Ejemplo - Taller de herramientas

EL TRABAJO MONOGRAFICO
El trabajo monográfico es un texto extenso de carácter expositivo que
tiene por objeto demostrar los conocimientos que se poseen acerca
de un tema concreto. Un trabajo monográfico tiene que estar bien
documentado, redactado y presentado.
TRATAMIENTO DE ERRORES
EN LA CAPA FISICA
Autores:
Antonio Martínez Fredy
Curiel Ramírez Maribel
Candela Talía Hernández
Merino López pablo
Carrera:
Lic. En Informática
Materia:
Taller de herramientas intelectuales
Grupo: “A“
Nombre del profesor:
Fecha de entrega:
5 de diciembre del 2008
ÍNDICE
Página
Introducción
2
1. Ruido
1.1 Teorema de Shanon
3
3
2. Interferencia
2.1 Saltos de frecuencia
2.2 Secuencia directa
5
5
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3. Diafonía
3.1 Diafonía en cableado estructurado
3.2 Diferencia entre diafonía e interferencia
7
8
8
4. Atenuación
4.1 Calculo de la atenuación
4.2 Problemas a causa de la atenuación
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9
10
5. Distorsión
5.1 Distorsión lineal
5.2 Distorsión no lineal
11
11
12
Conclusiones
14
Bibliografía
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1
Introducción
En el presente trabajo de investigación se pretende realizar un
enfoque del tratamiento de errores en el nivel físico, o primer nivel
del modelo ISO/OSI, el cual se preocupa de todos los problemas
relacionados con la transmisión de la señal que lleva la información,
Este puede ser enviada a través de los medios de transmisión
modificando alguna propiedad física del mismo. Por ejemplo, sobre
una línea eléctrica podemos enviar datos modificando el voltaje o la
intensidad que circula sobre la misma.
La transmisión de una señal supone el paso de la misma a través de
un determinado medio, por ejemplo: un cable, el aire, etc. Debido a
diferentes fenómenos físicos, la señal que llega al receptor difiere de
la emitida por el transmisor. Vamos a estudiar a continuación una
serie de efectos que contribuyen a modificar la señal que se
transmite. Si la suma de todos los efectos no produce una gran
diferencia entre ambas señales, conseguiremos una transmisión libre
de errores. Por el contrario, cuando la señal recibida difiera en exceso
de la señal transmitida el receptor puede interpretar incorrectamente
la información y decimos entonces que se produce un error de
transmisión. Evidentemente no todas las señales sufren los mismos
efectos al atravesar los distintos medios de transmisión, luego cuando
sea posible, escogeremos el tipo de señales y medios que conduzcan
a las mejores condiciones de transmisión.
2
1. RUIDO
Se denomina ruido en la comunicación a toda señal no deseada
que se mezcla con la señal útil que queremos transmitir.
Es el resultado de diversos tipos de perturbación que tiende a
enmascarar la información cuando se presenta en la banda de
frecuencias del espectro de la señal, es decir, dentro de su
ancho de banda.
Hay diferentes tipos de ruido:
o
o
o
Ruido térmico debido a la agitación térmica de electrones
dentro del conductor
Ruido de intermodulación cuando distintas frecuencias
comparten el mismo medio de transmisión
Ruido impulsivo se trata de pulsos discontinuos de poca
duración y de gran amplitud que afectan a la señal.
1.1 TEOREMA DE SHANON
En 1928 Harry Nyquist, un investigador en el área de telegrafía,
publicó una ecuación llamada la Razón Nyquist que media la
razón de transmisión de la señal en bauds. La razón de Nyquist
es igual a 2B símbolos (o señales) por segundo, donde B es el
ancho de banda del canal de transmisión. Así, usando esta
ecuación, el ancho de banda de un canal telefónico de 3,000 Hz
puede transmitido hasta 2x3000, o 6,000 bauds o Hz.
Claude Shannon después de la investigación de Nyquist estudio
el como el ruido afecta a la transmisión de datos. Shannon
tomo en cuenta la razón señal-a-ruido del canal de transmisión
(medido en decibeles o dB) y derivo el teorema de Capacidad
de
Shannon.
El teorema de Shannon-Hartley es una aplicación del teorema
de codificación para canales con ruido. Un caso muy frecuente
es el de un canal de comunicación analógico continuo en el
tiempo
que
presenta
un
ruido
gausiano.
El teorema establece la capacidad del canal de Shannon, una
cota superior que establece la máxima cantidad de datos
digitales que pueden ser transmitidos sin error que pueden ser
transmitidos sobre dicho enlace de comunicaciones con un
ancho de banda específico y que está sometido a la presencia
de
la
interferencia
del
ruido.
3
En las hipótesis de partida, para la correcta aplicación del
teorema, se asume una limitación en la potencia de la señal y,
además, que el proceso del ruido gausiano es caracterizado por
una potencia conocida o una densidad espectral de potencia.
Considerando todas las posibles técnicas de codificación de
niveles múltiples y polifásicas, el teorema de Shannon-Hartley
indica que la capacidad del canal C es:1
C=Blog2 (1+S/N)
Donde:
o
o
o
o
B es el ancho de banda del canal.
C es la capacidad del canal (tasa de bits de información
bit/s)
S es la potencia de la señal útil, que puede estar
expresada en vatios, milivatios, etc., (W, mW, etc.)
N es la potencia del ruido presente en el canal, (mW, µW,
etc.) que trata de enmascarar a la señal útil.
Debido a que los canales de comunicación no son perfectos, ya
que están delimitados por el ruido y el ancho de banda. El
teorema de Shannon-Hartley nos dice que es posible transmitir
información libre de ruido siempre y cuando la tasa de
información no exceda la Capacidad del Canal.
Asi, si el nivel de S/N es menor, o sea la calidad de la señal es
más cercana al ruido, la capacidad del canal disminuirá.
Esta capacidad máxima es inalcanzable, ya que la fórmula de
Shannon supone unas condiciones que en la práctica no se dan.
No tiene en cuenta el ruido impulsivo, ni la atenuación ni la
distorsión.
Solo representa el límite teórico máximo alcanzable
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4. INTERFERENCIA
En las telecomunicaciones y áreas afines, la interferencia es
cualquier proceso que altera, modifica o destruye una señal
durante su trayecto en el canal existente entre el emisor y el
receptor.
Para minimizar problemas de interferencia, la capa física del
estándar 802.11 define diversas técnicas de transmisión:
o
o
Espectro ensanchado por saltos de frecuencia.
Espectro ensanchado por secuencia directa.
4.1 SALTOS DE FRECUENCIA
La técnica de espectro ensanchado por saltos de frecuencia o
FHSS consiste en dividir la frecuencia de banda ancha en al
menos 75 canales distintos (con "saltos" de 1 MHz de distancia
entre sí) y después transmitirla a través de una combinación de
canales que todas las estaciones en la célula conocen. En el
estándar 802.11 la banda de frecuencia de 2.4 a 2.4835 GHz
acepta 79 canales discretos de 1 MHz. La transmisión se lleva a
cabo de un canal hacia otro y sólo se usa cada canal durante un
período de tiempo corto (aproximadamente 400 milésimas de
segundo), lo que permite que una señal más fácil de reconocer
se transmita en un determinado momento y en una
determinada
frecuencia.
La técnica de espectro ensanchado por saltos de frecuencia se
desarrolló originalmente para uso militar con el fin de prevenir
que se escuchen las transmisiones radiales. La estación que no
sabe qué combinación de frecuencia usar no puede escuchar la
señal porque le sería imposible determinar la frecuencia en la
que la señal fue transmitida y encontrar después la nueva
frecuencia dentro de un período de tiempo corto.
Actualmente, las redes locales que usan esta tecnología son
estándar. Debido a que la secuencia de frecuencias que se
utiliza es conocida universalmente, esta técnica ya no es una
forma segura de transmitir datos. Sin embargo, FHSS todavía
se utiliza en el estándar 802.11 para reducir la interferencia
entre las distintas estaciones de una célula.
5
4.2 SECUENCIA DIRECTA
La técnica conocida como espectro ensanchado por secuencia
directa (o DSSS) consiste en transmitir para cada bit enviado
una secuencia de Barker de bits (a veces llamado ruido pseudo
aleatorio o PN). En esta operación, cada bit establecido en 1 es
reemplazado por una secuencia de bit y cada secuencia de bit
establecida en 0 es reemplazada por su complemento. La capa
física del estándar 802.11 define una secuencia de 11 bits
(10110111000) para representar el 1 y para codificar el 0 usa
su complemento (01001000111). Cada bit que se codifica con
esta secuencia se denomina chip o código de chip. Esta técnica
(llamada chipping por "chip") modula cada bit que tenga la
secuencia
de
Barker.
A través del chipping se envía información redundante y esto
permite verificar errores e incluso corregirlos durante las
transmisiones.
En el estándar 802.11, la banda de frecuencia 2.400-2.4835
GHz (83.5 MHz de ancho) se ha dividido en 14 canales distintos
de 5 MHz cada uno. Sólo los primeros 11 se pueden usar en
Estados unidos y Canadá. En el Reino Unido se pueden usar los
canales
del
1
al
13
solamente.
Sin embargo, para una correcta transmisión de 11 Mbps se
debe transmitir en una banda de 22 MHz porque, de acuerdo al
teorema de Shannon, la frecuencia de muestreo debe ser al
menos el doble de la señal para que se digitalice. Algunos
canales se superponen con canales cercanos. Es por ello que
generalmente se utilizan canales aislados (1, 6 y 11) que están
a
25
MHz
de
distancia.
Por lo tanto, cuando dos puntos de acceso que usan los mismo
canales tienen áreas de transmisión que se superponen, las
distorsiones de señal pueden afectar las transmisiones. Para
evitar cualquiera de estas interferencias, se recomienda
distribuir los puntos de acceso y seleccionar canales de forma
tal que dos puntos de acceso que usen el mismo canal nunca
estén
cerca.
El estándar 802.11a utiliza las bandas de frecuencia de 5.15 a
5.35 Ghz y de 5.725 a 5.825 Ghz, lo que le permite definir 8
canales diferentes de 20 MHz de ancho cada uno, una banda lo
suficientemente ancha como para evitar que los canales
interfieran unos con otros.
6
5. DIAFONIA
En Telecomunicación, se dice que entre dos circuitos existe
diafonía, denominada en inglés Crosstalk (XT), cuando parte de
las señales presentes en uno de ellos, considerado perturbador,
aparece
en
el
otro,
considerado
perturbado.
La diafonía, en el caso de cables de pares trenzados se
presenta generalmente debido a acoplamientos magnéticos
entre los elementos que componen los circuitos perturbador y
perturbado o como consecuencia de desequilibrios de
admitancia
entre
los
hilos
de
ambos
circuitos.
El concepto de diafonía o atenuación transversal, tal como su
nombre lo indica, significa dos fonías. Esto quiere decir que la
señal transmitida por un par logra ultrapasar a los demás pares
adyacentes del cable, produciendo de esta forma interferencias
entre las líneas del cable. Es frecuente cuando se está hablando
por teléfono, escuchar otras conversaciones ajenas a la propia.
Este efecto que se produce en la comunicación telefónica, se
reconoce
con
el
nombre
de
diafonía.
Las principales causas que generan la diafonía, son los
desequilibrios capacitivos y la baja aislación entre los pares del
cable, lo que normalmente son producidos al realizar los
empalmes. Es importarte llamar la atención en este punto,
dado que la diafonía, a diferencia de otros defectos, son muy
difíciles de localizar y reparar, por lo tanto los técnicos
encargados de realizar las uniones en los cables deberán tomar
todas las medidas pertinentes, con el objeto de evitar que se
produzcan desequilibrios capacitivos (pares split) o baja
aislación en los cables. Este problema genera además
acoplamiento de señales en pares usados en transmisión de
datos, y disminución de velocidad de propagación de la señal.
La diafonía se define como la relación de potencia o voltaje que
existe entre el par interferido y el par interferente. Esta relación
se expresa con una potencia de 1mW la cual corresponde a
0dBm.
Se entiende por par interferente al que lleva la señal y el par
interferido donde se escucha la señal.
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5.1 DIAFONÍA EN CABLEADO ESTRUCTURADO
En un sistema de cableado estructurado, a la diafonía se la ha
denominado NEXT que son las iniciales en ingles de Near End
Cross Talk , debido a que los chequeos de diafonía se realizan
en el extremo cercano de la fuente de excitación. La Principal
forma de corregir este factor , es mediante el trenzado de los
cables. El trenzado se debe conservar desde la fabricación
hasta la instalación final, no halando el cable más de lo que
remienda el fabricante, no realizando curvaturas inadecuadas,
no destrenzando el cable más de lo recomendado en el
momento de la conectorización, así como evitar quitar la
chaqueta del cable más allá de lo indicado por la norma.
5.2 DIFERENCIA ENTRE DIAFONÍA E INTERFERENCIA
Los conceptos de diafonía e interferencia son prácticamente
equivalentes, y sólo se diferencian en un par de matices:
o
La diafonía suele emplearse exclusivamente en el caso de
que la perturbación haya sido originada dentro del mismo
sistema perturbado, o en otro sistema de igual
naturaleza, mientras que la interferencia puede provenir
también de otro sistema de naturaleza distinta.
o
La diafonía es propia de sistemas de transmisión con
líneas metálicas, mientras que el concepto de
interferencia
se
usa
más
a
menudo
en
Radiocomunicaciones. Será en este campo donde nos
centremos ahora.
8
6.1 ATENUACIÓN
En comunicaciones, reducción normal de la potencia (en
decibeles) de una señal mientras se transmite. Es lo opuesto a
amplificación. Cuando una señal viaja de un punto a otro suele
atenuarse, si lo hace demasiado esta se vuelve ininteligible. Es
por eso que la mayoría de las redes necesitan repetidoras
amplificadoras
a
intervalos
regulares.
En telecomunicación, se denomina atenuación de una señal,
sea esta acústica, eléctrica u óptica, a la pérdida de potencia
sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de
transmisión.
6.2 CALCULO DE LA ATENUACIÓN
Si introducimos una señal eléctrica con una potencia P1 en un
circuito pasivo, como puede ser un cable, esta sufrirá una
atenuación y al final de dicho circuito obtendremos una
potencia P2. La atenuación (a) será igual a la diferencia entre
ambas
potencias.
No obstante, la atenuación no suele expresarse como diferencia
de potencias sino en unidades logarítmicas como el decibelio,
de manejo más cómodo a la hora de efectuar cálculos. La
atenuación, en el caso del ejemplo anterior vendría, de este
modo, expresada en decibelios por la siguiente fórmula:
En términos de potencia
a=10 x log P1/P2
En términos de tensión
a=20 x log V1/V2
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6.3 PROBLEMAS A CAUSA DE LA ATENUACIÓN
Problemas:
1. La señal recibida debe tener la suficiente energía
para que la electrónica en el receptor pueda
detectar e interpretar la señal
2. La señal debe recibirse con un nivel mayor que el
ruido
3. La atenuación varía en función de la frecuencia, lo
que provoca que la señal recibida esté distorsionada
Soluciones:
4. Amplificadores o repetidores: incrementan la
energía de la señal
5. Ecualizadores: amplifican de forma diferente cada
frecuencia evitan la distorsión de la señal
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7. DISTORSIÓN
Entendemos por distorsión la diferencia entre señal que entra a
un equipo o sistema y la señal de salida del mismo. Por tanto,
puede definirse como la "deformación" que sufre una señal tras
su paso por un sistema. La distorsión puede ser lineal o no
lineal. Si la distorsión se da en un sistema óptico recibe el
nombre de aberración
7.1 DISTORSIÓN LINEAL
La distorsión lineal es aquella que no modifica las componentes
espectrales de la señal sobre la que se aplica. Esto es, la banda
ocupada por la señal es la misma con y sin distorsión. Sea
H( f ) la función de transferencia extremo a extremo (entre
fuente y presentación) del sistema de transmisión. En general
H(f)=|H(f)ejH(f)
Vemos aquí que podrá haber dos tipos de distorsión lineal:
o
De amplitud. Para que no exista, |(Hf)| debe ser
constante, es decir, de la forma|(Hf)|=K.
o
De fase. Para que no exista, H(f) debe ser cero o en todo
caso lineal, o sea, H(f)=-ja?. Si H(f) es lineal, la
distorsión en fase se traduce en un retraso puro de la
señal, lo cual es admisible en la mayoría de aplicaciones;
en este caso particular se habla en ocasiones de
distorsión de retardo
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7.2 DISTORSIÓN NO LINEAL
La distorsión no lineal es aquella que genera componentes de
frecuencias nuevas, que no existían en la señal original. En los
sistemas no lineales no es posible definir una función de
transferencia en sentido clásico, y se aproximan mediante una
característica de transferencia definida como una relación
entrada/salida polinómica:
D=((e*e)(t)) / ((y*y)(t))
D=Pe/Py




Dado un sistema cuya respuesta ideal es x(t)
En realidad se obtiene una señal diferente y(t).
Se define el error como e(t)=y(t)-x(t)
Se define la distorsión como la relación de las
potencias medias de error y de señal
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CONCLUSIÓN
Debido a diferentes fenómenos físicos, la señal que llega al
receptor difiere de la emitida por el transmisor. Si la suma de
todos los efectos producidos durante el viaje de una señal por
su medio no crea una gran diferencia entre la señal enviada y la
recibida, conseguiremos una transmisión libre de errores. Por el
contrario, cuando la señal recibida difiera en exceso de la señal
transmitida, el receptor puede interpretar incorrectamente la
información y decimos entonces que se produce un error de
transmisión.
Todos los factores antes mencionados intervienen en el proceso
de transmisión de señales y deforman o alteran las mismas.
Estas contaminaciones o deformaciones pueden conducir a
pérdidas de información y a que los mensajes no lleguen a sus
destinos con integridad. Algunos de estos factores negativos
son fácilmente evitables. En cambio, otros, por su naturaleza,
no lo son tanto. Para ello se utilizan distintas técnicas que
palian estos efectos perjudiciales.
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BIBLIOGRAFÍA
Teorema de shanon [en línea] disponible en:
http://eveliux.com/mx/teorema-de-la-maxima-capacidad-deshannon.php
Capa física [en linea] disponible en:
http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/comdat/transparencias/capa1
a.ppt#256,1,CAPA FISICA
Diafonía [en línea] disponible en:
http://www.plantaexterna.cl/localizacion/diafonia.htm
Atenuación [en línea] disponible
en:http://es.wikipedia.org/wiki/Atenuaci%C3%B3n
Interferencia [en línea] disponible en:
http://mecfunnet.faii.etsii.upm.es/difraccion/interferencia/interf
.html
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