Transmisión de Datos

Tipos de Medios

Medio Guiado La señal se propaga en un medio físico

Par trenzado

Cable coaxial

Fibra óptica, etc.

Medio no Guiado Le señal no se propaga por medios físicos

Aire

Agua

Vacío

Transmisión

Punto a Punto (Peer to Peer) Enlace directo entre dispositivos

Solo dos dispositivos enlazados

Multipunto Enlace compartido entre varios dispositivos

Comunicación

Simplex Comunicaciones en un solo sentido.

Radios

Televisión

Half-Duplex Comunicación en ambos sentidos pero alternadamente.

Walkie-talkie

Telégrafo

Full-Duplex Comunicación en ambos sentidos simultáneamente

Telefonía

Chat

Señales

Señal Analógica La intensidad varia suavemente con el tiempo

Señal Digital Intensidad constante durante un intervalo de tiempo y luego cambia

de valor

Señal Periódica Posee un patrón que se repite en función del tiempo

Señal no Periódica No tiene un patrón que se repita en función del tiempo

Señal no Periódica

Señal Periódica

Parámetros

Amplitud (A)

Pico de mayor valor de la señal en el tiempo

Se mide en voltios

Frecuencia (f)

Cuantas veces se repite la señal durante un intervalo de tiempo

Se mide en ciclos x segundo o hercios (Hz)

Periodo (T)

Tiempo transcurrido entre las repeticiones de la señal

T = 1/f

Fase (Φ)

Posición de la señal dentro de un periodo

Ecuación general de la onda seno

s(t) = A sin(2πft + Φ)

2π radianes = 360° = 1 periodo

A=1; f=1; Φ =0 A=0.5; f=1; Φ=0

Variaciones de la onda seno

A=1; f=2; Φ =0 A=1; f=1; Φ= π /4

Conceptos en el dominio de la frecuencia

Una señal electromagnética puede estar formada por varias frecuencias, como por ejemplo:

s(t) = (4/ π)x[sin(2πft + Φ)+(1/3)sin(2π(3f)t + Φ)+(1/5)sin(2π(5f)t + Φ)]

s(t) esta compuesto por frecuencias f, 3f y 5f.

El periodo total de s(t) es igual al de la frecuencia fundamental.

sin(2πft + Φ)(1/3)sin(2π(3f)t)

s(t) = (4/ π)x[sin(2πft)+(1/3)sin(2π(3f)t)]

Conceptos en el dominio de la frecuencia

Espectro:

Es el conjunto de frecuencias que constituyen una señal.

Ancho de banda absoluto:

Es el ancho total del espectro.

Ancho de banda efectivo:

Banda de frecuencias donde se concentra la mayor parte de la energía de la señal. También se la conoce como ancho de banda.

Velocidad de Transmisión vs Ancho de Banda

Teóricamente el ancho de banda es infinito, pero en la practica observamos que cualquier sistema de transmisión tiene una banda limitada de frecuencias.

A mayor ancho de banda mayor velocidad de transmisión.

Aumentar el ancho de banda resulta costoso.

Limitar el ancho de banda crea distorsiones.

Terminología

Datos:

Cualquier entidad capaz de transportar información.

Señales:

Representaciones eléctricas o electromagnéticas de los datos.

Señalización:

Propagación física de las señales a través de un medio adecuado.

Transmisión:

Comunicación de datos mediante la propagación y procesamiento de señales.

Datos analógicos y digitales

Analógicos:

Toman valores continuos.

Por ejemplo: audio y video.

Digitales:

Toman valores discretos.

Por ejemplo: cadenas de texto, números enteros.

Señales analógicas

Es una onda electromagnética que varia continuamente y que según el espectro se puede propagar a través de varios medios, sean estos guiados o no guiados.

Propagan datos analógicos y digitales.

Medios de transmisión:

Par trenzado

Fibra óptica

Cable coaxial

Propagación atmosférica o espacial

Señales digitales

Son una secuencia de pulsos de tensión que se transmiten en un medio conductor.

Propagan datos digitales y analógicos.

Mas barato que la transmisión de señales analógicas.

Menos susceptible a la interferencia por ruido.

Se afecta considerablemente por la atenuación.

Transmisión analógica

Transmite señales analógicas sin importar el contenido.

La atenuación limita la distancia del enlace.

Se usan amplificadores para aumentar la distancia de transmisión, pero aumenta la distorsión.

Datos analógicos pueden soportar la distorsión.

Se introducen errores en datos digitales.

Transmisión digital

Depende del contenido de la señal.

Distancia de transmisión limitada por el ruido y atenuación que a su vez comprometen la integridad de los datos.

Para distancias mayores se usan repetidores.

Repetidores evitan la atenuación.

Señal digital:

Los repetidores recuperan la señal y la retransmiten.

Señal analógica con datos digitales:

Se recuperan los datos de la señal analógica y se genera una nueva señal libre de ruidos.

Dificultades en la transmisión

La señal final puede va a diferir de la inicial.

En las señales analógicas se degrada la señal.

En las señales digitales se generan errores de bits.

Se causa por atenuación, distorsión y ruido.

Atenuación

La energía de la señal decae con la distancia sobre cualquier medio de transmisión.

La señal recibida debe tener suficiente energía para que la circuitería electrónica pueda recibir e interpretar la señal.

La señal debe mantener un nivel suficientemente mayor que el ruido.

La atenuación es mayor a mayores frecuencia, esto ocasiona distorsión de la señal.

Distorsión

Solo ocurre en medios guiados.

Se debe a que la velocidad de propagación de una señal a través de un medio guiado varia con la frecuencia.

Es critica en la transmisión de datos digitales.

Para compensar la distorsión se usan técnicas de ecualización.

Ruido

Son señales adicionales que se insertan entre el emisor y el receptor.

Clases de ruido:

Térmico

Intermodulación

Crosstalk

Ruido de impulso

Tipos de ruido

Ruido térmico: Se debe a la agitación térmica de los electrones.

Presente en todos los dispositivos eléctricos y medios de transmisión.

Es en función de la temperatura.

Se lo llama Ruido Blanco.

Especialmente dañino en las comunicación satelitales.

Ruido blanco:

Ruido aleatorio que posee la misma densidad espectral de potencia a lo largo de toda la banda de frecuencias.

Ruido térmico

No = kTB No: densidad del ruido en vatios por 1 Hz de ancho de banda

(watts/Hz)

k: constante de boltzmann’s = 1.3803x10^-23 J/k

T: temperatura en grados kelvin.

El ruido térmico en decibelios-watts se expresa:

N = 10logk + 10logT + 10logB

Tipos de ruido

Ruido de intermodulación:Ocurre cuando señales de distintas frecuencias comparten el

mismo medio de transmisión.

Crosstalk:Acoplamiento no deseado entre líneas que transporten señales.

Ruido de impulso:

Pulsos irregulares o “chispas” de ruidos.

Son de corta duración y de alta amplitud.

Ocasionado por disturbios electromagnéticos externos o fallas en el sistema de comunicaciones.

Efectos del ruido en las señales digitales

Capacidad del canal

Se denomina así a la velocidad máxima a la que se pueden transmitir los datos en un canal o ruta de comunicación de datos.

Velocidad de transmisión de datos:

Velocidad a la que se transmiten los datos, en bit por segundo bps.

Ancho de banda:

Ancho de banda de la señal transmitida, se mide en ciclos/segundo o Hz.

Ruido:

Nivel medio del ruido a través del camino de transmisión.

Tasa de errores:

Porcentaje de bits transmitidos que llegan erróneos.

Teorema de Nyquist

Una señal puede ser reconstruida sin errores tomando muestras en intervalos de tiempo iguales.

La razón de muestreo debe ser igual o mayor al doble del ancho de banda de la señal analógica.

Este teorema no considera que no existe ruido.

La limitación de la velocidad de transmisión es limitada por el ancho de banda.

M: niveles de la señal.

Razón señal ruido (S/N o SNR)

Es el margen que hay entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe.

S/N =

Expresada en decibelios:

Un valor alto de SNR indica buena calidad de señal y que se necesitaran pocos repetidores.

Ecuación de Shannon

Estudio como el ruido afecta la transmisión de datos.

Representa el máximo teórico que se puede alcanzar.

Asume la existencia de ruido blanco.

No considera el ruido por impulso.

No se considera la distorsión por atenuación ni por retardo.

Se puede transmitir información libre de ruido siempre y cuando la tasa de información no exceda la capacidad del canal.

Mayor velocidad, mayor tasa de errores.