Tema3 transmsion datos dte

Tema 3Transmisión de datos

María del Carmen Romero [email protected]

Despacho G1.47 – 1ª planta L3http://www.dte.us.es/personal/mcromero

Curso 2004/2005ARC1

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María del Carmen Romero Ternero [email protected] 2

ÍndiceIntroducciónConceptos básicos y terminología

DefinicionesClasificación de las transmisionesRepresentación de señales

Perturbaciones en la transmisiónMedios de transmisiónTransmisión de datosMultiplexaciónInterfaz RS-232


IntroducciónLa energía para transmitir datos puede ser eléctrica, ondas de radio, luminosa, etc

Cada tipo tendrá sus propiedades y requisitos de transmisiónPodrá utilizar diferentes medios físicos de transmisión (cobre, aire, vidrio...)

Transmisor necesita:Hardware especial para transformar datos en energíaUna conexión hardware con el medio de transmisión utilizado

Receptor necesita:Hardware especial para transformar energía en datosUna conexión hardware con el medio de transmisión utilizado

Transmisor ReceptorMedios de TxDATOS DATOS


Conceptos básicos y terminologíaCanal: medio de transmisión al que se le acoplan un transmisor y un receptor y, por tanto, tiene asociado un sentido de transmisión

Analógico: información suministrada al transmisor es analógicaDigital: información suministrada al transmisor es digitalEl tipo de canal lo imponen los equipos, no el medio

Circuito: canal en cada sentido de transmisiónEnlace: circuito con controladores de los equipos terminales de datos (camino de transmisión entre Txor y Rxor)Enlace directo: enlace en el que la señal se propaga sin usar dispositivos intermedios que no sean amplificadores o repetidoresConfiguración o enlace punto a punto: enlace directo entre dos dispositivos que comparten un medio de transmisiónConfiguración multipunto: el medio es compartido por más de 2 dispositivos


Conceptos básicos y terminologíaSímbolo o elemento de señalización:

Aquella parte de la señal que ocupa el intervalo más corto correspondiente a un código de señalización.

Digital: un pulso de tensión de amplitud constanteAnalógico: un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantes

Velocidad en símbolos (Vs) o velocidad de modulación (Vm):Es el número máximo de símbolos que se pueden transmitir en un segundo.Se calcula como: nº símbolos/1segSe mide en baudios.Se asocia a la línea de transmisión.

Velocidad de transmisión serie o régimen binario (Vt o R):Es el número máximo de elementos binarios que pueden transmitirse por unidad de tiempo.Se calcula como: nº de bits en un periodo/periodoSe mide en bps (bit/s).Se asocia al circuito de datos.


Conceptos básicos y terminologíaUnidades de medida

1.000.000.000.000.000.000.000.000 bitsYottabits (Yb)1024

1.000.000.000.000.000.000.000 bitsZettabits (Zb)1021

1.000.000.000.000.000.000 bitsExabits (Eb)1018

1.000.000.000.000.000 bitsPetabits (Pb)1015

1.000.000.000.000 bitsTerabits (Tb)1012

1.000.000.000 bitsGibabits (Gb)109

1.000.000 bits Megabits (Mb)106

1.000 bitsKilobits (Kb)103


Clasificación de las transmisionesSegún el sentido de la transmisión:

Símplex (simple)

Half-duplex (semi-dúplex)

Full-duplex (dúplex)

A B

A B

A B


Clasificación de las transmisiones (II)

Tipos de comunicaciones

Paralela

Serie

Bus

E/S paralela

Asíncrona(2 relojes)

Síncrona(1 solo reloj)

Heterosincronizada(2 líneas: datos y reloj)

Autosincronizada(1 línea: datos+reloj)

Orientada al bit

Orientada al carácter

Orientada al carácter

Txor Rxor

Txor Rxor

Txor Rxor


Transmisión paralelaTodos los bits de un dato se transmiten a la vezSon necesarias tantas líneas como nº de bits contenga el dato a TxTipos:

BusLíneas de direcciones, datos, control y alimentaciónReglas estrictas de comunicacionesElementos muy acoplados (CPU y memoria)Distancias muy pequeñas (típicamente <1m)Ejemplo: bus de datos entre CPU y memoria

E/S paralelaMenor número de líneasMenor dependencia entre elementosCable plano o manguera multiconductoraEjemplo: impresora


Transmisión serieSe transmiten los bits secuencialmente

Problema: cómo reconoce el receptor que tiene un bit válido para leer es necesario conocer el reloj con el que se generó la secuencia de bitsTipos:

AsíncronaSíncrona


Transmisión serie asíncronaSólo se transmiten los datos; Txor y Rxor tienen su propio relojLa señal permanece a 1 mientras no se transmiteSe delimita el envío de 1 carácter (5-10bits) con 1 bit de comienzo (START) y 1 , 1.5 ó 2 bits de parada (STOP)Txor y Rxor deben estar de acuerdo previamente


Transmisión serie síncronaLa señal de reloj debe transmitirse:

En una línea separada (heterosincronizada)Codificando dicha señal con los datos que se Tx (autosincronizada)

Los datos se delimitan por una serie de caracteres o bitsPuede ser:

Orientada al carácter: se trata el bloque de datos como una secuencia de caracteres (8 bits)

Orientada al bit: se trata el bloque de datos como una secuencia de bits (flag de inicio de bloque-datos-flag fin de bloque)

Emisor Receptor...... ...carácter

Emisor Receptor...... ...Flag inicio bloque Flag fin bloque

Datos

Flag inicio bloque

Datos

Flag fin bloque

Txor Rxor

Txor Rxor


Transmisión serie vs. paralelaVentajas de la transmisión serie:

Número de líneas bastante menorMenor coste, sobre todo cuando aumentan las distancias

Ventajas de la transmisión paralela:Mayor velocidadMayor simplicidad


Representación de señalesUna misma señal puede ser representada de 2 formas:

En el dominio del tiempo s(t) representación cartesianaEn el dominio de la frecuencia S(f) representación espectral

Ambas representaciones implican una misma realidad física.Todas las señales son funciones reales y, por tanto, las transiciones son continuas en el tiempo (aunque puedan ser muy rápidas).


Representación de señales. Ejemplos


Análisis de FourierCualquier señal está constituida por componentes sinusoidales de distintas frecuencias:

Señales periódicas (suma finita):s(t)=C0+C1sin(2πf1t+ϕ1)+ C2sin(2πf2t+ϕ2)+...+ Cnsin(2πfnt+ϕn)

Señales no periódicas (suma infinita):S(f)=∫s(t)e-j2 π ftdt S(f)=∫s(t)ej2π ftdt

Cuantos más sumandos se consideren, más se parecerá la señal s(t) a la señal que queremos representar.


Análisis de Fourier. Ejemplo


Espectro y ancho de bandaEspectro de frecuencias (frecuency spectrum)

Conjunto de frecuencias que constituyen una determinada señalAncho de banda absoluto

Anchura del espectro de frecuencias completoSe mide en Hz (hercios) o s-1

Ancho de banda relativoAnchura del espectro de frecuencias donde se concentra la mayor parte de la energía de la señalSe mide en Hz (hercios) o s-1

Ancho de banda absoluto

Ancho de banda relativo

Frecuencia (Hz)

Amplitud (V)


Ancho de banda y canalSe puede hacer una representación espectral de la señal a transmitir y del canal por donde se va a transmitirSi ambos espectros coinciden, la señal se puede transmitir tal cual por ese canal, si no coinciden, hay que transformar (modular) la señal antes de transmitirla

Canal telefónico

Hz

Hz

300 3400


Relación entre Vt y AB del canalSupongamos la señalcorrespondiente a la secuencia1010101...Su desarrollo en serie de Fourier es:

s(t)= A x 4 x Σ sen(2πkf1t)

Limitando el ancho de banda a las 4 primeras componentes:

-A

A

0

Ampli

tud de

la se

ñal

periodo=T=1/f1

Tiempo

K=1 K impar

∞

π k

(4/π) [sen(2πf1t)+(1/3)sen(2 π(3f1)t)+ (1/5)sen(2 π(5f1)t) + (1/7)sen(2 π(7f1)t)]


Relación entre Vt y AB del canal (II)Vt para el caso de esa señal cuadrada: Vt = 2/T = 2 f1 bpsSi f1 = 1 MHz:

necesitamos AB = 6 MHz en el canalVt = 2 Mbps

Si f1 = 2 MHz:necesitamos un AB = 12 MHz en el canalVt sería de 4 Mbps AB efectivo

4 componentes espectrales(f1=1MHz)

Frecuencia (MHz)

Amplitud (V)

1 3 5 7 9 11 13

AB efectivo4 componentes espectrales

(f1=2MHz)

Frecuencia (MHz)

Amplitud (V)

2 226 2610 1814


Relación entre Vt y AB del canal (III)Suponemos que ABcanal = 12MHz, podemos (a) o (b):

(a) Mantener la velocidad de transmisión:Se mantiene la frecuencia de la señal (f1)Por el canal cabrían 7 armónicos en vez de 4Misma velocidad y mayor ancho de banda mayor calidad de la señal

(b) mantener la calidad de la señal:Se mantiene el nº de ármonicos Se aumenta la frecuencia de la señal (f1)Misma calidad y mayor ancho de banda mayor Vt

Cuanto mayor es el ABcanal, mayor puede ser la Vt de la señal


Relación entre Vt y AB del canal (IV)

Ancho de banda 4000 Hz






Pulsos después de la transmisión:

Pulsos antes de ser transmitidos:Razón de bits: 2000 bps

Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0


Relación Vs - AB y Vs - VtSe ha demostrado que:

Vs = N x AB [baudios]donde N es una constante que puede variar entre: (peor caso) 1 ≤ N ≤ 2 (mejor caso)AB es el ancho de banda del canalEn el caso ideal Vs = 2 x ABComo regla práctica Vs = AB

Si al codificar la información en una señal analógica 1 símbolo representa a n bits, podemos decir que:

Vt = n x Vs [bps]

Vs está limitada por el AB del canal, pero no la VtVt está limitada por el ruido del canal (Shannon)


Perturbaciones en la transmisiónLas señales son alteradas durante la transmisión.Estas alteraciones provocan:

Degradación de calidad en señales analógicas.Errores en señales digitales.

Las perturbaciones más significativas son:AtenuaciónDistorsión de retardoDesvanecimiento o fadingRebotes en los cables o ecosRuidos:

Diafonía TérmicoDe intermodulaciónImpulsivo


Unidad de medida de potenciaDecibelio: unidad logarítmica que expresa la relación entre dos magnitudes (medida relativa):dB’s = 10 log P1/P2

Se justifica:Debido a que la energía decae de forma logarítmicaLas ganancias y pérdidas se pueden calcular con sumas y restas


AtenuaciónPérdida de potencia de la señal a medida que se propaga por el medio, causada por las características físicas del medio.

Medios guiados: pérdida de energía logarítmica (dB/Km).Medios no guiados: función de las condiciones atmosféricas.Se utilizan amplificadores o repetidores, de modo que:

La señal tenga suficiente potencia para que el receptor la detecte e interprete adecuadamente.La señal conserve un nivel suficientemente mayor que el ruido para ser recibida sin error.

No todas las componentes espectrales se atenúan igual pero, en general, existe una frecuencia de corte a partir de la cual:

Las frecuencias inferiores no presentan distorsión lineal de amplitud ni faseLas frecuencias superiores se atenúan muy rápidamente

AdB=PRx10 logPTx

AdB=ARx20 logATx

AdB < 0 si se atenúaAdB > 0 si se amplifica


Distorsión de retardoPropia de los medios guiadosSe debe a que la velocidad de propagación no es la misma para todas las frecuencias algunos armónicos llegan retrasados respecto a otrosProvoca interferencia entre símbolosDepende del medio y de la anchura de los pulsos

Cuanto más pequeños sean los pulsos, se consigue más velocidad de transmisión, pero el efecto de la distorsión puede ser más grave

Se soluciona con técnicas de ecualización


Desvanecimiento o fadingPropio de las transmisiones por radioSe refiere a la disminución del cociente señal/ruido

Generalmente se restablece en el Rxor con un control automático de ganancia, a menos que la relación sea tan pequeña que no se pueda restablecer la señalEs causada por condiciones atmosféricas

SNRdB=Potenciaseñal10 logPotenciaruido

SNRdB=Amplitudseñal20 logAmplitudruido

= 10 log SN

SNR = Signal-to-Noise Ratio


Rebotes en los cables o ecosSe produce cuando en un circuito se produce un cambio en las características eléctricas de los conductores y parte de la ondatransmitida se refleja, interfiriendo con la señal que viene en sentido contrario o incluso con ella misma después de varias reflexiones

Solución: supresores de eco, que adaptan la impedancia del cablepara que absorba la energía (resistencias conectadas a extremos del cable)

Txor Rxor

1er eco 2º eco


Ruido térmicoDepende de la temperaturaProducido por el movimiento de los electrones en la línea de transmisiónDistribución uniforme en frecuencia (ruido blanco)No se puede eliminar:

Limita las prestacionesEs responsable de errores de bits aislados

Su potencia es proporcional a la temperaturaDensidad de potencia de ruido:N0 = kT w/Hz– K: Constante de Boltzmann = 1,3803 10-23 Julios/ºk– T: Temperatura en grados kelvinPor tanto, el ruido térmico presente en un ancho de banda B Hz:

N (w) = kTBN (dbw) = 10 log k + 10 log T + 10 log B = -228,6 dbw + 10 log T + 10 log B


Otros ruidosDiafonía: acoplamiento eléctrico no deseado entre señales en un medio detransmisión, debido a la inducción electromagnética.

Ruido de intermodulación: producido cuando se envía por el medio más de una señal y hay componentes espectrales coincidentes entre ellas.

Depende de la distancia en frecuencia de las señalesSuele deberse al mal funcionamiento de los sistemas de transmisión

Ruido impulsivo: pulsos o picos irregulares de corta duración y de amplitud relativamente grande.

De comportamiento aleatorioOriginado por perturbaciones electromagnéticas, tormentas atmosféricas, fallos o defectos en los sistemas de comunicación.No se puede evitarSuele generar ráfagas de bits erróneos, mayores cuanto mayor Vt

f

A


Capacidad de un canal sin ruidosNyquist demostró que se puede reconstruir una señal de ancho de banda W Hz, filtrando con paso bajo de frecuencia de corte W Hz y muestreando a 2W.Para 2 niveles de tensión: C = 2W [bps]Si en vez de señal binaria tenemos una serie de pulsos con M niveles posibles, entonces se considera la capacidad como la máxima cantidad de información que se puede transmitir por el canal de ancho de banda W:

Ejemplo: canal telefónico (3.100 Hz)Usando símbolos de 2 niveles: C = 2 x 3.100 = 6.200 bpsUsando símbolos de 8 niveles: C = 2 x 3.100 x log2 8 = 18.600 bps

Por tanto, aumentando el número de niveles, podemos aumentar indefinidamente la capacidad de un canal, siempre que no haya ruido

Nota: loga b = (log b)/(log a)

C = 2Wlog2 M [bps]


SNRIndica la razón de la potencia de la señal (Signal) respecto a la potencia de la señal de ruido (Noise)La relación S/N debe permanecer a un determinado nivel para mantener la señal de datos separada de la señal de ruidoAl amplificar la señal, también se amplifica el ruido, por lo que la elección de la distancia entre los amplificadores es una decisión importanteCuanto mayor S/N, mejor es el canalSNRdB = 10log S/N


Capacidad de un canal con ruidosLa cantidad de ruido se mide por la relación S/N.Shannon y Hartley demostraron que la capacidad de un canal con ruidos venía dada por:

donde S y N son la potencia en watiosEjemplo: canal telefónico con SNR de 30 dB:30dB = 10 log S/N log S/N = 3 103 = S/NC= 3.100 log2(1+1.000)= 30,898 kbps

C = Wlog2 (1+S/N) [bps]


Capacidad de una canal con ruidos (II)Teorema de Shannon: si la velocidad de transmisión de un canal es menor que C, es posible encontrar un código de señal adecuadopara una transmisión con una probabilidad de error tan pequeña como se quiera.

El teorema anterior sólo considera ruido blanco, no considera elruido impulsivo, la atenuación ni la distorsión de retardo, por lo que en la práctica se consiguen razones mucho menores.

Una medida de la eficiencia de una transmisión digital es el parámetro C/W [bps/Hz]


Medios de transmisión

Medios físicos

Guiados

No Guiados

Par trenzado

Coaxial

Fibra óptica

Radio

Microondas

Satélite

Infrarrojo

Guiados: existe un soporte material que guía la señal (cable)No guiados: no existe tal soporteEn ambos casos se transmiten ondas electromagnéticasElección del medio:

Coste de los equiposDistancia a cubrirVelocidad o AB requerido


Espectro electromagnético para las telecomunicaciones


Características de transmisión de medios guiados


Par trenzadoDos cables de cobre embutidos en un aislanteTrenzados para reducir interferencias (diafonía)Es el medio de transmisión más usadoSe agrupan para formar mangueras (4 pares para LAN)Se usa tanto para transmisión de señales analógicas como digitales.

Analógica – Amplificadores cada 5-6 kmCat5 y 5e: 100 MHzCat6: 200 MHzCat7: 475 MHz

Digital – Repetidores cada 2-3 kmCat5e y superiores: GbpsCat7: 10 Gbps

El AB depende del grosor del cable y de la distancia a cubrir


Par trenzado (II)

+ ++ ++ ++ +120 ΩApantallado global o FTP (Foil shielded

Twister Pair)

+++ + ++100 ΩNo apantallado o UTP (Unshielded

Twisted Pair)

+ + ++ + +++ + +150 ΩApantallado o STP(Shielded Twisted

Pair)

Inmunidad a interferencias emCoste Facilidad

instalaciónRigidezImpedanciaTipo


Aplicaciones de par trenzado (TIA/EIA)Categoría 3 Categoría 5e Categoría 6 Categoría 7

1.5 Mbps IBM 327025 Mbps Arcnet4.0 Mbps Token-Ring10 Mbps 10BaseT16 Mbps Token-Ring25 Mbps UNI ATM52 Mbps UNI ATM100BaseT4100 VG AnyLANBanda base para vozInterfaz BRI de RDSIInterfaz PRI de RDSIPortadoras T1/E1 (1.544 Mbps)RS-232DRS-422Banda base para vídeo

Idem Cat3 25 Mbps ATM52 Mbps ATM100BaseTX155 Mbps ATM622 Mbps ATM1000BaseT(4)

Idem Cat3 Idem Cat5e1000BaseTX1244 Mbps ATM

Idem Cat3Idem Cat5eIdem Cat62.5 Gbps ATM10 Gbps EthernetBanda base para vídeo y CATV


CoaxialAlambre de cobre formado por núcleo y malla

Buena combinación de AB e inmunidad al ruidoSeñales analógicas: AB de hasta 400 MHz con amplificadores cada pocos kmsSeñales digitales: Vt de hasta 1-2Gbps con un repetidor cada km

Dos clases:Cable de 50 Ω para transmisión digital o coaxial de banda baseCable de 75 Ω para transmisión analógica o coaxial de banda ancha

Usos: TV, telefonía de larga distancia, LAN, conexión de periféricos a corta distancia...


Estándares de coaxialSe dividen según sus clasificaciones de radio de gobierno (RG).Cada RG implica unas especificaciones físicas:

Grosor del cable del conductor internoGrosor y tipo de aislante interiorConstrucción del blindajeTamaño y tipo de cubierta exterior

Tipos más frecuentes:RG-8, RG-9, RG-11: Ethernet de cable gruesoRG-58: Ethernet de cable finoRG-59: TV


Fibra ópticaFabricada de plástico o vidrioTransmite señales en forma de luzEs inmune al ruido electromagnéticoNo presenta problemas de puesta a tierraAnchura del espectro entre 25.000 y 30.000 GHzLa velocidad de datos y el uso del AB en cables de FO no están limitados por el medio, sino por la tecnología disponible de generación y recepción de la señalComponentes de un sistema de transmisión óptico:

Fuente de luz (LED, láser semiconductor)Medio de transmisiónDetector (fotodiodo)


Fibra óptica. Tipos

Tipos (según modos de propagación):Multimodo: hay múltiples rayos de luz de la fuente que se mueven por el núcleo con modos diferentes.Monomodo: sólo permite que exista un modo. Se consigue reduciendo el diámetro de la fibra.

Índices de refracción diferentes

Reflexión totalAire

Sílice


Fibra óptica. Tipos


Fibra óptica. ConexionesEmpalme mecánico

Empalme pegado

Empalme fundido

Pérdidas del 10-20%

Pérdidas del 10%

Pérdidas mínimas


Fibra óptica. AtenuaciónLa luz se atenúa en la fibra de distinta forma dependiendo de la longitud de onda de la luz.Hay tres bandas de λ para las comunicaciones:


Fibra óptica. DispersiónEs el fenómeno por el cual la longitud de los pulsos de luz transmitidos por una fibra aumentan al propagarse.Su magnitud depende de la longitud de ondaHay que evitar que se mezclen:

Incrementando la distancia entre los pulsos (se disminuye la velocidad).Que los pulsos sean proporcionales a la inversa del coseno hiperbólico. Estos pulsos se llaman solitones.


Cable de cobre vs. Fibra ópticaAB superiorRepetidor cada 30kmInmune a interferencias electromagnéticas y efectos corrosivos ambientalesMás flexible y ligera:

1000 pares trenzados de 1km de longitud: 8000Kg2 fibras tienen más capacidad y pesa 100Kg

Difícil de intervenir por escuchasEs unidireccional:

2 fibras2 bandas de frecuencia

AB menorRepetidor cada 5kmNo inmune a interferencias electromagnéticas ni a los efectos corrosivos ambientalesTecnologías más familiarInterfaces más baratasTecnología más barataMayor facilidad de instalación y mantenimientoEs menos frágil


RadioLas señales de radio son omnidireccionales (no necesaria alineación)Un emisor y uno o varios receptoresBandas de frecuencia:

LF, MF, HF y VHF

Propiedades: Fáciles de generarPueden viajar largas distanciasAtraviesan paredes de edificios sin problemasSon absorbidas por la lluviaSujetas a interferencia por motores y otros equipos eléctricos


Radio (II)Sus propiedades dependen de la frecuencia:

A bajas frecuencias cruzan bien los obstáculos, pero la potencia baja drásticamente con la distanciaA altas frecuencias tienden a viajar en línea recta y rebotar en obstáculosDependiendo de la frecuencia tienen 5 formas de propagarse: superficial, troposférica, ionosférica, línea de visión y espacial

Su alcance depende de:Potencia de emisiónSensibilidad en el receptorCondiciones atmosféricasRelieve del terreno


Microondas terrestresFrecuencias muy altas: 1 -100 GHzLongitud de onda muy pequeña

Es absorbida por la lluviaNo atraviesa bien edificios

Ondas más direccionales que las de radioSe utilizan antenas parabólicasTxor y Rxor se tienen que “ver”

Cuanto más altas son las antenas, más distancia puede cubrir:Con torres a 100 m de altura, las repetidoras pueden estar espaciadas 80Km

Más barato que la FONo necesita derecho de paso


Comunicación vía SatéliteTipo particular de transmisiones microondas en la que las estaciones son satélites que están orbitando la Tierra.Amplia cobertura.Rango de GHz.Para la comunicación se usan dos bandas de frecuencia:

Canal ascendente: desde Tierra a satéliteCanal descendente: desde satélite a Tierra

Los satélites utilizan transpondedoresUn transpondedor recibe una señal microondas desde la Tierra, la amplifica y la retransmite de regreso a una frecuencia diferente

Satélites geoestacionarios (36.000km)


InfrarrojosTransmisores y receptores que modulan luz infrarroja no coherente (no tiene una frecuencia única de luz sino que posee cierto ancho en el espectro)Transmisor y receptor deben estar alineadosNo pueden atravesar paredesNo necesita permisos o licencias de usoEs de corto alcance


Transmisión de datosHay que tener en cuenta:

Naturaleza de los datosDatos ANALÓGICOS: toma cualquier valor dentro de un intervaloDatos DIGITALES: toma sólo determinados valores posibles dentro de un intervalo

Propagación de la señal que lleva los datosSeñal ANALÓGICA: onda electromagnética que varía continuamenteSeñal DIGITAL: secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos. Puede ser unipolar (1 nivel de tensión), polar (2 niveles de tensión) o bipolar (3 niveles de tensión)

En la Tx de datos hay 4 combinaciones posibles:Dato analógico – Señal analógicaDato digital – Señal analógicaDato analógico – Señal digitalDato digital – Señal digital


Transmisión de datos (II)Dato analógico – Señal analógica

Si coincide el ancho de banda ambos, se envían los datos tal cual, si no, hay que modular los datos

Dato digital – Señal analógicaEn Txor se modula la señal analógica para que lleve los datos digitales y en Rxor se demodula (MODEM)

Dato analógico – Señal digitalEn Txor se codifican los datos analógicos en digitales y en Rxor se decodifican (CODEC)

Dato digital – Señal digitalSi se dispone de dos niveles de tensión, se envían los datos directamente. Si se dispone de más niveles se convierten antes de enviar.


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales digitalesEl Transmisor debe conocer:

El tiempo empleado en enviar un bit: si la tasa de bits es de X bps, la duración de un bit es 1/X segundosLa velocidad de modulación (depende del esquema de codificación elegido)

El Receptor debe conocer:La duración de cada bitComienzo y fin de cada bitNiveles de tensión utilizados para representar cada bit

Tipos de codificación:Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ, Manchester NRZ


Formatos de codificación digital

Polar NRZ

Unipolar NRZ(Not Return to Zero)

Cinta perforada

Unipolar RZ

Bipolar RZ

Manchester NRZ

1 ≡ nivel alto (A voltios)0 ≡ nivel bajo (cero voltios)

1 ≡ nivel alto (A voltios)0 ≡ nivel bajo (-A voltios)

1 ≡ transición al principio y mitad del bit0 ≡ no hay transición (0 voltios)

1 ≡ niveles alternantes A, -A voltios0 ≡ no hay transición (0 voltios)

0 ≡ transición alto-bajo en mitad del bit1 ≡ transición bajo-alto en mitad del bit(de acuerdo con IEEE 802.3)

Tiempo de 1 bit Tiempo de 1 elemento de señalización = ½ Tiempo de 1 bit


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicasUna señal analógica se basa en la transmisión de una señal continua (señal portadora) con una frecuencia centrada en una zona compatible con el medio de transmisión y de tipo Acos(2πfct+φ)Los datos digitales se transmiten modulando la señal portadora.Modulación: Variación de cierto parámetro de una señal en función de otra.

Señal portadoraSeñal moduladoraSeñal modulada

Tipos de modulación (tasa de bits = tasa de baudios)ASK: modulación de amplitudFSK: modulación de frecuenciaPSK: modulación de fase


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicasASK: modulación o desplazamiento en amplitud

A1cos(2Πfct + ϕ) ≡ 1 binarioA2cos(2Πfct + ϕ) ≡ 0 binario

s(t)= ABASK= (1+r)·Vs

Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudiosr = factor filtrado línea (0 ≤ r ≤ 1)

Amplitud

fc

Ancho de banda mínimo = Vs

fc – Vs/2 fc + Vs/2

Frecuencia

A1

A2


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicasFSK: modulación o desplazamiento en frecuencia

Acos(2Πfc1t + ϕ) ≡ 1 binarioAcos(2Πfc0t + ϕ) ≡ 0 binario

s(t)=

ABFSK= (fc1- fc0) + (1+r)Vs

fc1= frecuencia de la portadora para el 1 binariofc0 = frecuencia de la portadora para el 0 binario

Típicamente, fc1 y fc0 corresponden a desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos de la portadora

Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudiosr = factor filtrado línea (0≤r≤1)

ABFSK = (fc1- fc0) + (1+r)VsVs/2 Vs/2

Amplitud

Frecuencia

fc1- fc0

fc0 fc1

Más resistente a los ruidos que ASK


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicasPSK: modulación o desplazamiento en fase

Acos(2Πfct + Π) ≡ 1 binarioAcos(2Πfct) ≡ 0 binario

s(t)=

ABPSK= (1+r)·Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudiosr = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)

Amplitud

fc

Ancho de banda mínimo = Vs

fc – Vs/2 fc + Vs/2

Frecuencia


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicasOtras modulaciones (tasa baudios < tasa bits):

Modulación MPSK (modulación en múltiples fases):(BPSK Si Vs=2400 baudios (n=1), Vbps=2400 bps)QPSK Si Vs=2400 baudios (n=2), Vbps=4800 bps8PSK Si Vs=2400 baudios (n=3), Vbps=7200 bps16PSK Si Vs=2400 baudios (n=4), Vbps=9600 bps

...

Recuerde que la relación entre la tasa de baudios y la tasa en bps venía dada por:

Vbps= n·Vs

Ancho de banda para modulaciones multinivel: AB = Vs·(1+r)/n

Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudiosr = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)n= nº de bits por cada símbolo


Constelaciones PSK

PSK, BSK o 2PSK

QPSK o4PSK

8PSK


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicas

Otras modulaciones (cont.)Modulación QAM (modulación en fase y amplitud):

4QAM (4 fases y una amplitud)8QAM (4 fases y dos amplitudes) 16QAM (hay varios tipos: 3 amplitudes y 12 fases, 4 amplitudes y 8 fases, 2 amplitudes y 8 fases)32QAM64QAM ... 8QAM


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicas

Tasa de baudios – Tasa de bits


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos analógicos usando Señales digitales

Teorema del muestreo:“Si se muestrea s(t) a intervalos regulares de tiempo, con una frecuencia mayor del doble de la frecuencia significativa más alta de s(t) (fmax), entonces las muestras obtenidas contienen toda la información de la señal original”. fs≥ 2fmax Ts≤ 1/2fmax

Tipos de “Modulación”:Modulación PCM: Modulación por codificación de impulsos

Usa PAM (Modulación por amplitud de pulsos)Modulación Delta

La señal analógica se aproxima mediante una función escalera que en cada intervalo de muestreo sube o baja un nivel de cuantización

Datos analógicos MUESTREO CUANTIFICACIÓN CODIFICACIÓN Señal digital

Proceso de digitalización

“Modulación”CODEC


Datos analógicos usando Señales digitalesModulación PCM

(8 bits en signo-magnitud)

- Muestreo natural- Muestreo plano

PCM


Datos analógicos usando Señales digitalesModulación PCMEjemplo:

Los datos de voz se limitan a frecuencias < 4000 Hz para caracterizar una señal de voz se requieren 8000 muestras/segPara convertir muestras PAM a digital, se les debe asignar un código digital a cada una de ellasSi se usan 256 niveles diferentes se requieren 8 bits por muestra8000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 64 Kbps se necesita para una señal de voz


Datos analógicos usando Señales digitalesModulación Delta

Por cada intervalo de muestreo, la señal analógica de entrada se compara con el valor más reciente de la función escalera:

si el valor > función escalera, se genera un 1si el valor ≤ función escalera, se genera un 0

δ, Ruido de cuantización(variaciones lentas de la señal)δ, Ruido de sobrecarga en la

pendiente (variaciones rápidas de la señal)

Más sencillo de implementar y mejor SNR para una misma Vt que PCM


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos analógicos usando Señales analógicas

La modulación consiste en variar la amplitud, frecuencia o fase de la portadora en función de f(t) :

Modulación en amplitud:AM (Modulación en Amplitud) ABAM= 2·B

Modulación angular:FM (Modulación en frecuencia) ABFM= 10·B

PM (Modulación en fase) ABAM= 10·B

B = ancho de banda de la señal original

Datos analógicos f(t) MODULADOR g(t) Señal analógica

Señal portadoracos 2πfct

Señal moduladora Señal modulada


Datos analógicos usando Señales analógicasSeñal Portadora, Moduladora y Modulada


CODIFICACIÓN DE DATOS Datos analógicos usando Señales analógicas

AM

BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)BWt = Ancho de banda total (radio)fc = frecuencia de la portadora

BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)BWt = Ancho de banda total (radio)fc = frecuencia de la portadora FM y PM


Multiplexión o multiplexaciónEs el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples señales (canales) a través de un único enlace de datosEn toda transmisión multiplexada se tiene un multiplexor (en Txor) y un demultiplexor (en Rxor)

Hay tres técnicas de multiplexión:FDM (Multiplexión por División en Frecuencias)WDM (Multiplexión por División de Onda)TDM (Multiplexión por División en el Tiempo)

MULT

IPLE

XOR

DEMU

LTIP

LEXO

R

1 camino3 canales


Multiplexión. FDMMultiplexión por División en FrecuenciasGeneralmente para señales analógicasSe puede aplicar cuando el AB de un enlace es mayor que los anchos de banda combinados de la señal a transmitirSe usan distintas frecuencias portadoras para transmitir (que no deben interferir con las frecuencias de los datos originales)Se usan bandas de seguridad

Frecuencia (Hz)Ancho de banda del enlace de transmisión

Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5

Bandas de seguridad


Multiplexión. FDM. Dominio temporal y espectral


Multiplexión. WDMMultiplexión por División de OndaConceptualmente igual que FDM, pero la multiplexación y demultiplexación involucran señales luminosas a través de fibra óptica (bandas de longitudes de ondas)


Multiplexión. TDMMultiplexión por División en el TiempoGeneralmente para señales digitalesSe puede aplicar cuando la capacidad de tasa de datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos transmisores y receptoresSe divide el enlace en el tiempo y no en frecuencia

Tipos:Síncrona: el multiplexor siempre asigna exactamente la misma ranura de tiempo para cada dispositivo, independientemente de que los dispositivos tengan o no que transmitir.Asíncrona o estadística: el multiplexor usa reserva dinámica bajo demanda de las ranuras. Con un enlace de igual velocidad, esta multiplexión puede dar más servicios que la síncrona.

...Tiempo (s)

Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 1 Canal 2 Canal 3 ...


Multiplexión. TDM. TiposTDM Síncrona TDM Asíncrona


Interfaz RS-232Nombres oficiales: ANSI/TIA-232F o ITU-T V.24Se compone de varias especificaciones:

mecánica: ISO 2110eléctrica: V.28funcional y procedural: V.24

Describe las características mecánicas, eléctricas, funcionales y procedimentales que permiten el intercambio de información binaria entre un DTE y un DCE, con transmisión serieModos half-duplex y full-duplexPermite transmisión síncrona y asíncrona

ComputadoraConector DB25 macho

Conector DB25 hembra

Cabledel interfaz

Línea de teléfono


DTE y DCEDTE (Data Terminal Equipment)

Emisor o receptor de datos.Terminales, computadores, fax...

DCE (Data terminal Circuits Equipment)Equipo que transforma la información para ser enviada por la línea.Módem

Fuente o colector de datos

Controlador decomunicaciones

Fuente o colector de datos

Controlador decomunicacionesDCE DCE

Línea de transmisión

Circuitos de datos

Enlace de datos

DTE DTE


INTERFAZ RS-232Características mecánicasEspecifica el conector a utilizarConector DB-25 (síncrona y asíncrona) y conector DB-9 (asíncrona)

1 pulgada = 23 mm


INTERFAZ RS-232Características eléctricasEl estándar define:

Velocidad máxima: 20 kbps (típicas:300, 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 bps)Distancia máxima: 15 mcódigo NRZ-LTransmisión no balanceada

Referencias a 0VLimitación de corriente a 0.5 ACapacidad máxima 2500 pF

1 lógico = [-3,-15] voltios0 lógico = [15,3] voltios

“0”

“1”

+15

-15

+5

-5

Tx

“0”

“1”

+25

-25

+3-3

Rx


INTERFAZ RS-232Características funcionalesSe describen las funciones de cada uno de los circuitos de intercambio, así como la posición de esos circuitos en el conector (pin)Líneas de datos

TxD y RxDLíneas de control de flujo

Request to send (RTS)Clear to send (CTS)Data Carrier Detected (CD ó DCD)

Líneas de establecimiento de conexiónData Terminal Ready (DTR)Data Set Ready (DSR)Ring Indicator (RI)

Líneas de referenciaMasa (GND)Masa de protección (SGH)


INTERFAZ RS-232Características funcionales. Conector DB15 (DTE)


INTERFAZ RS-232Características procedimentalesEspecifican la secuencia de eventos que se debe producir en la transmisión de datos, basándose en las características funcionales del interfaz. Ejemplo de llamada:

[Fuente: Stallings]


BibliografíaBehrouz A. Forouzan, “Transmisión de datos y redes de comunicaciones”, 2ª edición, McGrawHill, 2002.William Stallings, “Comunicaciones y Redes de Computadores”, 6ªedición, Prentice Hall, 2000.James Truvole, “LAN wiring”, 2ª edición, MacGrawHill, 2000.Andrew S. Tanenbaum, “Redes de Computadoras”, 3a edición,Prentice Hall, 1997.ANSI/TIA-232-F (R2002), “Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing Serial Binary Data Interchange”, 1997.

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