Aspectos fundamentales de la transmisión de datos

1. Unidad didáctica 2 Aspectos físicos de la transmisión de datos Autor: Santiago Galván Sánchez

3. Propiedades de una señal analógica.

4. Ancho de banda.

5. Decibelios.

6. Atenuación.

7. Ruido.

8. Diafonía.

9. ACR

11. Longitud de onda.

12. Espectro de frecuencia.

13. Baudios.

14. Transmisión serie y paralela.

15. Sincronización.

16. Modulación.

17. Multiplexación.

20. Por el contrario, un reloj con pantalla digital está limitado a estados discretos. Aquí el tiempo salta de las 12:00 y 0 segundos a las 12:00 y un segundo, sin señalar el tiempo intermedio. Es una representación digital .

21. Propiedades de una señal analógica La importancia señales senoidales radica en que muchas señales pueden ser expresadas como la suma señales senoidales (Teorema de Fourier).

23. Si se producen muchas oscilaciones en un segundo estaremos hablando de altas frecuencias , si, por el contrario, son pocas, hablamos de bajas frecuencias .

25. 1 Kilohercio (kHz) = 1.000 Hz.

26. 1 Megahercio (MHz) = 1.000.000 Hz.

27. 1 Gigahercio (GHz) = 1.000.000.000 Hz. z(t) = A sen ( W *t + F ) W = 1, en un segundo hay 1 ciclo W = 2, en un segundo hay 2 ciclos W = 4, en un segundo hay 4 ciclos

31. Voz: ...............................................................Hasta 5 kHz

32. Canal telefónico: ............................................3.1 kHz (300hz a 3.4 kHz)

33. Señal de audio de alta fidelidad: ..................15 kHz

34. Señal de video: ................................................4.2 mHz (FORMATO NTSC)

35. Canal de audio (F.M.): .....................................200 kHz

36. Canal de televisión: ..........................................6 mHz (FORMATO NTSC)

40. Cuanto más términos se añadan a la señal, más se parecerá a la onda cuadrada original.

41. Podemos ignorar algunos de estos términos sin que se pierda la forma de la señal cuadrada.

42. Los armónicos que menos contribuyen en la formación de la señal original son aquéllos que poseen una frecuencia mayor y una menor amplitud. f(t) = a0+a1cos w t +a2 cos 2w t +...+an cos nw t +...+ b1 sen w t +b2 sen 2w t +...+bn sen nw t +...

44. Más armónicos significa términos con una mayor frecuencia f(t) = a0+a1 cos w t +a2 cos 2w t +...+an cos nw t +...+ b1 sen w t +b2 sen 2w t +...+bnsen n w t +...

46. Esto quiere decir que cuando circula una señal por él, es posible que existan determinados armónicos de ella que no puedan ser transportados por el medio (los que tienen una frecuencia mayor).

47. Esos armónicos se pierden y la señal que llega al destinatario puede haberse modificado considerablemente.

49. Mientras más estrecho sean los pulsos la señal tendrá cada vez armónicos significativos de más alta frecuencia.

50. Estos armónicos de alta frecuencia deben poder viajar por el medio.

51. Por eso el medio tiene que tener un ancho de banda mayor si queremos transmitir más rápido.

52. El ancho de banda de un medio es el rango de frecuencias de las señales que permite transmitir.

53. Ancho de banda – La línea telefónica Bits por segundo Frecuencia del primer armónico Hz Número de armónicos que llegan al receptor 300 37’5 80 600 75 40 1.200 150 20 2.400 300 10 4.800 600 5 9.600 1.200 2 19.200 2.400 1 38.400 4.800 0 Los cables telefónicos tienen un ancho de banda aproximado de 3.000 Hz. Mientras menos armónicos se transmitan menos se parecerá la señal recibida a la transmitida

57. Banda estrecha. Permite la transmisión de señales analógicas.

59. La ganancia de potencia G de un amplificador es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada:

60. Si la potencia de salida es 30 W y la de entrada 15 W, la ganancia es:

61. Lo que significa que la potencia de salida es 2 veces mayor que la de entrada.

62. La ganancia si es menor que 1, se llama atenuación .

64. Como el Belio es una unidad muy grande, se utiliza un submúltiplo diez veces menor: el decibelio, cuya notación abreviada es dB.

67. Por ejemplo, si la potencia de salida es 15w y la potencia de entrada es 30w, tenemos:

68. La ganancia en decibelios será:

69. Si la ganancia es 0,25 entonces:

70. Si la ganancia es 0,125 entonces:

71. Conclusión: cada vez que la ganancia de potencia disminuye en un factor de 2, la ganancia en potencia en decibelios disminuye aprox. en 3dB.

73. Si la ganancia de potencia fuera 100, entonces:

74. Si la ganancia de potencia fuera 1000, entonces:

76. Diagrama típico de atenuación del par trenzado

77. Atenuación (en dB/100m) de diversos tipos de cable

78. Categorías de cables de pares trenzados

86. Ninguna señal eléctrica se produce sin ruido.

88. En otras palabras, cada bit recibe señales adicionales no deseadas desde varias fuentes. Demasiado ruido puede corromper un bit, haciendo que un 1 binario se transforme en un 0 binario, o un 0 en un 1, destruyendo el mensaje.

90. Recibimos 8v ¿Qué interpretamos? ¿y si recibimos 3v?

91. Y si el ruido fuera de 5v, ¿Cómo lo interpretarías?

94. Del extremo lejano . Ratio FEXT (Far End Crosstalk): Señal referencia - señal inducida en el lado receptor.

95. Diafonía o crosstalk

96. Diafonía del extremo cercano NEXT (Near End Crosstalk)

97. Diafonía del extremo lejano FEXT (Far End Crosstalk)

101. En un caso ideal sería infinita (P B = 0), por lo tanto cuanto mayor sea el valor de la misma se producirá un menor acoplamiento entre los cables.

103. ACR

104. ACR ¡Necesitas más electrones de la señal (azules, rosas) que de NEXT (negros)!

106. El aislamiento entre dos pares es menor en las frecuencias más elevadas. Así, en las frecuencias mayores, la señal Crosstalk (inducida de un par sobre otro) es mayor.

107. La diferencia entre la señal atenuada y la señal inferida desde otro par se llama ACR. Si las dos áreas se encuentran, ACR valdrá 0, y significará que el ruido crosstalk está al mismo nivel que la señal atenuada.

109. En este sistema entre mayor sea el número AWG menor será su diámetro .

111. Los conductores utilizados en cables telefónicos pueden ser del 22, 24 y 26 AWG.

112. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de redes son el 24 y 26 AWG. AWG Diámetro milí-metros 1 7.35 2 6.54 3 5.86 4 5.19 5 4.62 6 4.11 7 3.67 8 3.26 9 2.91 10 2.59

115. Microondas.

116. Infrarrojos.

117. Ondas de Luz  Láser.

119. Aunque los costos iniciales son mayores que los que supondría un sistema cableado, a lo largo del tiempo los gastos de operación pueden ser significativamente menores.

120. Menor tiempo de instalación y puesta en marcha del sistema. La instalación es más sencilla.

121. Existe completa flexibilidad en cuanto a la configuración del sistema. Se pueden tener diversas topologías para satisfacer los requerimientos de aplicaciones e instalaciones específicas.

126. La longitud de onda de las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible que podemos ver, oscilan entre 400 y 700 nanómetros (10^-9 metros).

129. v es la velocidad de propagación de la onda, y

132. Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa.

133. Las características propias de cada tipo de onda no solo es su longitud de onda, sino también su frecuencia y energía.

134. Espectro de frecuencia Radio Microondas Infrarrojos UV Rayos X Rayos Gamma Luz visible F(Hz) 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 10 10 10 12 10 14 10 16 10 18 10 20 10 22 10 24 10 26 10 28 F(Hz ) Par trenzado Satélite Fibra Coaxial Microondas Radio Radio Terrestres Maritima AM FM TV Banda LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF óptica 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12 10 13 10 14 10 15 10 16

135. Alcance de las ondas de radio en función de la frecuencia Enlace punto a punto (antena direccional) Enlace punto a multipunto (antena omnidireccional) Alcance (Km) Alcance (Km)

137. Son fáciles de generar, pueden viajar largas distancias, penetran en los edificios y viajan en todas las direcciones desde la fuente emisora.

138. Es necesario controlar a nivel gubernamental el uso de las frecuencias.

140. Ondas de radio de alta frecuencia . Siguen trayectorias rectas. Por esto, son enviadas a la ionosfera donde son reflejadas y devueltas de nuevo.

142. Con el término microondas se identifica a las ondas electromagnéticas en el espectro de frecuencias comprendido entre 300 MHz y 300 GHz

143. Velocidades del orden de 10 Mbps.

144. Permiten transmisión tanto terrestres como con satélites.

145. A diferencia de las ondas de radio, las microondas no atraviesan bien los obstáculos de forma que es necesario situar antenas repetidoras.

146. En las comunicaciones por satélite existe un retardo aproximado de 0,3 segundos. Tiempo que tarda la señal en llegar y volver.

148. Desventaja: debe existir visibilidad directa entre emisor y receptor. No atraviesa objetos sólidos.

151. Trayectoria de las señales

155. Depende de la sobrecarga.

158. Ejemplo transmisión con velocidad 8 baudios/s y 24 bits/s Time Domain for 8-QAM Signal

160. Transmisión serie. Un bit cada vez. Transmisión paralela Transmisión serie Más veloz (hasta cierto velocidad) Más lenta Más costosa Más económica Mayores problema de transmisión Más sencilla de transmitir Aplicable a distancias cortas Aplicable a distancias largas

162. Un error de sincronismo implicará la imposibilidad de interpretar correctamente la información a partir de las señales que viajan por el medio.

163. Problema de sincronización entre transmisor y receptor Receptor 10100111 Transmisor 11010011

166. Permite alcanzar mayor velocidad de transmisión al no tener que enviarse más bits de los necesarios.

167. Presenta el problema de mantener al emisor y al receptor sincronizados. Ambos comparte una señal de reloj que se puede transmitir por una línea separada o incluso junto con la propia señal (por ejemplo, empleando el código Manchester).

169. Cada transición positiva representa un 1 y cada transición negativa representa un 0.

170. Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transición en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuanta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.

174. Permitir que el emisor y el receptor mantengan el sincronismo . Bits por segundo Frecuencia del primer armónico Hz Número de armónicos que llegan al receptor 300 37’5 80 600 75 40 1.200 150 20 2.400 300 10 4.800 600 5 9.600 1.200 2 19.200 2.400 1 38.400 4.800 0 Los cables telefónicos tienen un ancho de banda aproximado de 3.000 Hz. Mientras menos armónicos se transmitan menos se parecerá la señal recibida a la transmitida

176. La señal que es cambiada para su transmisión se llama portadora .

179. No tiene sentido la combinación de moduladora y portadora digital. Moduladora Portadora Analógica Analógica Analógica Digital Digital Analógica Digital Digital

182. Por ejemplo, transmisión de voz a través de telefonía móvil digital.

183. En este caso, la señal moduladora tendrá una frecuencia y un ancho de banda menor que la señal modulada.

184. Tipos de modulación

186. FSK . Modulación por desplazamiento en frecuencia.

187. PSK . Modulación por desplazamiento en fase.

188. Tipos de modulación con moduladora digital y portadora analógica

190. En FM (frecuencia modulada), la frecuencia, u ondulación, de la onda portadora se modifica para transportar el mensaje.

191. En PM (modulación de fase), la fase, o los puntos de inicio o fin de un ciclo determinado de la onda se modifica para transportar el mensaje.

194. Tipos de modulación con moduladora analógica y portadora digital

197. Si se lleva a cabo un proceso de modulación , se dice que la transmisión se produce en banda ancha .

201. En el caso de usar la luz como señal de transmisión, se asigna a cada emisor una longitud de onda.

202. Tipos de multiplexación Mutiplexación Por división de frecuencia FDM Por división de Tiempo TDM Síncrono Asíncrono

204. Entre los canales hay que dejar bandas de guardia para prevenir que las señales se solapen.

205. Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

206. Multiplexación por división de tiempo (TDM)

209. Cada dispositivo tiene al menos una ranura ( nº dispositivos ≤ nº ranuras )

210. Se pueden ajustar distintas velocidades asignando varias ranuras a un mismo dispositivo

211. El proceso de ir cogiendo datos de cada dispositivo y mezclarlos se llama entrelazado.

212. Para asegurar la sincronización se utilizan bits de tramado (suele ser un bit por trama)

214. XXXBBBB

215. XXXXCCC

219. Hay menos ranuras que dispositivos ( nº dispositivos > nº ranuras )

222. TDM asíncrona solo es útil con ranuras de muchos bits!!!!