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TEMA 6 TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES: INTERFACES Y MODEMS 6.1 TRANSMISIÓN DE DATOS DIGITALES La transmisión de datos binarios por un enlace se puede llevar a cabo en modo paralelo o en modo serie. Transmisión paralela Agrupando los datos se pueden enviar n bits al mismo tiempo en lugar de uno solo. El mecanismo es conceptualmente sencillo usar n hilos para n bits Tiene la ventaja de la velocidad, sin embargo e oste aumenta al multiplicarse el cableado. Se limita habitualmente a distancias cortas. Transmisión serie En este caso un bit sigue a otro. Puesto que la comunicación dentro de los dispositivos es paralela es necesario usar dispositivos de conversión en la interfaz entre el emisor y la línea.

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La transmisión serie puede llevarse de dos maneras

Transmisión asíncrona: Se denomina así debido a que la temporización de la señal no es importante. En lugar de ella, la información se recibe y traduce siguiendo patrones acordados. Se enviara un bit de inicio (cero) al inicio y uno o mas bits de parada (unos) al final de cada byte. Dentro de cada byte el receptor si debe estar sincronizado. La adición de bits de inicio y parada y de los intervalos de inserción hace que la transmisión sea más lenta. Será importante en conexiones de baja velocidad; por ejemplo de un Terminal a un computador.

Transmisión síncrona: En este caso se envía un bit detrás de otro sin bits de inicio/parada o intervalos. Es responsabilidad del receptor agrupar bits. Si el emisor desea enviar datos en ráfagas separadas deben rellenarse como una secuencia de cerios y unos que indican vacío.

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6.2 INTERFAZ DTE-DCE En una comunicación hay cuatro unidades básicas involucradas, un DTE y un DCE en un extremo y un DTE y un DCE en el otro. Un DTE genera los datos y los pasa a su DCE que los convierte a un formato apropiado y los introduce en la red. Cuando llega la señal al receptor, se efectúa el proceso inverso. Para entendernos un DTE podría ser un ordenador y un DCE un modem Equipo Terminal de datos (DTE) Incluye cualquier unidad que funcione como origen o destino para datos digitales binarios Equipo Terminal del circuito de datos (DCE) En cualquier dispositivo que transmite o recibe datos en forma de señal analógica o digital a través de una red. Estándares Cada estándar proporciona un modelo para las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la conexión. La EIA y la ITU-t están involucradas en el desarrollo de los estándares de la interfaz DTE-DCE. Los estándares de la EIA se denominan EIA-232, EIA 442, EIA-449,…Los de la ITU-T se denominan serie V y serie X. Interfaz EIA 232 La versión más reciente no sólo define el tipo de conectores a usar, sino también los cables y conectores específicos y la funcionalidad de cada patilla.

RED

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Especificación mecánica Define la interfaz como un cable de 25 hilos con un conector de patillas DB-25 macho y uno hembra. La longitud del cable no puede exceder de 15 metros (cerca de 50 pies). Un conector DB-25 es un enchufe con 25 patillas o receptáculos, cada uno de los cuales está conectado a un único hilo y tiene una función específica. Especificación eléctrica Define los niveles de voltaje y el tipo de señal a transmitir en cualquier dirección entre el DTE y el DCE. Todos los datos deben transmitirse como 0 y unos lógicos usando codificación NRZ-L con el 0 definido como un voltaje positivo y el uno como un voltaje negativo. Para que sea reconocida como datos, la amplitud de una señal debe estar entre 3 y 15 voltios o entre -3 y -15 voltios. Permitiendo que las señales estén en un rango de 12 voltios, hace improbable que la degradación de la señal por ruido afecte a su reconocibilidad como podemos ver en la figura Control y temporización Sólo 4 de los 25 hilos disponibles se usan para datos; los 21 restantes están reservados para control, temporización, tierra y pruebas. La especificación eléctrica del EIA-232 define que las señales distintas a las de los datos deben enviarse usando OFF (menor que 3 voltios) y ON (mayor que + 3 voltios).

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La especificación funcional Hay disponibles dos implementaciones distintas:

Implementación DB-25: Cada función de comunicación tiene una función espejo, o respuesta para el tráfico en la dirección opuesta, para permitir la operación full-dúplex. Por ejemplo la patilla 2 es para transmitir datos, mientras que la 3 es para recibirlos. No todas las patillas son funcionales. La 9 y la 10 se reservan para usos futuros; la 11 esta todavía sin asignar.

Implementación DB-9: Muchas de las patillas de la implementación DB-25 no son necesaria para una comunicación asíncrona sencilla, por lo que esta versión sólo usa 9 patillas.

Ejemplo de funcionamiento Hay 5 pasos distintos desde la preparación hasta la terminación:

Paso1: Muestra las preparaciones para la transmisión Paso2: Asegura que los cuatro dispositivos están listos;

o DTE emisor envía un mensaje de listo a su DCE(20) o DCE hace lo mismo al DTE (6) o Lo mismo para la pareja receptora

Paso3: Establece la conexión física entre módem emisor y receptor: o DTE emisor envía a su DCE petición para enviar (4) o DCE emisor transmite señal portadora al receptor o Este indica a su computadora que comienza la transmisión (8) o DCE emisor envía a su DTE un mensaje de listo para enviar (5)

Paso4: Procedimiento de transferencia de datos: o El emisor transfiere datos as u MODEM (2) acompañado por

una señal de temporización (24) o El MODEM los convierte en una señal analógica y los envía por

la red o El MODEM receptor recibe la señal, los vuelve a convertir a

digitales y los pasa a su computadora(3) junto con el pulso de temporización (17)

Paso5: Una vez finalizadas las transmisiones amabas computadora desactivan los circuitos petición-para-enviar; los módems desconectan sus señales portadoras, sus detectores de señal de línea recibida y sus circuitos listo-para enviar.

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Módem nulo Proporciona la interfaz DTE-DTE sin DCE. Es una interfaz EIA-232 que completa los circuitos necesarios para hacer que los DTE de los extremos crean que tienen un DCE y una red entre ellos. Por ejemplo cruza los cables de forma que la patilla 2 (Salida de datos) se cruce con la patilla 3 (entrada de datos de la otra estación.

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6.4 MÓDEMS El tipo más familiar de DCE es un módem. Módem significa Modulador/demodulador. Un Modulador convierte una señal digital en una señal analógica usando ASK, FSK, PSK o QAM; un demodulador revierte el proceso de modulación. Tasa de transmisión Hay factores limitaciones sobre esta tasa: Ancho de banda Está relacionado con la limitación inherente de las propiedades físicas del medio. Las líneas telefónicas tradicionales pueden transportar frecuencias entre 300 Hzs y 3300 Hzs lo que les de un ancho de banda de 3000, todo este ancho se utiliza para transmitir voz pero los datos requieren un grado más elevado de exactitud por lo que el ancho de banda efectivo par es de 2400 que cubre el ancho de 600Hzs a 3000HZs. Velocidad del módem Como ya vimos anteriormente dependerá de que use ASK, FSK, PSK o QAM. La siguiente tabla resume la tasa de bits máxima sobre líneas telefónicas estándares de par trenzado. Asumen una línea tradicional bifilar. Si usan líneas de cuatro cables, la tasa de datos puede ser el doble. En ese caso dos cables se usarían para mandar y dos para recibir datos

Modulación Semidúplex Dúplex ASK 2400 1200 FSK <2400 <1200 2-PSK 2400 1200 4-PSK 4QAM 4800 2400 8-PSK 8-QAM 7200 3600 16-QAM 9600 4800 32-QAM 12000 6000 64-QAM 14400 7200 128-QAM 16800 8400 256-QAM 19200 9600

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Estándares para módems Se presentan dos estándares: Módems Bell

Serie103/113: Opera en duplex Transmisión asíncrona FSK Tasa de datos 300bps

Serie 202: Modo semidúplex Transmisión Asíncrona FSK Incluye una frecuencia de transmisión secundaria ASK

• Interrupción o reenvió de datos Serie 212:

Tiene 2 velocidades Permite mayor compatibilidad Velocidad lenta:

o 300 bps o Modulación FSK o Transmisión asíncrona

Velocidad rápida o 1200 o Transmisión síncrona o asíncrona o Modulación 4-PSK

Serie 201: Semidúplex en líneas bifilares Duplex sobre líneas de 4 cables Modulación síncrona usando 4-PSK 2400 bps

Serie 208: Duplex en líneas de 4 hilos Modulación 8-PSK 4800 bps

Serie 209 Duplex en líneas de 4 hilos Modulación 16-QAM 9600 bps

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6.5 MODEMS DE 56K Los módems tradicionales tienen limitaciones en la tasa de datos. Los de 56K se pueden usar sólo si uno de los componentes de la comunicación esta usando señalización digital como por ejemplo un proveedor de Internet. Son Asimétricos en tanto que puede recibir datos a una velocidad de 56 y emitir a una velocidad de 33,6. 6.6 MODEM DE CABLE La televisión por cable utiliza cables coaxiales con un ancho de banda de hasta 750 MHz lo que proporciona una mayor tasa de datos.

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TEMA 7 MEDIOS DE TRANSMISION DE DATOS Las señales se transmiten en forma de energía electromagnética Espectro electromagnético

Los medios se pueden dividir en dos grandes categorías: Guiados y no guiados. 7.1 MEDIOS GUIADOS Son aquellos que proporcionan un conductor de un dispositivo al otro Cable de par trenzado Cable de par blindado sin blindaje (UTP) Es el más frecuente. Esta formado por dos hilos conductores cada uno con su aislamiento plástico de color. Se trenzo el cable por que así, ninguno de los dos cables estaba siempre más cerca de una posible fuente de ruido.

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Las ventajas del UTP son su coste y facilidad de uso. Se usa en Ethernet y anillos con paso de testigo.

La EIA Ha desarrollado estándares para graduar los UTP según su calidad:

Categoría 1: Es el de los teléfonos; adecuado para la voz ero no para datos que no sean a baja velocidad.

Categoría 2: Voz y transmisión de datos hasta 4 Mbps Categoría 3: Al menos 9 trenzas por metro. Hasta 10 Mbps. Es el

estándar en la mayoría de los sistemas de telefonía. Categoría 4: Transmisión a 16 Mbps Categoría 5: Hasta 100 Mbps.

Los conectores UTP machos tienen una pestaña móvil que los bloquean cuando quedan conectados en el hembra. Cada hilo de un cable está unido a un conductor o patilla del conector. Los más frecuentes son los RJ45, que tienen 8 conductores, uno para cada hilo de cuatro pares trenzados. Cable de para trenzado blindado (STP) Tiene una funda de metal o un recubrimiento de malla entrelazada que rodea cada para de conductores aislados. Esta carcasa evita que penetren ruidos indeseados o interferencias. El STP tiene las mismas consideraciones de calidad y usa los mismos conectores que el UTP pero es necesario conectar el blindaje a tierra.

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Cable coaxial Transporta señales con rangos de frecuencia más altos que los cables de pares trenzados. Tiene un núcleo conductor central formado por un hilo sólido o enfilado recubierto por un aislante de material dieléctrico que a su vez está recubierto por un hoja exterior de metal conductor, malla o un combinación de ambas que sirve como segundo conductor y como blindaje contra el ruido. Fibra óptica La fibra óptica está hecha de plástico o cristal y transmite las señales en forma de luz. La fibra óptica usa la reflexión para transmitir la luz a través de un canal. Un núcleo de cristal o plástico se rodea con una cobertura menos densa. La diferencia de densidad debe ser tal que el rayo de luz que s mueve a través del núcleo sea reflejado por la cubierta en lugar de refractado por ella. La información se codifica dentro de un rayo de luz como series de destellos encendido-apagado que representan los 0 y los 1.

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Hay dos modos de propagación

Multimodo: Hay múltiples rayos de luz de una fuente luminosa que se mueven por el núcleo a través de caminos distintos.

De índice escalonado: La densidad del núcleo permanece constante En la interfaz hay un cambio abrupto de densidad Esto hace que cada rayo o bien viaje recto o se refracte o se

refleje Cada rayo tendrá una diferente longitud de camino Se provocará distorsión

De índice gradual: Densidad variable, mayor en el centro del núcleo y decrece

hacia los bordes La distorsión será mucho menor

Monomodo: usa fibra de índice escalonado Fuente muy enfocada con un rango muy pequeño de ángulos Diámetro más pequeño Densidad sustancialmente menor No hay distorsión

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Composición del cable La fibra está formada por un núcleo rodeado por una cubierta. En la mayoría de los casos esta fibra esta cubierta por un nivel intermedio que la protege de la contaminación. Finalmente todo el cable está encerrado por una carcasa exterior. Tanto el núcleo como la cubierta pueden estar hechos de plástico o cristal Fuentes de luz diversas para los cables ópticos

Diodo emisor de Luz (LED): Es barata pero proporciona luz desenfocada. Para distancias cortas

Láser: Conservan el carácter de la señal en distancias considerables. Ventajas de la fibra óptica

Inmunidad al ruido Menor atenuación de la señal Ancho de banda mayor

Desventajas de la fibra óptica

Coste Instalación y mantenimiento Fragilidad

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7.2 MEDIOS NO GUIADOS Transportan ondas electromagnéticas sin usar un conductor físico. Propagación de las ondas de radio Tipos de propagación

Propagación en superficie Propagación troposférica

o Línea recta de antena a antena o Con cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera

donde se refleja hacia la tierra Propagación ionosférica: Hasta la ionosfera donde se refleja hacia la

tierra. Permite grandes distancias con menor potencia de salida. Por visión directa: Propagación por el espacio.

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Propagación de señales específicas

VLF: Ondas de frecuencia muy baja; como ondas de superficie. Se usan principalmente para radio-navegación de largo alcance y para comunicación submarina.

LF: También como ondas de superficie. Como radio-balizas o

localizadores de navegación

MF: Frecuencia media; se propagan en la troposfera. La mayoría con antenas de visión directa. Radio AM, Radio marítima, buscadores autodireccionales y frecuencias de emergencia.

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HF: Alta Frecuencia. Usan propagación ionosférica. Radioaficionados,

radio de bandas ciudadanas (CB), emisiones internacionales, comunicaciones militares, comunicaciones de larga distancia para aviones y barcos, teléfonos, telégrafos y faxes.

VHF: Frecuencia muy alta. Usan propagación de visión directa. Incluye Tv VHF, radio FM y AM de aviones y ayuda de navegación de aviones.

UHF: Frecuencia Ultra alta siempre se usan en propagación de visión directa. TV. UHF, teléfonos móviles, buscadores y los enlaces de microondas

SHF: Frecuencia superalta. Principalmente visión directa y algo de propagación espacial. Microondas terrestres y satélite y la comunicación radar

EHF: Extremadamente alta. Propagación espacial. Usos predominantemente científicos; Radar, satélite y comunicaciones experimentales

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Repetidores Incrementan la distancia útil de las microondas terrestres. Constituyen la base de la mayoría de los sistemas de telefonía contemporánea alrededor del mundo. Antenas Dos tipos:

- Parabólica: - De cornete

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Comunicación vía satélite Viene a ser equivalente a transmisiones de microondas por visión directa en la que las estaciones son satélites que están orbitando la tierra. El satélite produce que las limitaciones impuestas sobre la distancia por la curvatura de la tierra sean muy reducidas. Para asegurar una comunicación constante, el satélite debe moverse a la misma velocidad que la tierra de forma que parezca que está fijo en un determinado punto. Se denominan satélites geosincrónicos. La altura a la que la velocidad orbital hace que el satélite sea estacionario es de 36000 Kms., siendo necesarios 3 satélites para cubrir todo el planeta. La transmisión desde la tierra al satélite se denomina enlace ascendente. La que va desde el satélite a la tierra se denomina enlace ascendente.

Banda Enlace descendente Enlace ascendente C 3.7 a 4.2 GHz 5.925 a 6.425 GHz Ku 11.7 a 12.2 14 a 14.5 Ka 17.7 a 21 27.5 a 31

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210

110 log ( )PdB P=

Telefonía celular Se diseño para proporcionar conexiones de comunicaciones estables entre dos dispositivos móviles o entre una unidad móvil y una unidad estacionaria (tierra). Cada área de servicio celular se divide en regiones llamadas células, cada una de la cuales contiene una antena y esta controlada por una pequeña central. Esta está controlada por una Central de conmutación de telefonía móvil (MTSO). El radio de la célula dependerá de la densidad de población y variara entre 2 y 20 Km. 7.3 DETERIORO DE LA TRANSMISION

Atenuación: Significa pérdida de energía. Para compensar esta perdida se usan amplificadores para amplificar la señal. Para medir la potencia que una señal ha perdido o ganado, los ingenieros usan el término decibelio (dB), que mide las potencias relativas de dos señales o de una misma señal en dos puntos distintos. dB será negativo si se ha disminuido y positivo si se ha aumentado.

Donde P1 y P2 representan la potencia de la señal en los puntos 1 y 2 Distorsión: Significa que la señal ha cambiado su forma de onda.

Ocurre en una señal compuesta, formada por distintas frecuencias. Cada componente tiene su propia velocidad de propagación y por tanto su propio retraso en la llegada al destino final.

Ruido: Un factor externo corrompe la señal.

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cfλ =

2log (1 / )C B S N= +

7.4 PRESTACIONES

Rendimiento: Es la medida de la velocidad con que los datos pueden pasar a través de un punto. En otras palabras, si se considera cualquier punto del medio de transmisión como una pared a través de la cual pueden pasar los bits, el rendimiento indica el nº de bits que pueden pasar esa pared en un segundo.

Velocidad de propagación: mide la distancia a la cual una señal de bit

puede viajar a través de un medio en un segundo.

Tiempo de propagación: mide el tiempo necesario para que una señal (o un bit) viaje de un punto de un medio de transmisión a otro. Se calcula dividiendo la distancia por la velocidad de propagación.. Habitualmente se normaliza en Km.

7.5 LONGITUD DE ONDA Relaciona el periodo o la frecuencia de una onda seno aislada con la velocidad de propagación en el medio. Mientras la frecuencia de una señal es independiente del medio, la longitud de onda depende tanto de la frecuencia como del medio. Es la distancia que una señal aislada puede viajar en un periodo; Longitud de onda= Velocidad de propagación X periodo o lo que es lo mismo donde c es la velocidad de propagación y f la frecuencia. 7.6 CAPACIDAD DE SHANON Es la máxima tasa de datos teórica de un canal. donde B es el ancho de banda del canal S/N es la razón señal/ruido C es la capacidad de Shannon en bps.

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