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Tema 3

Transmisión de datos

Curso 2012/2013 ARC1

Estas transparencias están basadas en material creado por la Profa. MariCarmen Romero.

2

Índice

Introducción

Fundamentos

Perturbaciones en la transmisión


Multiplexación

Medios de transmisión

3

Introducción

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

Cada tipo tendrá sus propiedades y requisitos de transmisión

Podrá utilizar diferentes medios físicos de transmisión (cobre, aire, vidrio...)

Transmisor necesita:

Hardware especial para transformar datos en energía

Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado

Receptor necesita:

Hardware especial para transformar energía en datos

Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado

Transmisor Receptor Medios de TxDATOS DATOS

4

Índice

Introducción

Fundamentos Definiciones

Conceptos básicos Símbolos y bits – Baudios y bps

Clasificación de las transmisiones

Representación de señales



Multiplexación


5

Definiciones Canal: medio (físico) de transmisión al que se conectan un Txor y un Rxor.

Tiene asociado un sentido.

Tiene un ancho de banda asociado.

Codificación: una señal (eléctrica, luminosa, etc) que transporta información. Puede ser:

Analógica: Si puede tomar un número no discreto de valores.

“Digital”: Si sólo toma un número discreto de valores (2, 4, etc).

La define el transmisor, no el medio físico.

Circuito: canal en cada sentido de la comunicación.

Enlace: camino de transmisión entre transmisor y receptor.

Enlace directo: aquel que no tiene elementos intermedios (excepto amplificadores y repetidores).

Enlace punto a punto: enlace directo entre dos dispositivos que comparten un medio de transmisión.

Enlace multipunto: enlace en el que hay más de 2 dispositivos.

OJO: Aquí 1Kbps es 1000 bits/s y NO 1024bits/s, etc.

6

Índice

Introducción







Multiplexación


7

Símbolos y bits – Baudios y bps Bit: unidad mínima de información (0 ó 1).

Símbolo 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 constante.

Analógico: una señal de frecuencia, fase y amplitud constantes.

Baudio: Número de símbolos por segundo (aquí tenemos 8 baudios en los 3 casos).

Bps: Número de bits que se transmiten en un segundo.

Símbolo: -1V y +1V

(pulso)

Símbolo: 0V y 1V

(onda senoidal)

Símbolo: F0 y F1

(onda senoidal)

8

Símbolos y bits – Baudios y bps

IMPORTANTE

Es el medio físico el que determina la velocidad máxima

medida en baudios (o velocidad en símbolos, o velocidad de

modulación).

Es la codificación la que determina el número de bits que

transporta cada símbolo (en esos 3 ejemplos, 1 símbolo

transporta un solo bit, pero no siempre es así).

9

Índice

Introducción







Multiplexación


10


Según el sentido de la transmisión:

Simplex (simple)

A B

A B

A B

Half-duplex (HDX o semi-dúplex)

Full-duplex (FDX o dúplex)

En HDX pueden existir

conflictos si dos o más

transmiten a la vez

(colisiones).

Es un concepto genérico

asociado a un nivel OSI

cualquiera. Ej: Nivel físico:

HDX, Nivel de aplicación:

FDX.

11

Clasificación de las transmisiones (II)

Tipos de

comunicaciones

Paralela

Bus

E/S paralela

Serie

Asíncrona

(2 relojes)

Síncrona

(1 solo reloj)

Txor

Rxor

Autosincronizada

(1 línea: datos+reloj)

Txor

Rxor

Heterosincronizada

(2 líneas: datos y reloj) Txor

Rxor

Serie vs Paralela:

Número de líneas bastante menor

Menor coste, sobre todo cuando

aumentan las distancias

Menor velocidad (-)

Menor simplicidad (-)

12

Transmisión serie

Se 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 bits

Tipos:

Asíncrona

Síncrona

13

Transmisión serie asíncrona

Fuente

: C

om

unic

acio

nes y

Redes d

e c

om

puta

dore

s

7ed.

En reposo la línea está

a valor 1 lógico (-A V.

por ejemplo)

Bit “start”: Sincroniza al Rx

(aquí viene un bit).

Me aseguro de que el Rx se

recupera y se prepara para otra

secuencia

• Tx y Rx se ponen de acuerdo en: numero de bits de datos, si hay paridad o no (y como

es), numero de bits de stop (1, 1 ½ o 2). Los bits de start/paridad/stop no son “útiles”.

• Tx y Rx tienen relojes distintos. El “start” lo que hace es sincronizar el reloj del Rx. Pero

se pueden desfasar (clock drift) a Secuencia de datos corta.

• Las flechas indican dónde se busca el bit

(0 o 1), arriba el Tx y abajo el Rx (que se va

desplazando). En casos extremos, se

produce un error (busco el bit en un

momento incorrecto).

14

Transmisión serie síncrona

De alguna manera, el Tx le indica al Rx su reloj (y

no sólo al principio).

Hay dos formas de hacer esto:

Señal de reloj aparte.

Reloj implícito en la señal de datos.

Cod. Manchester

En

ca

da

“m

ita

d”

sie

mp

re

ha

y u

n fla

nco

(pe

rmite

ob

ten

er

el re

loj d

el T

x)

15

Índice

Introducción







Multiplexación


16

Representación de señales Una misma señal puede ser representada de 2 formas:

En el dominio del tiempo s(t) representación cartesiana

En el dominio de la frecuencia S(f) representación espectral

Ambas representaciones implican una misma realidad física.

Sirve para todas las señales sean o no periódicas.

Todas las señales son continúas (aunque no lo parezca).

La representación espectral es importante para saber si una señal se puede transmitir a través de un medio.

17

Representación de señales. Ejemplos

18


Análisis de Fourier

Determina que cualquier señal periódica se puede expresar como una suma de

senos y cosenos:

1

000 )2()2cos(

2)(

n

nn tfnsenBtfnAA

tx

f0 es la inversa del periodo de la señal periódica (frec. señal) y se denomina

fundamental. El resto, que están en múltiplos de la fundamental, se les llama

simplemente armónicos. A y B son coeficientes (no los veremos) y A0 sólo existe si hay

una componente de continua (aquella que está en f=0Hz).

En cualquier caso, puede que necesite infinitos términos para expresar x(t) de forma

exacta.

¿Y si la señal no fuera periódica? El sumatorio se convierte en integral y todo cambia:

El espectro pasa de ser algo no continuo (sólo hay componentes en un conjunto de

posiciones) a tener un aspecto continuo

19


Análisis de Fourier. Ejemplo

Señal cuadrada y periódica.

b s(t) s(f) a

Tiempo (s) Frecuencia (Hz)

Dependiendo del número de componentes que considere en el

sumatorio, el resultado se parecerá más a la señal original s(t). ¿Y si

quiero que sea igual?

1 a

rmó

nic

o

2 a

rmó

nic

os

3 a

rmó

nic

os

4 a

rmó

nic

os

f0 3f0 5f0 ....

20


Anchos de banda

Espectro (de frecuencias): Conjunto de frecuencias que

constituyen una señal

AB absoluto: Es el que abarca TODAS las componentes (puede

ser infinito).

AB efectivo: Es el que comprende las componentes más

significativas (es finito, es la parte de la señal que me interesa).

AB del CANAL: Es el rango de frecuencias por el que “pasan”

componentes (no se atenúan).

21


Señal y canal

Para poder transmitir una señal, es necesario, al menos, que el AB efectivo de ésta COINCIDA con el del CANAL.

Supongamos este el AB

efectivo de la señal (50Hz)

Si mi canal permite pasar (no atenúa) ese conjunto de armónicos, el Rx lo recibirá correctamente, pero tiene que coincidir “exactamente”:

Este no vale:

Tiene 50Hz, pero

entre 0 y 50 a La

señal “no pasa”.

Este no vale: Tiene 50Hz, pero

entre 250 y 300 a Parte

significativa de la señal “no pasa”. Este no vale: Está en

su sitio (centrado en

250Hz), pero es muy

pequeño (sólo 25Hz) Este si vale: “deja pasar” las componentes

significativas de la señal (225Hz-275Hz).

22


Conclusiones

El análisis en frecuencia es el adecuado para analizar si un canal es válido para

transmitir una señal (comparo espectros).

Un canal se comporta como un filtro: determinadas componentes las atenúa

mucho (no las deja pasar), otras no las atenúa en exceso (las deja pasar).

Por lo general, no se necesita que la señal llegue sin alteraciones. Es posible

recuperar la información con una señal “deformada”.

Señal original que se

quiere transmitir

(onda cuadrada)

al pasar por un medio, algunas

componentes (armónicos) se

van a atenuar y otras no.

1 componente 2 componentes 3 componentes

El Rxor, recibe la señal alterada, dependiendo de cada caso, puede que con 1 sola

componente se pueda recuperar la información (aunque la señal no se parezca mucho a la

original).

23

Índice

Introducción

Fundamentos



Multiplexación


24


Medida de la potencia

Las señales no sólo se miden en W (unidad de potencia) o en V sino

en decibelios.

El decibelio se expresa como:

Dado que en general: P=A2 / R se puede poner:

Se usa la escala logarítmica porque la señal decae de forma

logarítmica.

Permite sumar y restar ganancias y pérdidas de forma directa (en el

caso de amplificadores).

Siempre expresa una relación entre dos potencias o dos amplitudes;

hay que saber a qué está referenciado.

2

1log10P

PdB

2

1log20A

AdB

25


Atenuación de una señal

Mide la pérdida de la señal, al propagarse por el medio. Dado que la señal

decae de forma logarítmica, se expresa en dB/Km para medios guiados:

T

RdB

P

PA log10

T

RdB

A

AA log20

iónamplificacAdB

atenuaciónAdB

0

0

En medios no guiados, la atenuación depende también de otros factores.

La atenuación se compensa con amplificadores o con repetidores, en el caso

de largas distancias (potencia adecuada, SNR adecuado).

La atenuación no es la misma para todas las componentes de una señal.

Por tanto, un medio físico se comporta como un filtro:

Determinado rango de frecuencias no se atenúa (los armónicos “pasan” a

través del medio) pero otros se atenúan mucho (“no pasan”).

El espectro de la señal debe ser “compatible” con el del canal, para una

correcta recepción.

26


Distorsión de retardo y eco

Para medios guiados

No todas las componentes de una señal se

desplazan a la misma velocidad.

Provoca interferencia entre símbolos (la componente

que se adelanta o atrasa puede afectar a otros bits).

Afecta más cuanto mayor es la velocidad.

Se debe ecualizar la señal.

Se produce cuando hay un cambio en las

características eléctricas: parte de la señal se refleja,

provocando interferencias.

Se soluciona con supresores y canceladores de eco.

Dis

tors

ión d

e r

eta

rdo

Eco

27


¿Qué es el ruido, cómo y dónde se mide?

En general, es una onda que se superpone a la que se transmite. Provoca alteraciones y, en ocasiones, errores en el receptor.

Como medida se utiliza SNR (Signal-Noise-Ratio) que refleja la relación entre la potencia de la señal y el ruido (cociente).

Si la SNR grande, la señal es de más potencia que el ruido No hay problemas.

Si la SNR es pequeña, la potencia de la señal se aproxima a la del ruido Tenemos problemas para distinguir lo que es señal de lo que es ruido.

Amplificar mantiene la SNR, repetir no.

Si lo medimos en decibelios y usamos vatios:

Se calcula en el transmisor. Noise

SignalSNRdB log10

28


Tipos de ruidos

Desvanecimiento o fadding.

Ruido térmico:

Lo provoca la agitación térmica (proporcional a la temperatura).

Afecta de forma uniforme en todo el espectro.

No se puede eliminar.

Afecta a los dos tipos de medios

Otros ruidos:

Diafonía: Acoplamiento debido a la inducción electromagnética de dos

conductores paralelos. Se disminuye al trenzar los cables.

Ruido de intermodulación: Se produce cuando señales en dos frecuencias

distintas llegan a interferirse.

Ruido impulsivo: Ruido de corta duración y de alta potencia.

29

Índice

Introducción

Fundamentos



Multiplexación


30

Índice

Introducción

Fundamentos


Transmisión de datos Relación AB-Vs-Vt

Teorema de Shannon: capacidad de un canal con ruid.

Tipos de codificación: Dato digital, señal digital: Codificaciones digitales

Dato digital, señal analógica: ASK, FSK, PSK, etc.

Dato analógico, señal analógica: AM y FM

Dato analógico, señal digital: digitalización

Multiplexación


31


Relación AB – Vs – Vt (1/2)

Una señal digital ocupa todo el espectro ¿Se puede transmitir a

través de un medio físico?

Señal en Txor,

velocidad de

modulación 16

baudios

Representación espectral de la señal en Tx;

enmarcado, AB del canal (0-8Hz). Al pasar por este medio

físico, sólo pasan las

componentes que el

AB del canal permite.

Señal en Rxor,

muy alterada

pero suficiente

para interpretar

los símbolos.

En este caso, un canal de 0-8Hz es suficiente para transmitir sobre el

una señal que tiene hasta 16 pulsos por segundo.

(1) "Nyquist establishes that the maximum

signaling rate that can be supported over a

baseband (dc) telegraph channel of given

bandwidth W is 2W pulses per second.“ Ref:

NORMAN C. BEAULIEU, Introduction to

“Certain Topics in Telegraph Transmission

Theory”

Nyquist establece que, en el mejor de los casos, sobre un canal de

ancho de banda W, se pueden transmitir hasta 2*W pulsos(1).

32


Relación AB – Vs – Vt (2/2)

Pero esto es sólo como máximo. En general (ruidos, filtrado no perfecto):

Bc en el AB del canal (QUE NO EL DE LA SEÑAL).

N es un factor que vale entre 1 (no ideal) y 2 (ideal).

Vs es la velocidad máxima en baudios que se puede llegar a alcanzar.

cs BNV

¿Y la Vt (bps)?, ¿es la misma? a eso depende de cuántos bits se codifican en un

símbolo (Nyquist habla de pulsos, pero no de su “tamaño”).

4 niveles de tensión distintos:

2 bits por símbolo (por nivel de

tensión) a en 1 segundo transmito

16 símbolos pero transporta 32 bits

(y no 16)

Vs está limitada por el AB del canal.

Vt no está limitada por el AB del canal (lo

estará por el ruido). st VnV

n: bits/símbolo

“n” viene determinada por

la codificación y Vs por el

AB del canal.

33

Índice

Introducción

Fundamentos



Teorema de Shannon: capacidad de un canal con ruido





Multiplexación


34


Teorema de Shannon

En el mundo real, existe el ruido si dos niveles están muy cerca,

el ruido hará que se salte de uno a otro.

Shannon y Hartley demostraron que, la capacidad (bps) máxima

téorica de un canal, en el caso de que exista ruido es (S y N son la

potencia de la señal y del ruido):

Este teorema no considera ni la atenuación ni determinados tipos de ruido (sólo

se considera el ruido blanco).

Medida de eficiencia: C/Bc

Loga b = log10 b / log10 a

)/1(log2 NSBC c

35

Índice

Introducción

Fundamentos



Teorema de Shannon: capacidad de un canal con ruido





Multiplexación


36


Tipos de codificación

Los datos pueden ser:

Analógicos: toman un número “infinito” de valores (para un parámetro dado).

Ej.: la voz, la intensidad, la luz.

Digitales: ceros y unos, información almacenada o tratada por un ordenador.

Las señales (que no es lo mismo que datos) pueden ser:

Analógicas: onda electromagnética que varía continuamente (para un rango,

adquiere cualquier valor de amplitud si la estudio en el tiempo).

Digitales: sólo toma una serie de valores concretos (aunque esto sea

mentira).

Por lo tanto puedo:

Tx un dato digital usando una señal digital.

Tx un dato digital usando señal analógica.

Tx un dato analógico usando señal analógica.

“Tx un dato analógico usando una señal digital.”

37


Uso una señalización digital (no necesariamente binaria), para enviar la secuencia

de ceros y unos (datos digitales).

Tx y Rx deben acordar, como siempre, los parámetros (incluido el tipo de

codificación a usar).

Dato digital, Señal digital

NRZ y RZ: Indica si NO (NRZ) existe vuelta al nivel “0”

dentro del mismo bit o si lo hay (RZ).

Unipolar: La señal varía entre 0 V. y +A V.

Polar: Si tenemos -A V. y +A V. (cero y uno).

Bipolar (psedoternaria): Hay tres posiciones: -A V, 0 V,

+A V. Los ceros se codifican como 0V y el uno

alternando +/- A.

Manchester: Siempre hay una transición “a la mitad”

del bit.

Unipolar NRZ

Polar NRZ

Unipolar RZ

Bipolar RZ

cs BNV st VnV

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Dato digital, Señal analógica (1/8)

Las señales digitales

comienzan cerca de los 0Hz

Eso significa que si nuestro canal “no empieza” en

0Hz, la transmisión no es posible (aunque haya

suficiente ancho de banda, no está en el sitio correcto)

La señal en

receptor no es

identificable

… de esta forma, la señal que quiero enviar “es trasportada” por otra (señal

portadora) señal senoidal de 50 Hz de frecuencia principal

La solución es “llevar” la señal al “sitio” adecuado, es decir, modular la señal

con una analógica de frecuencia apropiada

39



La señal portadora será del tipo Acos(2fct+), y es la que “lleva” a la

señal digital.

El proceso se denomina modulación e intervienen: Señal portadora.

Señal moduladora (la original, que quiero transmitir).

Señal modulada (el resultado final).

Existen 3 tipos (en el caso digital):

ASK

(modulación en amplitud) FSK

(modulación en frecuencia)

PSK

(modulación en fase)

40



ASK: modulación o desplazamiento en amplitud

A1cos(2fct + ) 1 binario

A2cos(2fct + ) 0 binario s(t)=

ABASK= (1+r)·Vs

Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios

r = factor filtrado línea (0 r 1)

Amplitud

fc

Vs

fc – Vs/2 fc + Vs/2

Frecuencia

A1

A2

Caso ideal,

r = 0

41



FSK: modulación o desplazamiento en frecuencia

Acos(2fc1t + ) 1 binario

Acos(2fc0t + ) 0 binario s(t)=

fc1= frecuencia de la portadora para el 1 binario

fc0 = 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

ABFSK= (fc1- fc0) + (1+r)Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios

r = factor filtrado línea (0r1)

ABFSK = (fc1- fc0) + Vs

Vs/2 Vs/2

Amplitud

Frecuencia

fc1- fc0

fc0 fc1

Más resistente a los ruidos que ASK; las frecuencias deben separase lo suficiente como para no

interferirse; la duración de los dos símbolos es la misma (no sólo en FSK).

Caso ideal,

r = 0

42



PSK: modulación o desplazamiento en fase

Acos(2fct + ) 1 binario

Acos(2fct) 0 binario s(t)=

ABPSK= (1+r)·Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios

r = factor filtrado línea (0r 1)

Amplitud

fc

Vs

fc – Vs/2 fc + Vs/2

Frecuencia

Caso ideal,

r=0

43



• En estas modulaciones, también se puede transmitir varios bits por símbolo: con múltiples

incrementos de fase y/o de amplitud.

• La Vs sería la misma, pero la Vt sería mayor ya que: Vt=n*Vs

Modulación MPSK (modulación en múltiples fases)

BPSK 1 bit/símbolo. QPSK 2 bits/símbolo

8PSK 3 bits/símbolo. 16PSK a 4 bits/símbolo

1 bit

0

1 bit

0

Tasa de bits: 5 Tasa de baudios: 5

1 bit

1

1 bit

1

1 bit

1

Tiempo

Amplitud

1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio

Diagrama de constelación

Bit Fase

0

1

0

180

Bits

1 segundo

1 0

Diagrama de constelación

2 bits

01

2 bits

11


2 bits

10

2 bits

10

2 bits

00

Tiempo

Amplitud

1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio

1 segundo

Dibit Fase

00

01

10

11

0

90

180

270

Dibit

(2 bits)

00

01

10

11

44



Se puede mezclar todo, cambios en fase y en amplitud de forma que esos 2

parámetros definen cada símbolo distinto.

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); 32QAM; 64QAM ...

4-QAM

1 amplitud, 4 fases 8-QAM

2 amplitudes, 4 fases

3 amplitudes, 12 fases 4 amplitudes, 8 fases 2 amplitudes, 8 fases

16-QAM 16-QAM 16-QAM

Amplitud


Tiempo

3 bits

101

3 bits

100

3 bits

001

3 bits

000

3 bits

010

3 bits

011

3 bits

100

3 bits

111

1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio 1 baudio

1 segundo Eje

mp

los

de

con

stel

acio

nes

8QAM (2 amplitudes y 4 fases)

MISMO ABreq

45



Tasa de baudios – Tasa de bits

[Fuente: For02]

46


Dato analógico, Señal analógica (1/2)

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

Señal portadora

Asen(2ft+)

Señal modulada Señal moduladora

Se usa para “llevar” una señal digital a otro lugar en el espectro. El uso típico (no

el único) se muestra en las emisoras de radio convencionales. También vale

para multiplexar en frecuencia.

Portadora

Señal sinusoidal moduladora

Onda de amplitud modulada (DSBTC)

Onda de frecuencia modulada

Onda modulada en fase

47


Dato analógico, Señal analógica (2/2)

AM: Necesita el doble de

ancho de banda de la señal

moduladora (original). Requiere

poco ancho de banda, pero es

más sensible a ruidos.

FM y PM: 10 veces el ancho de banda

de la señal original. Ese valor se obtiene

de un índice de modulación (separación

de la frecuencia principal) que se

considera como apropiado para las

señales analógicas (eso no pasaba en

FSK o PSK). Es mejor ante ruidos.

48


Dato analógico, Señal digital (1/3)

Se trata de transmitir o almacenar una señal analógica de forma digital.

Datos analógicos MUESTREO CUANTIFICACIÓN CODIFICACIÓN Señal digital

Proceso de digitalización

“Modulación”

CODEC

MUESTREO: para una señal de frecuencia significativa más alta “f”, basta con

muestrear la señal con una frecuencia 2*f.

“MODULACIÓN”: es el método que se usa para convertir la señal muestreada

en una hilera de bits:

PCM (Pulse Code Modulation): la señal muestreada se cuantiza con una

serie de bits.

Modulación Delta: la señal original se aproxima, en cada muestra, a una

señal escalera.

49



En PCM, una vez muestreada la

señal se aproxima (cuantizar) a

una serie de puntos

determinados por el número de

bits por muestra.

La cuantización es lo que

permite digitalizar la señal, pero

impide recuperarla con exactitud

a error (ruido) de cuantización.

El número de muestras indica la

frecuencia máxima de la señal

que se puede recuperar.

Para voz en línea telefónica, se muestrea a 8Khz (limitación de la sección analógica).

Para CD-audio: se muestrea a 44.1KHz con 16 bits/muestra: unos 172,26KB/s

Mejora: Cuantización no lineal, los puntos están más próximos en amplitudes menores.

0V

10V

1.43

2.86

4.29

5.72

7.15

8.58

PCM

000

001

010

011

100

101

110

111

50



Modulación Delta

La señal se aproxima por una

función escalera con tamaño de

peldaño: d.

Si, en el momento del

muestreo, la amplitud actual de

la señal escalera es menor que

la señal a digitalizar a la salida

digital es “1” (para hacer que la

señal escalera siga subiendo).

Se trasmite la salida digital.

La salida digital permite

recuperar la señal escalera la

cual, suavizada con filtros, se

parece a la original.

Un escalón grande a errores de cuantización (dado que no se

detectan cambios pequeños).

Un escalón pequeño a ruido de sobrecarga (la señal escalera “no

puede seguir” a la original si ésta varía muy rápido).

Presenta un SNR peor

que PCM, pero es más

sencillo de implementar.

51

Índice

Introducción

Fundamentos



Multiplexación


52

Multiplexión o multiplexación

Es el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples

señales (canales) a través de un único enlace de datos

En 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) M

ULT

IPLE

XO

R

DE

MU

LTIP

LEX

OR

1 camino

3 canales

53

Multiplexión. FDM

Multiplexión por División en Frecuencias

Generalmente para señales analógicas

Se puede aplicar cuando el AB de un enlace es mayor que los anchos de banda

combinados de la señal a transmitir

Se 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

54

Multiplexión. FDM.

Dominio temporal y espectral

Multiplexor

Multiplexor

Demultiplexor

Demultiplexor

[Fuente: For02]

55

Multiplexión. WDM

Multiplexión por División de Onda

Conceptualmente igual que FDM, pero la multiplexación y

demultiplexación involucran señales luminosas a través de fibra

óptica (bandas de longitudes de ondas)

Multiplexor Demultiplexor

Multiplexor Demultiplexor

Cable de fibra óptica

[Fuente: For02]

56

Multiplexión. TDM Multiplexión por División en el Tiempo

Generalmente para señales digitales

Se 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 receptores

Se 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 ...

57

Multiplexión. TDM. Tipos

TDM Síncrona TDM Asíncrona Multiplexor

Caso 1: sólo tres líneas envían datos

Caso 2: sólo cuatro líneas envían datos

Caso 3: las cinco líneas envían datos

AAAAAA

BBB

CCCC

DDDDD

D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A D C B A

AAAAAA

CCCC

EEEE

E5C3A1 E5C3A1 E5C3A1 A1A1

AAAAAA

CCCC

EEEE

DDDD

AAAAAA

CCCC

EEEE

DDDD

BBB

D4C3A1 C3A1E5 A1E5D4 E5D4C3 D4C3A1 A1A1E5

C3B2A1 A1E5D4 D4C3B2 B2A1E5 E5D4C3 D4C3A1 A1A1E5

[Fuente: For02]

58

Índice

Introducción

Fundamentos



Multiplexación


59


Clasificación

Medios físicos

Guiados

No Guiados

Radio

Microondas

Satélite

Par trenzado

Coaxial

Fibra óptica

Guiados: existe un soporte

material que guía la señal

(cable)

No guiados: no existe tal

soporte

En ambos casos se transmiten

ondas electromagnéticas

Elección del medio:

Coste de los equipos

Distancia a cubrir

Velocidad o AB requerido

Escalabilidad

60

Medios de transmisión Espectro electromagnético para las telecomunicaciones

Fuente: [For02]

61


Par trenzado

Dos cables de cobre embutidos en un aislante y trenzados para cancelar el efecto

de la diafonía (crosstalk).

Se agrupan para formar mangueras (4 pares para LAN).

Se usa tanto para transmisión de señales analógicas como digitales.

Analógica (p.e. ADSL) – Amplificadores cada 5-6 km

Digital (p.e. RDSI) – Repetidores cada 2-3 km

En entornos LAN (ej 802.3), la longitud máxima es de 100m, y la velocidad

depende de la categoría del cable.

Clasificación por tipo de cable:

UTP: Par trenzado no apantallado.

STP: Par trenzado apantallado.

FTP: Foiled Twisted Pair.

Clasificación por categoría del cable (Cat3, Cat5, Cat6, Cat7).

Es el medio físico usado en redes de telefonía y en LAN.

Aislamiento

externo o PVC

Conductores

de cobre

sólido

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Coaxial Alambre de cobre formado por núcleo y malla:

Buena combinación de AB e inmunidad al ruido: Señales analógicas: AB de hasta 400 MHz con amplificadores cada pocos kms

Señales digitales: Vt de hasta 1-2Gbps con un repetidor cada km.

Dos clases: 50 (transmisión digital) y 75 (transmisión analógica).

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

Tipos más frecuentes: RG-8, RG-9, RG-11: Ethernet de cable grueso

RG-58: Ethernet de cable fino

RG-59: TV

Aislante

Cubierta de plástico Conductor externo

(blindaje) Conductor interno

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Fibra óptica (1/2)

Fabricada de plástico o vidrio, transmite señales en forma de luz.

Es inmune al ruido electromagnético.

No presenta problemas de puesta a tierra.

Anchura del espectro entre 25.000 y 30.000 GHz.

La 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 señal.

Componentes de un sistema de transmisión óptico:

Fuente de luz (LED, láser semiconductor)

Medio de transmisión

Detector (fotodiodo)

Tipos:

Monomodo

Multimodo

Envoltorio exterior Buffer

Fibra

(núcleo y envoltura)

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Fibra óptica (2/2)

Empalme mecánico

Empalme pegado

Empalme fundido

Pérdidas del 10-20%

Pérdidas del 10%

Pérdidas mínimas

Embudo de introducción

Cuerpo de

conducción dilatado Capilares plásticos

Punto de empalme

Adhesivo de índice de refracción adaptado

Capilar de vidrio, superficial terminal pulida

Fibra

Electrodo Ranura en V

Tip

os d

e co

nexi

ones

65


Cable de cobre vs. Fibra óptica

AB superior

Repetidor cada 30km

Inmune a interferencias

electromagnéticas y efectos

corrosivos ambientales

Más flexible y ligera:

1000 pares trenzados de 1km de

longitud: 8000Kg

2 fibras tienen más capacidad y

pesan 100Kg

Difícil de intervenir por escuchas

Es unidireccional:

2 fibras

2 bandas de frecuencia

AB menor

Repetidor cada 5km

No inmune a interferencias

electromagnéticas ni a los efectos

corrosivos ambientales

Tecnologías más familiar

Interfaces más baratas

Tecnología más barata

Mayor facilidad de instalación y

mantenimiento

Es menos frágil

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No guiados: Radio Las señales de radio son omnidireccionales

(no necesaria alineación).

Un emisor y uno o varios receptores.

Bandas de frecuencia: LF, MF, HF y VHF

Propiedades: Fáciles de generar.

Pueden viajar largas distancias.

Atraviesan paredes de edificios sin problemas.

Son absorbidas por la lluvia.

Sujetas a interferencia por motores y otros equipos eléctricos.

Dependen de la frecuencia: A bajas frecuencias cruzan bien los obstáculos, pero la potencia baja drásticamente con la

distancia.

A altas frecuencias tienden a viajar en línea recta y rebotar en obstáculos.

Su alcance depende de: Potencia de emisión.

Sensibilidad en el receptor.

Condiciones atmosféricas.

Relieve del terreno.

VLF Frecuencia muy baja

LF Frecuencia baja

MF Frecuencia media

HF Frecuencia alta

VHF Frecuencia muy alta

UHF Frecuencia ultra alta

SHF Frecuencia super alta

EHF Frecuencia extremadamente alta

3 KHz 300 GHz

Comunicación por radio:

radio, microondas, satélite

superficie troposférica ionosférica Espacio y

línea de vista espacio

Ej: Wifi (802.11)

67


No guiados: Microondas terrestres

Frecuencias muy altas: 1 -100 GHz

Longitud de onda muy pequeña

Es absorbida por la lluvia

No atraviesa bien edificios

Ondas más direccionales que las de radio

Se utilizan antenas parabólicas

Txor 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 FO

No necesita derecho de paso

Tierra

Ej: WiMAX (802.16) (microondas + radio)

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No guiados: Comunicación vía Satélite

Tipo particular de transmisiones microondas en la que las estaciones son satélites que

están orbitando la Tierra.

Amplia cobertura.

Opera en el rango de los GHz.

Para la comunicación se usan dos bandas de frecuencia:

Canal ascendente: desde Tierra a satélite

Canal descendente: desde satélite a Tierra

Los satélites utilizan transpondedores

Un transpondedor recibe una señal microondas desde la Tierra, la amplifica y la retransmite de

regreso a una frecuencia diferente

Satélites geoestacionarios (36.000km)

Satélite

Satélite

Enlaces punto a punto de microondas vía satélite

Varios receptores Varios receptores

Transmisor

Enlaces de difusión de microondas vía satélite

69

Bibliografía

[For02] Behrouz A. Forouzan, “Transmisión de datos y

redes de comunicaciones”, 2ª edición, McGrawHill, 2002.

[Sta00] William Stallings, “Comunicaciones y Redes de

Computadores”, 6ª edición, Prentice Hall, 2000.

[Tru00] James Truvole, “LAN wiring”, 2ª edición,

MacGrawHill, 2000.

[Tan97] Andrew S. Tanenbaum, “Redes de

Computadoras”, 3a edición, Prentice Hall, 1997.

Tema 3 Transmisión de datos - rodas5.us.es · La energía para transmitir datos puede ser...

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