena de multiplexores y demultiplexores, con el incremento de costo que esto significa. El objetivo de la jerarqua SDH, nacida en los aos 80's, era subsanar estas desventajas inherentes a los sistemas PDH, as como tambin normalizar las velocidades superiores a 140Mb/s que hasta el momento eran propietarias de cada compaa. La tecnologa SDH, ofrece a los proveedores de redes las ventajas que se mencionaran a continuacin.Los modernos sistemas SDH (Jerarqua Digital Sncrona) logran velocidades de 10 Gbit/s. SDH es la tecnologa mas adecuada para los "backbones", que son realmente las superautopistas de las redes de telecomunicaciones actuales por lo cual se obtiene una buena velocidad de transmisin.Comparado con los sistemas PDH tradicionales, ahora es mucho ms fcil extraer o insertar canales de menor velocidad en las seales compuestas SDH de alta velocidad. Ya no hace falta demultiplexar y volver a multiplexar la estructura plesicrona, procedimiento que en el mejor de los casos era complejo y costoso. Esto se debe a que en la jerarqua SDH todos los canales estn perfectamente identificados por medio de una especie de "etiquetas" que hacen posible conocer exactamente la posicin de los canales individuales. La tecnologa SDH permite a los proveedores de redes reaccionar rpida y fcilmente frente a las demandas de sus clientes. Por ejemplo, conmutar las lneas alquiladas es slo cuestin de minutos. Empleando un sistema de gestin de redes de telecomunicaciones, el proveedor de la red puede usar elementos de redes estndar controlados y monitorizados desde un lugar centralizado.Las modernas redes SDH incluyen varios mecanismos automticos de proteccin y recuperacin ante posibles fallos del sistema. Un problema en un enlace o en un elemento de la red no provoca el colapso de toda la red, lo que podra ser un desastre financiero para el proveedor. Estos circuitos de proteccin tambin se controlan mediante un sistema de gestin. Estas caractersticas hacen a las redes SDH muy confiables.

SDH es la plataforma ideal para multitud de servicios, desde la telefona tradicional, las redes RDSI o la telefona mvil hasta las comunicaciones de datos (LAN, WAN, etc.) y es igualmente adecuada para los servicios ms recientes, como el video bajo demanda (VOD) o la transmisin de video digital va ATM. Con SDH es mucho ms fcil crear pasarelas entre los distintos proveedores de redes y hacia los sistemas SONET. Las interfaces SDH estn normalizadas, lo que simplifica las combinaciones de elementos de redes de diferentes fabricantes. La consecuencia inmediata es que los gastos en equipamiento son menores en los sistemas SDH que en los sistemas PDH. El motor que genera toda esta evolucin es la creciente demanda de ms ancho de banda, mejor calidad de servicio y mayor fiabilidad, junto a la necesidad de reducir costos manteniendo la competitividad y obteniendo una excelente nter conectividad.El objetivo principal del desarrollo de este tema, es crear un amplio panorama a cerca de la tecnologa PDH y SDH, tomando a PDH como antecesor a SDH y basndonos en eso para introducirnos aun ms en las redes SDH ya que en la actualidad existen muchas redes basadas en esta tecnologa, es por lo mismo que se har un anlisis en equipos de Alcatel.

Esa es la causa fundamental de este trabajo, la aplicacin de dicha tecnologa en empresas que contribuyen en las comunicaciones del pas. Dicho de otra forma, proponemos una base terica para la comprensin y motivacin a tecnologas en las que se trabaja e investiga actualmente.

JUSTIFICACION DEL TEMA.La demanda actual de comunicacin de datos y la creciente integracin de computadoras y comunicacin como un solo sistema, ha llevado al desarrollo de una industria pujante que va alcanzando un rpido crecimiento y se estiman muchos ms grandes avances en el futuro, que situaran la industria de la comunicacin de datos dentro de las ms poderosas en el mundo. La comunicacin de datos es de vital importancia hoy en da en el mundo, en la actualidad utilizamos maquinas muy modernas que realizan funciones muy diversas que pueden transmitir y recibir informacin en forma de imgenes, smbolos, sonidos, etc.

Las redes de fibra ptica han permitido la ampliacin del uso de la informacin y de las comunicaciones, en la aceleracin de los negocios, transacciones electrnicas y reduccin de costos, de tal manera que los clientes obtengan mas poder para competir. En este siglo estamos viendo la consolidacin del comercio electrnico, o de los negocios virtuales, y todo ello gracias al sorprendente alcance de la tecnologa de las comunicaciones.

Ante el panorama anterior, es necesario que los ingenieros en comunicaciones tengamos conocimiento de la tecnologa usada para estas redes, por lo cual en este trabajo de tesis se presentaran las bases del funcionamiento de las redes de alta velocidad PDH y SDH, como una forma divulgacin del tema y se presenta adems una aplicacin en la cual se renen todos los conceptos para una mejor comprensin.CAPITULO 1FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICACIONES

INTRODUCCION.En lo ltimos cuatro siglos la dominio de la tecnologa ha estado presente, cada uno con avances acordes a la poca. En el siglo XVIII fue la poca de los grandes sistemas mecnicos, los cuales, fueron de la mano con la Revolucin Industrial. En el siglo XIX, el predominio de las mquinas de vapor era enorme. Para el siglo XX y principios del XXI, la tecnologa clave ha sido la obtencin, procesamiento y distribucin de la informacin. Entre otros avances, se ha visto la instalacin de redes telefnicas mundiales, la invencin de la radio y la televisin, el nacimiento y desarrollo de la industria de las computadoras, el lanzamiento de satlites de comunicacin y el desarrollo de medios de transmisin inalmbricos y de alta velocidad.

Debido al progreso de la tecnologa, estas reas estn convergiendo rpidamente, y las diferencias entre juntar, transportar, almacenar y procesar informacin desaparecen con rapidez. Al crecer nuestra habilidad por obtener, procesar y distribuir informacin, tambin crece la demanda de tcnicas de procesamiento de la informacin ms avanzadas.

En este captulo trataremos algunos conceptos bsicos de las redes de Telecomunicaciones, comenzando por conocer que significa una red, tambin se analizarn los diferentes tipos de redes y la forma en que stas se organizan, o bien, sus topologas. Adems, se vern los principales medios de transmisin, as como los tipos y tcnicas de transmisin.

1.1 REDES DE TELECOMUNICACIONES.Red: Conjunto de sistemas autnomos interconectados a travs de un medio de transmisin, para compartir informacin y recursos. Una Red de Telecomunicaciones consiste en una infraestructura fsica a travs de la cual se transporta la informacin desde la fuente hasta el destino, y con base en esa infraestructura se ofrecen a los usuarios los diversos servicios de Telecomunicaciones. Para recibir un servicio de Telecomunicaciones, un usuario utiliza un equipo terminal a travs del cual obtiene entrada a la red por medio de un canal de acceso. Cada servicio de Telecomunicaciones tiene distintas caractersticas, puede utilizar diferentes redes de transporte, y, por tanto, el usuario requiere de distintos equipos terminales. Por ejemplo, para tener acceso a la red telefnica, se necesita un aparato telefnico; para recibir el servicio de telefona celular, se requiere de telfonos porttiles con receptor y transmisor de radio, etctera.Para fines ilustrativos, se puede establecer una analoga entre las Telecomunicaciones y los transportes. En estos ltimos, la red est constituida por el conjunto de carreteras de un pas y lo que en ellas circulan son vehculos, que a su vez dan servicio a personas o mercancas. En las Telecomunicaciones se transporta informacin a travs de redes de informacin.La principal razn por la cual se han desarrollado las redes de Telecomunicaciones es que el costo de establecer un enlace entre dos usuarios de una red sera muy elevado, sobre todo considerando que no todo el tiempo todos los usuarios se comunican entre s. Es mucho mejor contar con una conexin dedicada para que cada usuario tenga acceso a la red a travs de su equipo terminal, pero una vez dentro de la red los mensajes utilizan enlaces que son compartidos con otras comunicaciones de otros usuarios. Comparando nuevamente con los transportes, a todas las casas llega una calle en la que puede circular un automvil y a su vez conducirlo a una carretera, pero no todas las casas estn ubicadas en una carretera dedicada a darle servicio exclusivamente a un solo vehculo. Las calles desempean el papel de los canales de acceso y las carreteras el de los canales compartidos.En general se puede afirmar que una red de Telecomunicaciones consiste principalmente en dos componentes, primero; un conjunto de nodos en los cuales se procesa la informacin, y segundo; un conjunto de enlaces o canales que conectan los nodos entre s y a travs de los cuales se enva la informacin desde y hacia los nodos.Desde el punto de vista de su arquitectura y de la manera en que transportan la informacin, las redes de Telecomunicaciones pueden ser clasificadas en Redes Conmutadas y Redes de Difusin.1.2 REDES CONMUTADAS.

La red consiste en una sucesin alternante de nodos y canales de comunicacin, es decir, despus de ser transmitida la informacin a travs de un canal, llega a un nodo, ste a su vez, la procesa para enviarla por el siguiente canal que llega al siguiente nodo, y as sucesivamente.El canal es el medio fsico a travs del cual viaja la informacin de un punto a otro. Sus caractersticas son importantes para una comunicacin efectiva, ya que de ellas depende en gran medida la calidad de las seales recibidas o en los nodos intermedios en una ruta. Los nodos son parte fundamental en cualquier red de Telecomunicaciones, son los encargados de realizar las diversas funciones de procesamiento que requieren cada una de las seales o mensajes que circulan o transitan a travs de los enlaces de la red. Desde un punto de vista topolgico, los nodos proveen los enlaces fsicos entre los diversos canales que conforman la red. La conmutacin es una tcnica que nos sirve para hacer un uso eficiente de los enlaces. Si no existiese una tcnica de conmutacin en la comunicacin entre dos nodos, se tendra que enlazar en forma de malla, tal como se indica en la Figura 1.1

Fig. 1.1 Conmutacin.

El nmero de enlaces mximos que pueden darse en este esquema es de:

Mientras que con una tcnica de conmutacin (la primera que surgi fue la conmutacin de circuitos) o un conmutador, este esquema se simplificara de la forma que se indica en la Figura 1.2.

Fig. 1.2 Conmutacin de circuitos1.2.1 CONMUTACION DE CIRCUITOS.

Cuando un usuario o un equipo de comunicacin realiza una llamada telefnica, el equipo de conmutacin del sistema telefnico busca una trayectoria fsica (podra ser cable o radio) que vaya desde su telfono al del receptor, a esta tcnica se le conoce como conmutacin de circuitos.

En la conmutacin de circuitos se busca y reserva una trayectoria entre los usuarios, se establece la comunicacin y se mantiene esta trayectoria durante todo el tiempo que se est transmitiendo informacin.Para establecer una comunicacin con esta tcnica se requiere de una seal que reserve los diferentes segmentos de la ruta entre ambos usuarios, y durante la comunicacin el canal quedar reservado para esta pareja de usuarios.Una propiedad importante en la conmutacin de circuitos es la necesidad de establecer una trayectoria de un extremo a otro antes de que se pueda enviar cualquier dato.

1.2.2 CONMUTACION DE MENSAJES.

La conmutacin de mensajes es una estrategia de conmutacin alterna, ya que cuando se usa esta forma, no se establece por adelantado una trayectoria de cobre fsica entre el origen y el destino. En este caso, cuando el usuario origen tiene un paquete o marco de datos para enviar, ste se almacena en el conmutador y despus se reenva, un salto a la vez. Cada paquete se recibe en su totalidad, se inspecciona en busca de errores y despus se retransmite.

El paquete de alta prioridad permanece menos tiempo en la cola que el paquete de ms baja. Esta forma de conmutacin funciona como una relacin de esclavo-maestro. El conmutador efecta monitoreos y selecciones necesarias para gestionar los paquetes que entran y salen de l. Esta tcnica de conmutacin tiene algunas desventajas, como el hecho de tener una configuracin maestro-esclavo, otra podra ser que la conmutacin de mensajes no aprovecha al mximo la lnea as como otras tcnicas.

1.2.3 CONMUTACION DE PAQUETES.En la conmutacin de paquetes, el mensaje se divide en pequeos paquetes, a cada uno se le agrega informacin de control (por ejemplo, las direcciones el origen y del destino), y stos circulan de nodo en nodo, posiblemente siguiendo diferentes rutas. Al llegar al nodo al que est conectado el usuario destino, se reensambla el mensaje y se le entrega. Esta tcnica se puede explicar por medio de una analoga con el servicio postal. Supongamos que se desea enviar todo un libro de un punto a otro geogrficamente separado.La conmutacin de paquetes equivale a separar el libro en sus hojas, poner cada una de ellas en un sobre, con la direccin del destino y depositar todos los sobres en un buzn. Cada sobre recibe un tratamiento independiente, siguiendo posiblemente rutas diferentes para llegar a su destino, pero una vez que han llegado todos a su destino, se puede reensamblar el libro.La conmutacin de circuitos y la de paquetes difieren en varios aspectos. La diferencia se basa principalmente en que la conmutacin de circuitos reserva de manera esttica por adelantado el ancho de banda requerido, mientras que la conmutacin de paquetes lo adquiere y lo libera segn se necesita. Con la conmutacin de circuitos, cualquier ancho de banda que no se use en un circuito asignado sencillamente se desperdicia. En cambio, en la conmutacin de paquetes este ancho de banda se puede utilizar para transmitir otros paquetes de fuentes no relacionadas a destinos no relacionados porque los circuitos nunca son dedicados.

1.3 REDES DE DIFUSION.En este tipo de redes se tiene un canal al cual estn conectados todos los usuarios, quienes pueden recibir todos los mensajes, pero solamente extraen del canal los mensajes en los que identifican su direccin como destinatarios. Aunque el ejemplo tpico lo constituyen los sistemas que usan canales de radio, no necesariamente tienen que ser las transmisiones va radio, ya que la difusin puede realizarse por medio de canales metlicos, como cables coaxiales. Lo que puede afirmarse es que tpicamente las redes de difusin tienen un solo nodo (el transmisor) que inyecta la informacin en un canal al cual estn conectados los usuarios. A este tipo de redes tambin se les conoce como redes no conmutadas.

Para todas las redes cada usuario requiere de un equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipment), por medio del cual tendr acceso a la red, pero que no forma parte de la misma. De esta forma, un usuario que desee comunicarse con otro utiliza su equipo terminal para enviar su informacin hacia la red, sta transporta la informacin hasta el punto de conexin del usuario destino con la red y la entrega al mismo a travs de su propio equipo terminal.Los usuarios no pueden transmitir informacin en todas las redes. Por ejemplo, en televisin o radiodifusin, los usuarios son pasivos, es decir, nicamente reciben la informacin que transmiten las estaciones transmisoras, mientras que, en telefona, todos los usuarios pueden recibir y transmitir informacin.La funcin de una red de Telecomunicaciones consiste en ofrecer servicios a sus usuarios. Cuando sta es utilizada por el pblico en general (por ejemplo, la red telefnica) se le denomina una red pblica de Telecomunicaciones. Cuando alguien instala y opera una red para su uso personal, sin dar acceso a terceros, entonces se trata de una red privada, por ejemplo: una red utilizada para comunicar a los empleados y las computadoras o equipos en general, de una institucin financiera, es una red privada.Una caracterstica importante de una red es su cobertura geogrfica, ya que sta limita el rea en que un usuario puede conectarse y tener acceso para utilizar los servicios que le ofrece. A continuacin haremos referencia a este tipo de redes clasificadas por su alcance.

1.3.1 RED DE AREA LOCAL (LAN).

Las redes de rea local, generalmente llamadas LAN (Local Area Network), son redes de propiedad privada dentro de un solo edificio o campus de hasta unos cuantos kilmetros de extensin. Se usan ampliamente para conectar computadoras personales y estaciones de trabajo en oficinas y fbricas con el objeto de compartir recursos (por ejemplo, impresoras) e intercambiar informacin.

Las redes de rea local estn restringidas en tamao, lo cual indica que el tiempo de transmisin esta limitado de plano se conoce. Esto simplifica de cierta forma la administracin de la red y usar ciertos tipos de diseo en su implementacin. Por su tecnologa de transmisin, las LAN utilizan un cable sencillo al cual estn conectadas todas las mquinas, como las lneas compartidas de una compaa telefnica que se utilizaban en reas rurales.

Fig. 1.3 Red de rea local.La palabra local se refiere a que el conjunto de ordenadores se encuentra prximo geogrficamente hablando es decir, que se encuentra en el espacio fsico de un mismo centro, como se indica en la Figura 1.3.1.3.2 RED DE AREA METROPOLITANA (MAN).Una red de rea metropolitana, o WAN (Metropolitan Area Network) es bsicamente una versin ms grande que una LAN o una conexin de dos LANs y normalmente se basa en una tecnologa similar. Podra abarcar un grupo de oficinas corporativas cercanas o una ciudad y podra ser privada o pblica. Una MAN puede manejar datos y voz, e incluso podra estar relacionada con la red de televisin por cable local. Una MAN solo tiene uno o dos cables y no contiene elementos de conmutacin, los cuales desvan los paquetes por una o varias lneas de salida potenciales. Al no tener que conmutar, se simplifica el diseo.

Fig. 1.4 Red de rea metropolitana

Un aspecto clave de las MAN es que hay un medio de difusin al cual se conectan todas las computadoras o equipos que intervienen en la comunicacin. Esto simplifica mucho el diseo comparado con otros tipos de redes. Esto se puede observar grficamente en la Figura 1.4, donde se muestra la conexin de dos redes LAN, A y B, a travs de un medio de alta velocidad como puede ser la fibra ptica.

1.3.3 RED DE AREA AMPLIA (WAN).La red de rea amplia WAN (Wide Area Network) es una red ms extensa que las anteriores, puesto que su extensin puede ser tan grande como un pas o un continente.Su caracterstica principal, adems de su gran tamao, es que los medios que utilizan deben ser pblicos. Este es uno de sus problemas; los medios pblicos, tienen capacidad limitada. Son lneas pblicas alquiladas, sujetas a grandes perturbaciones y ruidos. Su uso principal es la interconexin de redes (LAN y MAN) distantes.Un ejemplo muy claro de lo que en la actualidad es una WAN, lo tenemos en la red de redes Internet (Figura 1.5), la cual engloba una interconexin de redes LAN y MAN en un solo conjunto de elementos que comparten y distribuyen informacin.

Fig. 1.5 Red de rea amplia1.4 TOPOLOGIAS DE RED.Una topologa de red es un arreglo del cableado que interconecta a los elementos de una red o estaciones. La topologa define la organizacin de los cables distribuidos en cada una de las estaciones que integran la red, adems describen la red fsicamente y tambin nos dan informacin acerca del mtodo de acceso que se usa.

Existen diversas topologas para conformar una red, la eleccin de esta se define segn las necesidades y la infraestructura del lugar en el cual se instalar dicha red, por ejemplo, un cuarto, una oficina, un edificio,n de los cables distribuidos en cada una de las teminales que integran la red.

.

etc.

1.4.1 TOPOLOGIA DE BUS O LINEAL.

Tambin conocida como topologa lineal de bus, es un diseo simple que utiliza un solo cable al cual todas las estaciones se conectan. La topologa usa un medio de transmisin de amplia cobertura, ya que todas las estaciones pueden recibir las transmisiones emitidas por cualquier estacin. Como es bastante simple la configuracin, se puede implementar de manera barata. El problema inherente de este esquema es que si el cable se daa en cualquier punto, ninguna estacin podr transmitir y resulta imposible aislar los problemas debido a esto. En los extremos del cable existen unas piezas que se llaman Terminales, que indican el final o principio de la red. En la Figura 1.6 se muestra el diagrama de una topologa de bus.

Fig. 1.6 Topologa de bus.1.4.2 TOPOLOGIA DE ESTRELLA.En este esquema, todas las estaciones estn conectadas por un cable a un mdulo central, y como es una conexin de punto a punto, necesita un cable desde cada PC al mdulo central. Una ventaja de usar una red de estrella es que ningn punto de falla inhabilita a ninguna parte de la red, slo a la porcin en donde ocurre la falla, y la red se puede manejar de manera eficiente. Un problema que s puede surgir, es cuando a un mdulo le ocurre un error, y entonces todas las estaciones se ven afectadas.

Fig. 1.7 Topologa de estrella.1.4.3 TOPOLOGIA DE ANILLO.En esta configuracin, todas las estaciones repiten la misma seal que fue mandada por la terminal transmisora, y lo hacen en un solo sentido en la red. El mensaje se transmite de terminal a terminal y se repite, bit por bit, por el repetidor que se encuentra conectado al controlador de red en cada terminal. Una desventaja con esta topologa es que si algn repetidor falla, podra hacer que toda la red se caiga, aunque el controlador puede sacar el repetidor defectuoso de la red, as evitando algn desastre. Un buen ejemplo de este tipo de topologa es el de Anillo de seal, que pasa una seal, o token a las terminales en la red. Si la terminal quiere transmitir alguna informacin, pide el token, o la seal. Y hasta que la tiene, puede transmitir. Claro, si la terminal no est utilizando el token, la pasa a la siguiente terminal que sigue en el anillo, y sigue circulando hasta que alguna terminal pide permiso para transmitir.A diferencia de la topologa en bus, en la que la informacin que un dispositivo dejaba en el medio era recibida por todos los integrantes de la red, ahora viaja a su equipo adyacente y si no es para l se lo pasa al siguiente. Un ejemplo de este tipo de red se puede ver en la Figura 1.8

Fig. 1.8 Topologa de anillo.1.5 MEDIOS DE TRANSMISION.

La comunicacin entre dos elementos de una red puede ser a travs de diversos medios fsicos para la transmisin real; cada uno con sus propias caractersticas en trminos de ancho de banda, retardo, costo y facilidad en la instalacin y mantenimiento. Los medios se agrupan en medios guiados, como el cable de cobre y la fibra ptica, y medios no guiados como la radio y los lseres. A continuacin veremos algunos de estos.

1.5.1 PAR TRENZADO.

El medio de transmisin ms viejo y an el ms comn es el par trenzado, el cual consiste en dos alambres de cobre aislados, por lo regular de 1 mm de grueso. Los alambres se trenzan en forma helicoidal, el propsito de torcer los alambres es reducir la interferencia elctrica de pares similares cercanos, esto se debe a que dos alambres paralelos constituyen una antena simple; un par trenzado no.

La aplicacin ms comn del par trenzado se en el sistema de telfonos. Estos cables se pueden utilizar tanto para transmisin analgica como digital. El ancho de banda depende del grosor del cable y de la distancia, pero se pueden lograr varios mbits/seg durante varios kilmetros, es por esto que los pares trenzados se utilizan ampliamente adems tambin debido a su alto rendimiento y bajo costo. La estructura fsica de un par trenzado la podemos observar en la Figura 1.9.

Fig. 1.9 Par trenzado

1.5.2 CABLE COAXIAL.

Otro medio de transmisin guiado es el cable coaxial. Este cable tiene mejor blindaje que el par trenzado as que puede abarcar tramos ms largos y a mayores velocidades.

Un cable coaxial consiste en un alambre de cobre rgido como ncleo, rodeado por un material aislante. El aislante est forrado con un conductor cilndrico, que con frecuencia es una malla de tejido fuertemente trenzado. El conductor externo e cubre con una envoltura protectora de plstico. Esta proteccin y blindaje le confieren una buena combinacin de elevado ancho de banda y excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda posible depende de la longitud del cable. En la Figura 1.10 se observa un ejemplo de cable coaxial.

Fig. 1.10 Cable coaxial1.5.3 FIBRA OPTICA.

Consiste en una gua cilndrica de dimetro muy pequeo (de 10 a 300 m), recubierta por un aislante, y que transporta una seal luminosa en su interior. El funcionamiento de la fibra ptica se apoya en el principio fsico de que cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro se refracta en la frontera. Para ngulos de incidencia que se encuentren por encima de un valor crtico, la luz se refracta y regresa al ncleo; nada de ella escapa al aire. As, todo rayo de luz que incida por encima del mencionado ngulo crtico, queda atrapado en el interior de la fibra y puede propagarse a lo largo de varios kilmetros.La fibra ptica es un medio de transmisin especialmente eficaz para enlaces punto a punto. Normalmente la comunicacin es unidireccional. Para obtener una comunicacin bidireccional necesitaremos dos lneas, una para cada sentido.Lo ms comn es que a travs de la fibra ptica se transmitan seales digitales en banda base (La informacin es transmitida mediante presencia o ausencia de luz), pero tambin se estn desarrollando sistemas para la transmisin analgica, por modulacin de la amplitud de la intensidad luminosa.En un sistema de transmisin ptica se necesita un emisor y un receptor ptico. Como emisor de luz se puede utilizar un diodo LED, un diodo lser, o un lser modulado. Como receptor se utiliza un diodo de avalancha. Son estos componentes extremos los que limitan la velocidad que se puede alcanzar con la fibra. A continuacin se muestra un esquema de la fibra ptica (Figura 1.12)

Fig. 1.11 Fibra ptica1.5.4 MICROONDAS.

Las microondas son ondas electromagnticas comprendidas entre los 890Mhz y los 20 Ghz. Sin embargo las frecuencias que habitualmente son utilizadas para los enlaces de microondas (Figura 1.11) se encuentran establecidas entre 1 y 20Ghz.

Bsicamente es un medio de comunicacin que permite transmitir voz, vdeo y datos. Sin embargo, las seales de microondas solamente pueden viajar en lnea recta, es por esta razn que las antenas transmisoras de microondas necesitan tener una "lnea de vista" con su respectiva antena receptora. Habitualmente la separacin mxima entre las antenas de microondas es de 48Km, por lo que si se requiere enlazar dos puntos a una distancia mayor se requerir de varias antenas retransmisoras, comnmente denominadas como "repetidoras".

Fig. 1.12 Enlace de microondas.

1.5.5 SATELITES.

Este tipo de comunicacin puede imaginarse como si un enorme repetidor de microondas estuviese localizado en el cielo. El satlite de comunicaciones es un dispositivo que acta principalmente como reflector de las emisiones terrenas. Fsicamente, los satlites giran alrededor de la Tierra en forma sincrnica con sta a una altura de 35,680 Km., en un arco directamente ubicado sobre el ecuador; esta es la distancia requerida para que un satlite gire alrededor de la Tierra en 24 horas, coincidiendo entonces con la vuelta completa de un punto en el ecuador. Est constituido por uno o ms dispositivos receptor/transmisor, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro, amplificando la seal de entrada y despus, la retransmite a otra frecuencia, para evitar los efectos de interferencia con las seales de entrada. En la Figura 1.13 se presenta un ejemplo de un satlite dentro de un enlace satelital.

Fig. 1.13 Enlace satelital.

1.5.6 RADIOENLACES.

La comunicacin por radio consiste en que los datos que se pretenden enviar se deben insertar en una portadora radioelctrica (ondas electromagnticas que se propagan por el espacio sin gua artificial), de manera que se debe superponer la informacin que se desea transmitir a dicha portadora radioelctrica. Cuando la informacin llega a su destino el receptor recoge una parte de la energa radioelctrica transmitida. Junto a estos elementos bsicos, se requieren rganos de acoplamiento entre los equipos y el medio de propagacin; estos elementos son las antenas transmisoras y receptoras.La onda portadora es una seal electromagntica y, por tanto, puede ser perturbada por los campos electromagnticos debidos a otras seales. Existe un lmite por debajo del cual no puede reducirse el nivel de la seal, ya que en otro caso no podra extraerse la informacin til de la onda que llega al receptor (debido a las interferencias). Las interferencias son el efecto de una energa no deseada (debida a una o varias emisiones de radiaciones o a sus combinaciones) sobre la recepcin de un sistema de radiocomunicacin. Estas interferencias se manifiestan como degradacin de la calidad, o prdida de la informacin en la seal recibida.

1.6 MODOS DE TRANSMISION.Un mtodo de caracterizar lneas, dispositivos terminales, computadoras y mdems es por su modo de transmisin o de comunicacin. Las tres clases de modos de transmisin son simplex, semiduplex y duplex.1.6.1 TRANSMISION SIMPLEX.

La transmisin simplex o unidireccional es aquella que ocurre en una direccin solamente, deshabilitando al receptor de responder al transmisor. Normalmente la transmisin simplex no se utiliza donde se requiere interaccin humano-mquina. Un ejemplo de transmisin simplex son: La radiodifusin de TV y radio. Un esquema de la transmisin simplex se observa en la Figura 1.14.

Fig. 1.14 Modo de transmisin simplex.1.6.2 TRANSMISION SEMIDUPLEX.

La transmisin semiduplex o half-duplex permite transmitir en ambas direcciones; sin embargo, la transmisin puede ocurrir solamente en una direccin a la vez. Tanto transmisor y receptor comparten una sola frecuencia. Un ejemplo tpico de semiduplex es el radio de banda civil donde el operador puede transmitir o recibir, no pero puede realizar ambas funciones simultneamente por el mismo canal. Cuando el operador ha completado la transmisin, la otra parte debe ser avisada que puede empezar a transmitir. En la Figura 1.15 se muestra un esquema de este modo de transmisin.

Fig. 1.15 Modo de transmisin semiduplex.1.6.3 TRANSMISION DUPLEX.La transmisin duplex permite transmitir en ambas direccin, pero simultneamente por el mismo canal. Existen dos frecuencias una para transmitir y otra para recibir. Ejemplos de este tipo abundan en el terreno de las Telecomunicaciones, el caso ms tpico es la telefona, donde el transmisor y el receptor se comunican simultneamente utilizando el mismo canal, pero usando dos frecuencias. En la Figura 1.16 se muestra este tipo de transmisin.

Fig. 1.16 Modo de transmisin duplex.1.7 TRANSMISION ASINCRONA.

La transmisin asncrona es aquella que se transmite o se recibe un caracter, bit por bit aadindole bits de inicio, y bits que indican el trmino de un paquete de datos, para separar as los paquetes que se van enviando/recibiendo para sincronizar el receptor con el transmisor. El bit de inicio le indica al dispositivo receptor que sigue un caracter de datos; similarmente el bit de trmino indica que el caracter o paquete ha sido completado.

1.8 TRANSMISION SINCRONA.

Este tipo de transmisin es el envo de un grupo de caracteres en un flujo continuo de bits. Para lograr la sincronizacin de ambos dispositivos (receptor y transmisor) ambos dispositivos proveen una seal de reloj que se usa para establecer la velocidad de transmisin de datos y para habilitar los dispositivos e identificar los caracteres apropiados mientras estos son transmitidos o recibidos. Antes de iniciar la comunicacin ambos dispositivos deben de establecer una sincronizacin entre ellos. Para esto, antes de enviar los datos se envan un grupo de caracteres especiales de sincrona. Una vez que se logra la sincrona, se pueden empezar a transmitir datos.CONCLUSIONES.

En este captulo tratamos de dar una breve introduccin a lo que son las redes de Telecomunicaciones, sus aspectos importantes y modos de funcionamiento.

Para nuestro caso es de gran importancia ya que de esta seccin parte a lo que ser la forma en que se transmiten los datos a travs de las redes, es decir, la forma lgica y manejo de la informacin para ser transmitida.

Bsicamente podemos decir que al comienzo de este captulo se present lo que es una red y la forma en que esta se organiza, dependiendo de las necesidades que se tengan, as mismo, la forma en que viaja la informacin en medios conmutados.

En conjuncin con lo anterior, los medios que se utilizan para construir las redes son de suma importancia, enfocndonos un poco a lo que es fibra ptica debido a que se trata de un medio sobre el cual se basa la tecnologa PDH y SDH.

Y para terminar mostramos los modos y tcnicas de transmisin que se utilizan comnmente en las comunicaciones. De esta forma nos introducimos al Captulo 2, donde se presentaran fundamentos de transmisin digital.

CAPITULO 2

TRANSMISION DIGITAL

INTRODUCCION.La existencia y demanda de nuevos servicios, los requerimientos de mayor calidad de las comunicaciones y el incremento de la transmisin de voz, datos e imgenes, nos conllevan a tener nuevas demandas de sistemas de transmisin con mayores ventajas que satisfagan o que permitan implementar sistemas que cubran estas necesidades de comunicacin en el mundo actual. Como respuesta a esto, se defini un nuevo sistema conocido como Jerarqua Digital Sncrona (SDH).

Esto ha permitido el optimizar los costos e incrementar la calidad de las telecomunicaciones porque se utilizan sistemas que requieren menos mantenimiento, son ms confiables y tienen mas capacidad para transportar canales.

Pero adems de estas ventajas, tiene la caracterstica de contar con mas facilidades de administracin de red lo cual nos lleva hacia la tendencia a formar una centralizada y formar una red de redes. La Jerarqua Digital Sncrona ser la infraestructura que permita el transporte de grandes volmenes de datos, voz e imgenes a altas velocidades, constituyendo lo que algunas revistas han dado por llamar la supercarretera de la transmisin de seales digitales.

La transmisin sncrona puede ser vista como la siguiente etapa de la evolucin en las seales de la transmisin jerrquica. Una serie de estndares han sido inmiscuidos en este desarrollo. Es fundamental analizar algunos conceptos bsicos que nos ayudaran a entender con claridad este tema, es por eso que estudiaremos en este capitulo la Modulacin por Cdigo de Pulsos, as como su demostracin matemtica a travs del Teorema de Nyquist, la descripcin de los dos tipos de multiplexin y como parte final analizaremos los diversos tipos de cdigos de lnea que existen.

2.1 MODULACION PCM.

La modulacin PCM se usa en las transmisiones telefnicas. El ancho de banda de un canal telefnico es de aproximadamente 4KHz (ms precisamente de 300 a 3400 Hz), considerndose que se extiende desde 0 a 4000 Hz. Recordemos que el ancho de banda de un odo humano es de aproximadamente 20 KHz. Sin embargo, a los fines de la transmisin telefnica, 4KHz es suficiente como para transmitir seales comprensibles, que permitan reconocer la voz del interlocutor y sin ocupar ancho de banda en exceso que como sabemos es un bien muy preciado. Si, por ejemplo, quisiramos hacerle or por telfono a nuestro interlocutor el sonido de un platillo de batera (16KHz aproximadamente), no sera posible por la limitacin del ancho de banda.

Para convertir esta seal analgica telefnica en un sistema PCM, primeramente deberamos muestrear la seal teniendo en cuenta el criterio de Nyquist. Por lo tanto, esta seal de 4000Hz de ancho de banda debe muestrearse a una tasa de 8000 muestras por segundo. Cada muestra cuantizada es representada luego por 8 bits. De manera que hay un total de 256 niveles, que se extienden desde los nmeros binarios 00000000 hasta el 11111111. Como son 8000 muestras por segundo, y cada muestra es representada por 8 bits, en el lapso de un segundo se transmiten 8 x 8000 = 64000 bits. Es decir, un canal PCM de telefona tiene una velocidad de transmisin de 64kbits por segundo. Esto representa una muestra cada 125 seg (1 dividido 8000).

Mientras se transmita a la velocidad de 64Kbits por segundo se podr reconstruir la seal original.

En telefona, se pueden agrupar varios canales PCM multiplexados para formar lo que se conoce con el nombre de trama. Este es un proceso de multiplexado por divisin de tiempo (TDM), en el que se muestrean varias seales individuales en diferentes tiempos y se toma una ranura de tiempo definida para la transmisin de cada muestra sobre un canal comn.

Una trama E1 (norma europea) es un conjunto de 32 intervalos de tiempo (canales) PCM multiplexados (30 canales de audio + 1 canal de sincronismo + 1 canal de sealizacin). Es decir, se transmiten 32 canales intercalados en el tiempo. Como cada canal debe transmitirse a 64Kbits por segundo, al transmitir 32 canales multiplexados es necesario achicar la duracin de cada bit.

Cada canal dentro de una trama tiene 8 bits (se llama time slot) y como son 32 canales (32 time slots) por lo tanto resulta 8 x 32 = 256 bits por trama E1. Como se deben mantener 8000 muestras por segundo pero ahora con 256 bits, resulta 8000 x 256 = 2048000 bits por segundo. O sea 2Mbits/s.

Los time slots de la trama E1 se enumeran desde 0 a 31, reservndose el intervalo 0 para sincronizar la trama y el intervalo 16 para la transmisin de sealizacin. Comnmente se habla de un sistema PCM 30+2.

El sistema Americano tiene una configuracin similar pero de 24 canales y a la trama se la identifica como T1. Repitiendo el anlisis anterior se puede ver que la velocidad de dicha trama es de 1,5 Mbits/s (a la trama se le agrega un bit de sealizacin).La mayora de las seales sobre las que existe un inters prctico en su procesado son analgicas. Algunos ejemplos son seales de voz, biolgicas, ssmicas, seales de radar, de sonar etc.

Para poder procesarlas utilizando tcnicas de tratamiento digital hay que convertirlas previamente a formato digital. A este proceso se le conoce como conversin analgica-digital. Conceptualmente se pueden modelar este proceso en tres pasos: muestreo, cuantificacin y codificacin. Veamos en que consiste:

MUESTREO

Consiste en realizar una discretizacin temporal de la seal analgica, esto es, con el muestreo se convierte la seal en tiempo continuo x(t) en una seal en tiempo discreto x[n]. La seal discreta no es ms que una secuencia de muestras de la seal continua. Por lo general se trabaja con muestreo peridico que consiste en tomar muestras cada cierto tiempo fijo que denotamos por Ts (. Figura 2.1). Analticamente se tiene que:

Fig. 2.1 Muestreo peridico.

CUANTIFICACION.Se trata de ahora de realizar una discretizacin en amplitud. Un cuantificador convierte la seal discreta de valores de amplitud continuos, x[n], en una seal de valores de amplitud discretos, xq [n] (Figura 2.2). El conjunto de valores que puede tomar la seal en tiempo discreto pasa a ser un conjunto finito de valores. A cada uno de estos valores se le llama nivel.

Fig. 2.2 Cuantificacin.

Un ejemplo de cuantificacin seria por ejemplo el que se realiza al aproximar un nmero decimal por otro nmero con slo una cifra decimal. Realizamos por tanto una cuantificacin cuando hacemos un truncamiento o redondeo de nmeros decimales (y acotamos el intervalo de valores a aproximar). Siguiendo con este ejemplo, si tenemos una seal x[n] que toma valores comprendidos entre 0 y 1, y la cuantificamos al conjunto de niveles {0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1}, se obtienen las siguientes secuencias xq1[n] y xq2[n]. En la primera se lleva a cabo un redondeo y en la segunda un truncamiento. Esto se muestra en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Ejemplos de cuantificacin de una seal en tiempo discreto.

A la diferencia entre cada muestra cuantificada y la muestra original se le llama error de cuantificacion, eq[n]:

eq [n] = xq[n] - x[n]

CODIFICACION.Es el proceso mediante el cual cada valor discreto cuantificado se transforma en una secuencia binaria de cierto nmero de bits. Aqu terminara la tarea del conversor analogico-digital.

Para ello, lo que se hace es asignar a cada uno de los niveles de cuantificacion una palabra-codigo binaria, a priori. Si b es el nmero de bits de cada palabra cdigo y L es el nmero de niveles, se cumplir siempre que:

Al dispositivo fsico que toma la seal analgica y produce una seal digital, de acuerdo con el proceso estudiado, se le llama conversor analgico-digital.

En muchos casos es deseable convertir de nuevo las seales digitales a forma analgica tras el procesado digital. Al proceso de conversin de una seal digital a una analgica se le conoce como conversin digital-analogica.

Bsicamente este proceso consiste en unir los valores de la seal digital mediante algn tipo de interpolacin. La calidad del proceso de conversin D/A (Digital / Analgico) depender del tipo de interpolacin realizada. Algunos ejemplos pueden ser:

Aproximacin por escalones con un circuito mantenedor

Interpolacin lineal

Interpolacin cuadratica

En el caso de las seales analgicas con un ancho de banda finito (con una componente de frecuencia mxima finita) es posible reconstruir la seal original a partir de sus muestras sin prdida alguna de informacin. Existe pues en este caso una forma optima de interpolacin, un interpolador ideal. S vera con ms detalle al estudiar ms adelante el Teorema de Muestreo de Nyquist.

2.2 MUESTRO DE SEALES ANALOGICAS. Centraremos nuestro anlisis en el muestreo peridico o uniforme, que es el que ms se emplea en la prctica. Matemticamente se describe como:

En esta expresin x[n] es la seal en tiempo discreto obtenida tomando muestras de la seal en tiempo continuo cada Ts segundos. Al tiempo Ts se le conoce como periodo o intervalo de muestreo. Al inverso de este tiempo se le llama frecuencia de muestreo y se le suele denotar por fs:

El valor de fs indica el nmero de muestras que se toma por segundo y se mide en hertz (Hz) en el Sistema Internacional.

El muestreo peridico establece una relacin entre las variables de tiempo continuo y discreto, t y n, a travs del periodo o la frecuencia de muestreo:

Como consecuencia de esto tambin existir una relacin entre la variable frecuencia de las seales analgicas y la variable frecuencia de las seales discretas. Para determinar esta relacin vamos a considerar el muestreo de una seal analgica sinusoidal real:

Si se muestrea a una velocidad de fs muestras por segundo, resulta la secuencia:

Observando la secuencia x[n] resulta que su expresin es la de una sinusoide real en tiempo discreto.

De frecuencia

Esta relacin entre las variables frecuencia continua y discreta se cumple de forma general siempre. Se puede obtener el mismo resultado fcilmente para seales sinusoidales complejas. Tambin es habitual expresar esta relacin utilizando pulsaciones (frecuencias angulares),

Donde d es la pulsacin discreta y o la pulsacin analgica.

De acuerdo con esto, es posible obtener la misma secuencia x[n] muestreando seales analgicas de frecuencias distintas x1(t) y x2(t). Por ejemplo, suponga que muestreamos dos seales analgicas de la misma amplitud y misma fase, para de frecuencias fo1=200 Hz. y fo2=500 Hz. respectivamente. Para ello se emplea unas frecuencias de muestreo de 1000 Hz en el primer caso y de 2500 Hz en el segundo. De este modo, las secuencias de muestras x1[n] y x2[n] sern idnticas y su frecuencia discreta ser fd1 = fd2=0.2 u.t.d-1.

Volviendo al estudio de la relacin entre las frecuencias continua y discreta tras el muestreo, surge una importante cuestin con respecto a los rangos de definicin de ambas variables. Vimos que para el conjunto de seales sinusoidales complejas en tiempo continuo la frecuencia poda tomar valores ente - y +. Sin embargo, en el caso discreto bastaba con considerar el intervalo

-- 0.5 < fd 0.5

Para tener caracterizada toda la familia completa de sinusoides complejas discretas. Sustituyendo entonces ahora el valor de fd por fo / fs resulta que tras el muestreo se ha de cumplir que

Por tanto, la frecuencia de la seal analgica a muestrear debe ser menor que la mitad de la frecuencia de muestreo empleada. Si se sobrepasa para una sinusoide real el valor mximo de

Lo que ocurre es que el muestreo introduce ambigedad y no se podr determinar de nuevo la seal original. Se dice entonces que se ha cometido aliasing o solapamiento espectral.

Estudiemos el efecto de cometer aliasing con un ejemplo de muestreo de seales sinusoidales reales. Suponga que se muestrea a 40 Hz. Las siguientes seales analgicas:

Las frecuencias de estas sinusoides son, pues fo1=10 Hz. y fo2=50 Hz. respectivamente. La expresin matemtica de la seal discreta que se obtiene en cada caso es:

Las seales discretas son iguales. Observe que en el segundo caso la frecuencia analgica es mayor que la mitad de la frecuencia de muestreo (f2/2=40Hz.) Si se introducen las secuencias por un conversor digital-analgico trabajando a 40 Hz., se obtendr la misma seal analgica xr1(t)= xr2(t)= x1(t). Por lo tanto, ya no es posible recuperar de nuevo la seal x2 (t) porque se produjo aliasing.

En resumen, slo es posible reconstruir sin ambigedad seales que sean muestreadas a una frecuencia de muestreo fs que sea mayor que el doble de la mxima frecuencia de la seal:

Esto es precisamente lo que dice formalmente el Teorema de Muesteo de Nyquist.

2.3 TEOREMA DE MUESTREO DE NYQUIST.Dada una seal analgica x(t) de energa finita, con un ancho de banda finito B=fomax , sta puede ser muestreada y despus ser recuperada totalmente a partir de sus muestras x[n] si se emplea una frecuencia de muestreo

As, se recupera x(t) sin prdida de informacin utilizando la funcin de interpolacin

De acuerdo con la siguiente frmula de interpolacin:

La mnima frecuencia fs necesaria para muestrear correctamente cierta seal se denomina frecuencia de Nyquist:

En el caso de que x(t) est definida en trminos de potencia, entonces se ha de emplear una frecuencia de muestreo que sea estrictamente mayor que el doble de la frecuencia mxima:

Cuando se utiliza la frecuencia de Nyquist, la formula de interpolacin ideal puede expresarse as:

La Figura 2.3 ilustra la conversin D/A ideal realizada con esta interpolacin. Se observa como la seal recuperada es la suma de seales tipo sinc centradas en mltiplos enteros del periodo de muestreo en los instantes nTs- y cuyas amplitudes son los valores de las muestras de la seal en dichos instantes, x(nTs).

Fig. 2.3 Recuperacin de una seal analgica muestreada a la frecuencia de Nyquist.En la prctica, se dispone siempre de un nmero finito de muestras de la seal y no es posible generar funciones sinc perfectas, por lo que est frmula de interpolacin ideal es slo de inters terico. Los sistemas reales se implementan en base a otros mtodos de interpolacin aproximados.

Es importante mencionar que en los conversores A/D, para evitar el problema del solapamiento espectral o aliasing, antes de realizar el muestreo se hace pasar a la seal analgica por un filtro paso bajo de frecuencia de corte:

As se evita el paso de componentes de la seal de mayor frecuencia que la mxima permitida por el Teorema de Nyquist. A este sistema se le llama filtro antialiasing o filtro antisolapamiento.

2.4 CUANTIFICACION.Es el proceso de convertir una seal discreta de amplitud continua en una seal digital, expresando cada muestra por medio de un nmero finito de dgitos (precisin finita).

Al error cometido al representar la seal de valor continuo utilizando un conjunto finito de valores se denomina error de cuantificacin. Para cada muestra el error ser:

Puede por tanto modelarse el funcionamiento de un cuantificador como un sumador que suma a la seal original x[n] una seal de ruido eq[n] (Figura 2.4). Es por ello y por sus caractersticas estadsticas que tambin se llama a eq[n] ruido de cuantificacin.

Fig. 2.4 Modelo sumador de un cuantificador

La funcin que describe la operacin de cuantificacin se conoce como curva caracterstica del cuantificador, xq=Q(x), y siempre es una funcin escalonada. Esta curva relaciona los valores de las muestras a la entrada con el valor que toman a la salida del cuantificador.

La Figura 2.5 muestra el ejemplo de un cuantificador con L=8 niveles. Estos niveles estn distribuidos de manera uniforme. A la diferencia que existe entre niveles consecutivos se la denota y se la conoce como escaln de cuantificacin o resolucin.

Fig. 2.5 Curva caracterstica de un cuantificador uniforme.

En la zona normal de funcionamiento del cuantificador, el error estar siempre acotado por un valor que depende directamente del tamao del escaln de cuantificacin. Existe un valor mnimo y un valor mximo a la entrada, xmin y xmax, que limitan la zona donde debe encontrarse la seal para ser correctamente cuantificada. Esta zona recibe el nombre de zona granular. Si los valores de la seal sobrepasan estos lmites entonces el error cometido no estar acotado. El efecto observado ser un recorte de la seal en los intervalos de tiempo donde se han superado los lmites. A est regin de funcionamiento se la conoce como zona de saturacin o sobrecarga.

Llamaremos margen dinmico del cuantificador, 2xm, a

El tamao del escaln de cuantificacin est directamente relacionado con el margen dinmico y el nmero de niveles (que a su vez depende del nmero de bits por palabra de cdigo):

Tambin se cumple que:

Donde xqmin y xqmax, son los valores cuantificados mximo y mnimo, respectivamente.

Fijado el margen dinmico, cuanto mayor sea el nmero de niveles, menor ser el escaln de cuantificacin y por tanto el error de cuantificacin.

Tambin es importante elegir adecuadamente el margen dinmico en funcin de la seal de entrada a digitalizar:

Si se hace pequeo el valor de 2xm, aunque tambin disminuya el escaln de cuantificacin, la seal puede verse recortada porque entra en la zona de saturacin. Entonces ocurrir que en vez de conseguir que el error disminuya, en ciertas zonas se disparar: el error mximo cometido ser muy alto y no estar controlado.

Si 2xm es demasiado grande frente al valor de pico de la seal, entonces sta al ser cuantificada slo utilizar los niveles de cuantificacin de menor valor. El error relativo cometido ser muy elevado. Adems estaremos desaprovechando bits, ya que apenas se emplearn las palabras cdigo de los niveles ms altos, t por tanto podra expresarse la misma informacin empleando un menor nmero de bits por nivel.

Para medir la calidad de la conversin A/D, en lo que se refiere a la cuantificacin, se emplea la relacin entre las potencias de la seal de entrada y la del ruido de cuantificacin:

Recibe este valor el nombre de relacin seal a ruido de cuantificacin y se suele expresar en decibelios:

Evidentemente, cuanto mayor sea la relacin seal a ruido, mejor ser la calidad de la conversin.

Bajo los siguientes supuestos es posible llegar a una expresin de la relacin seal a ruido en funcin del nmero de bits b y el margen dinmico de cuantificacin 2xm, y del valor cuadrtico medio de la seal original x:

La seal est siempre dentro del margen dinmico del cuantificador. El ruido de cuantificacin estar acotado, se cumplir que

El nmero de niveles es suficientemente elevado como para considerar al ruido de cuantificacin estadsticamente independiente de la seal. La secuencia eq[n] se estudia entonces como una seal aleatoria de distribucin uniforme que se sume a las muestras originales x[n].

En ese caso se puede demostrar que la relacin seal a ruido de cuantificacin viene dada por:

Donde se ha puesto que b= log2L. Como ya habamos visto, esta expresin tambin nos muestra que, cuando se trabaja en la zona granular:

Si se aumenta en nmero de bits, mejora la relacin seal a ruido y por tanto la calidad de la cuantificacin realizada.

Si se aumenta el margen dinmico, disminuye la relacin seal a ruido.

Como ejemplo, las grabaciones de CD de audio, donde se utiliza una frecuencia de muestreo de 44.1 khz., 16 bits de codificacin por muestra, y un margen dinmico 2xm8x. Esto proporciona relaciones seal a ruido por encima de 90dB.

2.5 CODIFICACION.La codificacin se basa en la asociacin de un binario nico a cada nivel de cuantificacin. As, si se dispone de L niveles, se necesitarn al menos un nmero b de bits tal que

Ya hemos visto que cuanto mayor sea el nmero de bits, mayor es el nmero de niveles de que podemos disponer y mejor ser la relacin seal a ruido de cuantificacin.

En general, cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo y mayor el nmero de bits de cuantificacin del conversor A/D, ms caro resultar el dispositivo. La codificacin de los niveles puede realizarse de cualquiera forma siempre que cada nivel quede identificado por un nmero binario nico. A continuacin (Tabla 2.2) se muestran algunos ejemplos tpicos de codificacin, utilizando un cuantificador de 8 niveles (3 bits por nivel):

Tabla 2.2 Ejemplos de codificacin para 8 niveles de cuantificacin.

2.6 MULTIPLEXION.La multiplexin es la transmisin simultnea de varios canales de informacin separados en el mismo circuito de comunicacin sin interferirse entre s. Para la comunicacin de voz, esto significa dos o ms canales de voz en una sola portadora. Para los sistemas telefnicos significa muchos canales en un slo par de cables o en una sola lnea de transmisin coaxial. La transmisin simultnea puede llevarse a cabo por divisin de tiempo o por divisin de frecuencia.

2.6.1 MULTIPLEXION POR DIVISION DE TIEMPO.La multiplexin por divisin de tiempo (TDM) es un medio de transmitir dos o ms canales de informacin en el mismo circuito de comunicacin utilizando la tcnica de tiempo compartido. Se adapta bien a las seales binarias que consisten en impulsos que representan un dgito binario 1 o 0. Estos impulsos pueden ser de muy corta duracin y sin embargo, son capaces de transportar la informacin deseada; por tanto, muchos de ellos pueden comprimirse en el tiempo disponible de un canal digital. La seal original puede ser una onda analgica que se convierte en forma binaria para su transmisin, como las seales de voz de una red telefnica, o puede estar ya en forma digital, como los de un equipo de datos o un ordenador.

En la Figura 2.6 puede verse un diagrama simplificado del sistema TDM con tres canales de informacin simultneos. Las seales analgicas se muestrean y la MAI los transforma en impulsos, y despus la MIC codifica los muestreos. Despus los muestreos se transmiten en serie en el mismo canal de comunicacin, uno cada vez. En el receptor, el proceso de desmodulacin se sincroniza de manera que cada muestreo de cada canal se dirige a su canal adecuado. Este proceso de denomina mltiplex o transmisin simultnea, porque se utiliza el mismo sistema de transmisin para ms de un canal de informacin, y se llama TDM porque los canales de informacin comparten el tiempo disponible.

La parte de preparacin de la seal y modulacin del sistema se denomina multiplexor (MUX), y la parte de desmodulacin se llama desmultiplexor (DE-MUX). En el MUX, un conmutador sincronizado (interruptor electromecnico) conecta secuencialmente un impulso de sincronizacin, seguido por cada canal de informacin, con la salida. La combinacin de este grupo de impulsos se denomina cuadro. El impulso de sincronizacin se utiliza para mantener al transmisor y al receptor sincronizados, es decir, para mantener en fase el sincronizador del receptor con el del transmisor. En el DEMUX, un desconmutador dirige impulsos de sincronizacin hacia el sincronizador del receptor, y el muestreo de informacin enva los impulsos hasta sus canales correctos para su posterior anlisis.

Fig. 2.6 Diagrama simplificado TDM.Una ventaja de la TDM es que puede utilizarse cualquier tipo de modulacin por impulsos. Muchas compaas telefnicas emplean este mtodo en sus sistemas MIC/TDM.

2.6.2 MULTIPLEXION POR DIVISION DE FRECUENCIA.Al igual que la TDM, la multiplexin por divisin de frecuencia (FDM) se utiliza para transmitir varios canales de informacin simultneamente en el mismo canal de comunicacin. Sin embargo, a diferencia de la MDT, la MDF no utiliza modulacin por impulsos. En MDF, el espectro de frecuencias representado por el ancho de banda disponible de un canal se divide en porciones de ancho de banda ms pequeos, para cada una de las diversas fuentes de seales asignadas a cada porcin. Explicado de forma sencilla, la diferencia entre los dos sistemas es sta: En MDF, cada canal ocupa continuamente una pequea fraccin del espectro de frecuencias transmitido; en MDT, cada canal ocupa todo el espectro de frecuencias durante slo una fraccin de tiempo.

Fig. 2.7 Multiplexor.

En la Figura se muestra cmo funciona un sistema MDF. En el transmisor (Figura 2.7), las frecuencias de cada canal se cambian por medio de moduladores y filtros equilibrados. Entonces las salidas de los filtros se alimentan a un MUX, donde se sitan una junto a otra en un canal de banda ancha para su transmisin en grupo.

Fig. 2.8 Demultiplexor.

En el receptor (Figura 2.8), un DEMUX cambia los canales a sus frecuencias originales mediante filtrado. A continuacin, las seales filtradas pasan a un modulador equilibrado y despus a un filtro PB para su posterior recuperacin. Se observa en la Figura 2.9.

Fig. 2.9 Seales filtradas.

2.6.3 MULTIPLEXADO ESTADISTICO O ASINCRONO.

Es un caso particular de la multiplexacin por divisin en el tiempo. Consiste en no asignar espacios de tiempo fijos a los canales a transmitir, sino que los tiempos dependen del trfico existente por los canales en cada momento. Sus caractersticas son:

Tramos de longitud variables.

Muestreo de lneas en funcin de su actividad.

Intercala caracteres en los espacios vacos.

Fuerte sincronizacin.

Control inteligente de la transmisin.

Los multiplexores estticos asignan tiempos diferentes a cada uno de los canales siempre en funcin del trfico que circula por cada uno de estos canales, pudiendo aprovechar al mximo posible el canal de comunicacin.

2.7 CODIGOS DE LINEA.

Teniendo ya la seal discretizada en tiempo (muestreo) y discretizada en amplitud (cuantificacin). Se dispone de una seal de M smbolos cuya tasa de transmisin se mide en bits. Para convertir la seal a digital faltara convertir los smbolos a bits. Esto implica que los unos y ceros resultantes deben ser representados con formas de onda especficas que influirn en: Potencia de transmisin, ancho de banda, facilidad de recuperacin del reloj en el receptor, deteccin y correccin de errores, etc.

Al hablar de la tcnica PCM estamos agrupando distintos procesos que se realizan dentro de ella. En general, estos procesos son el muestreo, la cuantizacin y la codificacin. Dentro de cada uno de estos procesos existen diversas variantes o mtodos para realizarlos. A la asignacin de formas de ondas arbitrarias para los unos y ceros se le llama Codificacin de lnea. La transmisin de datos en forma digital a travs de cualquier medio de transmisin implica una cierta codificacin. A esta codificacin se realiza sin que exista una modulacin se le conoce como un cdigo de lnea en banda base.

Entre estos existen varios mtodos o esquemas de codificacin los cuales cuentan con diferentes caractersticas como un nivel de corriente directa presente, la opcin de deteccin de errores, inmunidad a la inversin (por si se invierte involuntariamente la polaridad). Uno de los efectos ms importantes de la codificacin de lnea es el ancho de banda, a continuacin deduciremos el espectro de la seal aleatoria que resulta al aplicar sobre la seal muestreada y cuantificada un proceso de codificacin de lnea.

En la Figura 2.10 se muestran las formas de representar los unos y ceros, para diversos cdigos de lnea.

Fig. 2.10 Representacin grfica de los diversos cdigos de lnea

La primera y segunda se les llama NRZ (Non Return to Zero) debido a que el nivel del uno o el cero es constante durante todo el intervalo de bit (No baja a cero). Si es polar, el uno y el cero tienen representaciones opuestas. La codificacin RZ (Return to Zero) se caracteriza porque a la mitad del intervalo de bit el nivel de uno o del cero va a cero. Finalmente el cdigo AMI (Alternate Mark Inversion) se caracteriza porque los unos van alternando entre +V y V, mientras que el cero esta asociado a cero voltios de manera fija; este ultimo cdigo permite detectar algunos errores de transmisin al detectarse la violacin del mismo (2 unos seguidos con un mismo nivel).

Para conseguir la densidad espectral de los diferentes cdigos de lnea la representaremos como se muestra en la figura 2.11.

Fig. 2.11 Representacin de la densidad espectral.

Algunas caractersticas importantes de cada cdigo se pueden visualizar fcilmente en su funcin espectral, tanto al observarlas con ejes lineales. La transformada rpida de Fourier (FFT) ser utilizada para analizar los espectros, utilizando solamente la magnitud de sta. Sin embargo, se cuenta con varias codificaciones, algunas son:

C:\Users\CONTINUACJ.htmlC:\Users\PUL_ABSCJ.html NO RETORNO A CERO (NRZ)

AMI

4B3T

HDB3

MANCHESTER Y MANCHESTER DIFERENCIAL

2.7.1 CODIGO RZ RETORNO A CERO.

La transmisin de datos de forma digital a travs de cualquier medio de transmisin implica una cierta codificacin. Uno de estos cdigos es el llamado Retorno a Cero o RZ. RZ (acrnimo de "Return to Zero") es un cdigo con retorno al nivel cero, en el cual durante el paso de un bit a otro bit del mismo signo (paso de "1" a "1" de "0" a "0") se vuelve siempre al nivel cero

La grabacin de medios magnticos, utilizando cdigos RZ, consiste en grabar dominios de magnetizacin inversa, mediante impulsos de corriente en sentidos contrarios. De este modo se obtienen dos impulsos por cada bit grabado o detectado: un impulso negativo seguido de uno positivo si se detecta un cero, o un impulso positivo seguido de uno negativo si se detecta un uno. El tamao de los dominios viene determinado por el ancho de los impulsos y por la velocidad con la que se desplace el medio de grabacin.

Las ventajas de este cdigo: tiene grabado el reloj de lectura y permite diferenciar entre el "1" y el "0". Su inconveniente es que se desperdicia mucho espacio, pues las zonas desmagnetizadas que existen entre cada dos dominios no guardan informacin, con lo que la densidad de almacenamiento que es posible alcanzar, es muy baja.

El cdigo RB (Return to Bias) es una evolucin del cdigo RZ con la variacin de que las zonas desmagnetizadas se polarizan negativamente. As, un "1" se representa como en el cdigo RZ, mientras que la falta de seal se interpreta como un "0", del mismo modo que sucede en el cdigo NRZI.

La codificacin RZ se caracteriza porque a la mitad del intervalo de bit el nivel de uno o del cero va a cero.

2.7.2 CODIGO NRZ NO RETORNO A CERO.

La forma ms frecuente y fcil de transmitir seales digitales es mediante la utilizacin de un nivel diferente de tensin para cada uno de los bits. Los cdigos que siguen esta estrategia comparten la propiedad de que el nivel de tensin se mantiene constante durante la duracin del bit, es decir, no hay transiciones (no hay retorno al nivel cero de tensin). Por ejemplo la ausencia de tensin se puede usar para representar un 0 binario, mientras que un nivel constante y positivo de tensin puede representar al 1.

En las transmisiones en banda base se utilizan directamente seales digitales de forma directa, por ejemplo 5 voltios indican "1" y 0 voltios indican "0". El mtodo ms inmediato se denomina cdigo NRZ (no retorno a cero Non Return to Zero) y asigna un nivel alto de tensin para la representacin de un 1 lgico y nivel bajo de tensin para el cero lgico. El segundo, denominado cdigo de no retorno a cero invertido (NRZI), representa la informacin por cambio de niveles. De esta manera, un cambio de nivel se utiliza para representar un 1 lgico y la ausencia de transicin representa la asignacin del cero. Los dos mantienen constante el nivel de tensin mientras dura un bit. Los datos se codifican mediante la presencia o ausencia de una transicin de la seal al principi del intervalo de duracin del bit. Un 1 se codifica mediante la transicin (bajo a alto o alto a bajo) la principio del intervalo del bit, mientras que un cero se representa por la ausencia de transicin.El NRZI es un ejemplo de codificacin diferencial. En esta codificacin en lugar de determinar el valor absoluto, la seal se codifica comparando la polaridad de los elementos de seal adyacentes. Una ventaja de este esquema es que en presencia de ruido puede ser ms seguro detectar una transicin en lugar de comparar valor con un umbral. Otra ventaja es que en un sistema complicado de transmisin, no es difcil perder la polaridad de la seal.

La principal limitacin de las seales NRZ es la presencia de una componente de continua y la ausencia de capacidad de sincronizacin. Estos mtodos no ofrecen al receptor un medio para determinar el ritmo con el que el emisor enva los bits, es decir, el ritmo del reloj del emisor.

Representaremos cada cdigo de lnea por una seal y(t) la cual se puede representar matemticamente como la convolucin de una seal aleatoria impulsiva (x(t)) con una seal determinstica que para NRZ es un pulso de ancho tb y para RZ es uno de ancho 0. 5 tb, Algo de esto se indica en la Figura 2.12, y en la Figura 2.13 se muestra el espectro de una seal codificada en NRZ.

Fig. 2.12 Representacin Matemtica

Fig. 2.13 Espectro de la seal NRZ

2.7.3 CODIGO DE LINEA AMI.

En el cdigo AMI(Transmisin Bipolar Alternate Marks Inversion) un 0 binario se representa por ausencia de seal y el 1 binario por pulsos de polaridad alternante (positivo o negativo). Este tipo de esquema ofrece la ventaja de que la sincronizacin es ms fcil, de hecho, slo la aparicin de largas cadenas de ceros la dificulta. Adems, no hay componentes de continua en la seal debido a la alternancia de los pulsos. La alternancia de los unos facilita la deteccin de errores.

Es uno de los cdigos ms empleados en la transmisin digital a travs de redes WAN. Este formato no tiene componente de corriente continua residual y su potencia a frecuencia cero es nula. Se verifican estos requisitos transmitiendo pulsos con un ciclo de trabajo del 50% e invirtiendo alternativamente la polaridad de los bits 1 que se transmiten. Dos valores positivos sin alternancia entre ellos sern interpretados como un error en la lnea. Los 0's son espacios sin presencia de voltaje. El formato Bipolar es en realidad una seal de tres estados (+V, 0,-V).

Este tipo de esquema tiene las siguientes ventajas:

En primer lugar, no habr problemas de sincronizacin en el caso de que haya una cadena larga de 1(unos). Cada 1 fuerza una transicin por lo que el receptor se puede sincronizar en dicha transicin. Una cadena larga de ceros todava es un problema.

En segundo lugar, ya que los elementos de seal correspondientes a 1 alternan el nivel de tensin, no hay componente continua. Adems, el ancho de banda de la seal resultante es considerablemente menor que el correspondiente a NRZ.

Por ltimo, la alternancia entre los pulsos proporciona una forma sencilla de detectar errores. Cualquier error aislado, tanto si elimina como si introduce un pulso, significa un incumplimiento de dicha propiedad.

BnZs es un esquema de sealizacin que aumenta las capacidades del cdigo AMI reemplazando las secuencias de n 0's binarios consecutivos por una secuencia preestablecida de smbolos que violan la regla AMI. De esta forma se incrementa la densidad de unos en el cdigo transmitido. En la Figura 2.14 se muestran los diagramas para los cdigos de lnea mencionados anteriormente.

Fig. 2.14 Diagramas de cdigos de lnea.

2.7.4 CODIGO 4B3T.

Con un servicio BRI, donde el interfase U es una conexin de par trenzado, se emplean cdigos de lnea que permiten reducir la tasa de bits, es decir, en un solo pulso de la seal transmitida se consigue representar ms de un bit, con el objetivo de alcanzar altas velocidades de transmisin sobre la lnea sencilla y econmica. Adems, estos cdigos de lnea reducen la diafona, o modulacin entre diferentes lneas, ya que logran que las seales en la lnea tengan variaciones de amplitud ms pequeas entre pulsos adyacentes.

Los cdigos de lnea mencionados se nombran como mBnL, lo que significa que una secuencia de m bits se transmite como n pulsos de seal. Los cdigos empleados con RDSI son el 2B1Q en Norteamrica y el 4B3T en Europa.

Con el cdigo 4B3T (tambin conocido como MMS 43) se representa cada grupo de cuatro bits con tres pulsos de seal. Los pulsos pueden tener tres niveles de tensin; positivo, negativo y nulo, representados como +, - y 0. Esto permite una tasa de bits de , es decir una reduccin de .2.7.5 CODIGO HDB3.

El cdigo HDB3 pertenece a los cdigos de lnea llamados Tcnica de Altibajos. Consiste en sustituir secuencias de bits que provocan niveles de tensin constantes por otras que garantizan la anulacin de la componente continua y la sincronizacin del receptor. La longitud de la secuencia queda inalterada, por lo que la velocidad de transmisin de datos es la misma; adems el receptor debe ser capaz de reconocer estas secuencias de datos especiales. Los objetivos en el diseo de estas tcnicas son:

Evitar la componente en continua.

Evitar las secuencias largas que correspondan a seales de tensin nula.

No reducir la velocidad de datos.

Capacidad para detectar errores.

El esquema de codificacin basado en Norteamrica se llama B8ZS y el utilizado en Europa y Japn es el HDB3, ambos se basan en la codificacin AMI.

En el esquema HDB3, se reemplazan las cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. En este caso, el cuarto cero se sustituye por un estado de seal no permitido en el cdigo, este procedimiento se denomina violacin del cdigo.

En las violaciones siguientes, se considera una regla adicional para asegurar con ello que tengan una polaridad alternante y as no introducir componente en continua. Si la ltima violacin fue positiva, la siguiente debe ser negativa y viceversa. Esta condicin se determina dependiendo si el nmero de pulsos desde la ltima violacin es par o impar y dependiendo de la polaridad del ltimo pulso anterior a la aparicin de los cuatros ceros.

La mayor parte de la energa se concentra en una regin estrecha en torno a la frecuencia correspondiente a la mitad de la razn de datos. Por tanto, estos cdigos son adecuados para la transmisin a altas velocidades. La Tabla 2.3 muestra en resumen la configuracin de este tipo de cdigo de lnea. Un ejemplo de una seal codificada con HDB3, se ilustra en la Figura 2.15.HDB3 (High Density Bipolar-3 Zeros):

Nmero de 1s desde la ltima sustitucinPARIMPAR

Pulso anterior positivo+ 00 ++ 000 +

Pulso anterior negativo- 00 -- 000 -

Tabla 2.3 Configuracin HDB3

Fig. 2.15 Representacin en cdigo HDB3

2.7.6 CODIGO MANCHESTER.

En la codificacin Manchester, cada perodo de un bit se divide en dos intervalos iguales. Un bit binario de valor 1 se transmite con valor de tensin alto en el primer intervalo y un valor bajo en el segundo. Un bit 0 se enva al contrario, es decir, una tensin baja seguida de un nivel de tensin alto.

Este esquema asegura que todos los bits presentan una transicin en la parte media, proporcionando as un excelente sincronismo entre el receptor y el transmisor. Una desventaja de este tipo de transmisin es que se necesita el doble del ancho de banda para la misma informacin que el mtodo convencional.

2.7.7 CODIGO MANCHESTER DIFERENCIAL.

La codificacin Manchester Diferencial es una variacin puesto que en ella, un bit de valor 1 se indica por la ausencia de transicin al inicio del intervalo, mientras que un bit 0 se indica por la presencia de una transicin en el inicio, existiendo siempre una transicin en el centro del intervalo. El esquema diferencial requiere un equipo ms sofisticado, pero ofrece una mayor inmunidad al ruido. El Manchester Diferencial tiene como ventajas adicionales las derivadas de la utilizacin de una aproximacin diferencial.

Todas las tcnicas bifase fuerzan al menos una transicin por cada bit pudiendo tener hasta dos en ese mismos periodo. Por tanto, la mxima velocidad de modulacin es el doble que en los NRZ, esto significa que el ancho de banda necesario es mayor. No obstante, los esquemas bifase tienen varias ventajas:

Sincronizacin: debido a la transicin que siempre ocurre durante el intervalo de duracin correspondiente a un bit, el receptor puede sincronizarse usando dicha transicin. Debido a esta caracterstica, los cdigos bifase se denominan auto-sincronizados.}

No tienen componente en continua.

Deteccin de errores: se pueden detectar errores si se detecta una ausencia de la transicin esperada en la mitad del intervalo. Para que el ruido produjera un error no detectado tendra que intervenir la seal antes y despus de la transicin.

Los cdigos bifase se usan con frecuencia en los esquemas de transmisin de datos. Unos de los ms conocidos es el cdigo Manchester que se ha elegido como parte de la especificacin de la normalizacin IEEE 802.3 para transmisin 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 normalizacin IEEE 802.5 para redes LAN en anillo con paso de testigo, en las que se usan pares trenzados apantallados. Figura 2.16

Fig. 2.16 Diferencia entre Manchester y Manchester Diferencial.

2.8 TABLAS DE COMPARACION. A continuacin se presenta en la Tabla 2.3 un comparativo de algunos de los cdigos que se explicaron a detalle en los puntos anteriores, en la tabla se aprecian los diferentes formatos de acuerdo a cada cdigo.Definicin de los formatos de codificacin digital de seales

No retorno a cero (NRZ-L)

0 = nivel alto

1 = nivel bajo

No retorno a cero invertido (NRZI)

0 = no hay transicin al comienzo del intervalo (un bit cada vez)

1 = transicin al comienzo del intervalo

Bipolar AMI

0 = no hay seal

1 = nivel positivo o negativo alternante

Manchester

0 = transicin de alto a bajo en mitad del intervalo

1 = transicin de bajo a alto en mitad del intervalo

Manchester Diferencial

Siempre hay una transicin en mitad del intervalo

0 = transicin al principio del intervalo

1 = no hay transicin al principio del intervalo

HDB3

Igual que el Bipolar-AMI, excepto que cualquier cadena de cuatro ceros se reemplaza por una cadena que contiene una violacin de cdigo.

Tabla 2.3 Comparacin de los cdigos

CONCLUSIONES.

Las bases tericas han sido establecidas en el capitulo 1 y 2, es importante analizar ahora su aplicacin en los subsiguientes captulos. La transmisin PDH es la primer jerarqua en ser implementada para la transmisin de voz, el diseo y estructura de la red PDH vino a solucionar los inconvenientes de transmisin que se requeran hace unas dcadas, aprovechando todos los recursos de la misma e implementando los ltimos avances en transmisin, esta red fue propicia para usarse en los sistemas de transmisin cuando el nivel de trafico era pequeo.

No obstante los servicios proporcionados tambin crecieron y hasta entonces se cubri esta demanda. Pero como era de esperarse las necesidades de comunicacin crecen todava ms y por lo tanto tambin crece la necesidad de enriquecer los recursos de la red. Entonces las caractersticas de la red PDH sirven para implementar nuevas y ms veloces redes que ahora satisfagan las demandas. En el capitulo 4 continuaremos con la evolucin de las Redes de Alta velocidad ahora con el estudio de una nueva y ms veloz red: la red SDH.

CAPITULO 3

JERARQUIA DIGITAL PLESIOCRONA

(PDH)

INTRODUCCION.

A finales de los aos 70s debido a que los sistemas de modulacin PCM no fueron suficientes para transmitir una gran cantidad de informacin por el mismo medio de transmisin, surgieron los sistemas de la Jerarqua Digital Plesicrona (PDH Plesiocrhonus Digital Hierarchy), mejor conocidos como multiplexores digitales de alto orden.

Al aumentar la velocidad de transmisin se tuvo como limitante el ancho de banda del medio de transmisin, lo cual fue superado con el empleo de terminales pticas. Los sistemas PDH procesan flujos digitales provenientes de los sistemas PCM u otros sistemas, combinndolos en un solo flujo digital de mayor velocidad, con la nica condicin de que los flujos digitales entrantes (tributarios) tengan la misma velocidad nominal entre s.

La Jerarqua Digital Plesicrona parece ser simple en sus principios, pero en la practica existen complicaciones. Cuando se multiplexan un numero de canales de 2Mbps y estos fueron creados por diferentes equipos, para cada generacin hay una diferencia ligera de velocidad. As antes de que esos canales puedan intercalar bits de informacin falsa para compensar tales diferencias de la velocidad.

Los bits de informacin falsa o bits de justificacin son reconocidos cuando la demultiplexacin ocurre y rechazados para obtener la seal originalmente es un proceso conocido como operacin plesicrona. Esto ocurre tambin en los niveles de jerarqua de multiplexado, as los bits de justificacin son adicionados para cada paquete. El uso de operacin plesicrona por toda la jerarqua fue llevado ala adopcin del termino Jerarqua Digital Plesicrona.

La reduccin en el costo de los circuitos integrados y los avances en la transmisin por fibras pticas condujeron a un explosivo incremento de los enlaces PDH con una relativa eficiencia de los costos. Sin embargo, el problema era que aun cuando la malla de los enlaces se incrementaba cada da ms y ms, realmente no se estaba conformando lo que era una red. No exista flexibilidad, ni facilidades de control o de administracin.

En PDH no se tienen las facilidades de insertar o segregar canales. Si se desea hacer esto, por ejemplo al sacar una seal de 2Mbps de un flujo de 140Mbps se tendran que instalar todos los multiplexores para bajar la seal de cuarto a primer orden.

Otra deficiencia del PDH es la falta de capacidad de monitoreo. Las administraciones telefnicas se ven presionadas para dar a sus abonados mas calidad de servicio y en este aspecto ala red PDH le falta mucha informacin para tener las facilidades de administracin y supervisin de redes necesarias.

Estas limitaciones no son tan crticas para una red que bsicamente maneja servicios de red para voz, para los nuevos servicios principalmente de transmisin de datos, vdeo y otros, la red PDH empieza a ser ineficiente.3.1 JUSTIFICACION POSITIVA.

En PDH cada velocidad de transmisin debe tener una exactitud en frecuencia de +/- 50 ppm a +/- 15 ppm dependiendo del nivel jerrquico. Este requerimiento, puede ser satisfecho por los equipos de transmisin PDH usando osciladores internos de cristal de cuarzo de bajo costo, que pueden funcionar sin necesidad de sincronizacin por parte de una fuente externa comn. Debido a que cada multiplexor PDH incluye adaptacin de velocidad para las seales tributarias usando justificacin positiva, no existe acumulacin de tolerancias de frecuencias, de manera que la velocidad de transmisin original es recuperada ala salida del multiplexor. Variaciones de fase de la seal de reloj debidas ala adaptacin de la seal de reloj pueden ser reducidas usando lazos de amarre de fase.

En una red asncrona los relojes de los equipos son independientes. La temporizacin de frecuencias tienen el mismo valor nominal de 2048 Kbps; sin embargo, en ellas hay variaciones alrededor de este valor y son contenidas dentro de los lmites especificados. Debido a estas variaciones las seales son llamadas seales Plesicronas. En la Figura 3.1 se muestra la diferencia entre las seales plesicronas y las seales sncronas. Haciendo una analoga, suponemos que los camiones son tributarios que entrarn a un andn de carga para que su informacin sea transportada a un camin ms grande. En el ambiente plesicrono los camiones entrarn desfasados en instantes de tiempo pequeos. Por el contrario, en el ambiente sncrono los camiones llegarn al mismo tiempo.

Fig. 3.1 Seales plesicronas y sncronas.En las seales plesicronas se tienen velocidades nominales similares, pero con tolerancia y fase diferentes, por lo que el reloj del sistema del equipo multiplexor hace uso de un sistema de justificacin por pulsos positivos, como se muestra en la Figura 3.2.

Fig. 3.2 Justificacin por pulsos positivos.

3.2 NIVELES JERARQUICOS PDH

En los aos 70s, comenz a usarse la jerarqua PDH sistemas de primer orden en donde un canal telefnico se muestrea, se cuantifica y se codifica para formar un tren de datos con una velocidad de 64 Kbit/s que despus se combinar (Multiplexacin por Divisin en el Tiempo TDM) a velocidades mayores, agregndose canales de sincrona, alarmas y de sealizacin. Esto se llama entrelazado secuencial de bits.

3.2.1 ESTANDAR EUROPEO.

Despus, para evitar un excesivo nmero de enlaces de 2 Mbit/s, se decidi implementar jerarquas de multiplexacin superiores. El estndar adoptado en Europa fue el incluir la combinacin de cuatro canales de 2 Mbit/s para formar un canal de 8 Mbit/s. Aqu, la forma de entrelazado de la informacin es bit a bit. Para satisfacer la necesidad del constante aumento de troncales se crearon otros niveles de multiplexacin que son los de 34 Mbit/s, 140 Mbit/s y 565 Mbit/s. Comenzando por 2 Mbit/s y terminando por 565 Mbit/s, es a lo que conocemos como las jerarquas europeas de primero a quinto orden (ver Figura 3.3) PDH de Jerarqua Europea y Americana. La Tabla 3.1 muestra la jerarqua europea.

NivelVelocidad kbit/s

Lo. Orden2048

2o. Orden8448

3o