Resumen para el FINAL Comunicaciones (1)

Comunicaciones
Unidad 1: Introducción a los Sistemas de Comunicaciones
Un sistema de comunicaciones es aquel que logra transmitir información en el tiempo o en la distancia, de un punto
llamado fuente a otro denominado destino, en general como una señal electromagnética. La información a transmitir
puede ser de naturaleza o significados muy diversos, pero lo que interesa es su “forma”. Además la misma puede ser
producida por máquinas o por el hombre, y normalmente no es de naturaleza eléctrica.
Elementos de un Sistema de Comunicaciones:
•
•
•
•
•
Fuente: es el dispositivo que genera los datos a transmitir
Transmisor: adapta el mensaje ya convertido a señal eléctrica al medio de transmisión, lo cual implica un proceso de
modulación consistente en alternar algún elemento de una señal fija (portadora) de acuerdo a las variaciones del
mensaje. También puede efectuar otras modificaciones, como usar una clave que proteja a la privacidad de la
comunicación, comprimir o expandir el mensaje previo a la transmisión, etc.
Canal o medio de Transmisión: es el lazo entre el transmisor y el receptor. Pueden ser líneas de transmisión, el aire,
fibras ópticas, guías, ondas, etc. Aquí es donde la señal sufre alteraciones indeseadas que degradan su calidad, como
la atenuación, distorsión, interferencia y ruido.
Receptor: rescata o acepta la señal proveniente del medio de transmisión y realiza las operaciones inversas del
transmisor con la finalidad de obtener el mensaje que pueda ser manejado por el dispositivo destino. Esto implica
que debe existir un acuerdo absoluto entre transmisor y receptor en cuanto al tipo de funciones que cada uno debe
realizar de forma de que cada operación sea equivalente para no alterar el mensaje original.
Destino: toma los datos del receptor convertidos a una forma adecuada entendible.
Un sistema es una red de comunicaciones, la cual está compuesta por varios servicios. Los servicios pueden ser:
• Portadores: el servicio me conecta a otro servicio, es un intermediario.
• Teleservicios: es el servicio completo de extremo a extremo, sin costos extras y sin intermediarios.
Los sistemas se pueden clasificar:
• Según la dirección:
o Simplex: la difusión del mensaje es en un solo sentido
o Half Duplex: la difusión del mensaje es en dos direcciones pero no simultáneamente, sino de a uno por vez.
o Full dúplex: la difusión es en dos direcciones simultáneamente.
• Según la cobertura geográfica:
o PAN (Personal Area Network): sistemas de cobertura muy cortos o pequeños, reducidos.
o LAN (Local Area Network): intranets de una organización
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MAN (Metropolitan Area Network): cubren una determinada ciudad o similar (televisión por cable, acceso
inalámbrico a internet, radio de los taxis, etc).
o WAN (Wide Area Network): telefonía, internet, redes satelitales. Se extiende por varios países.
Según los servicios brindados:
o Voz: telefonía
o Datos: internet
o Video: televisión por cable
Según la privacidad o el acceso:
o Privados: redes de computadoras de una organización
o Públicos: internet, telefonía
Según la señal:
o Señales Digitales: representadas por funciones que pueden tomar un número finito de valores. Es aquella en
la que la intensidad de la señal NO varía suavemente en el tiempo, es decir, presenta saltos o
discontinuidades.
o Señales Analógicas: representadas por funciones que pueden tomar un número infinito de valores. Es
aquella en la que la intensidad de la señal varía suavemente en el tiempo, es decir, no presenta saltos o
discontinuidades.
o
•
•
•
Comparación - Señales analógicas y digitales
Señal Analógica
Señal Digital
• Sufren menos con la atenuación
• Se puede encriptar
• No se puede encriptar, ni comprimir, ni procesar.
• Se puede comprimir
• Se deteriora con el tiempo
• Se puede procesar
• Si se amplifica la señal, también se amplifica el ruido
• No se deteriora
• Es mas cara
• Se puede filtrar el ruido para amplificar solo la señal y
no el ruido, y así transportarla mejor.
• Ocupan un espectro en frecuencia limitado
• Es mas económica
• Sufren mas con la atenuación
TEORÍA DE LA INFORMACIÓN
El interés principal de la Teoría de la Información lo constituye todo aquello relacionado con la capacidad y fidelidad
para transmitir información de los diferentes sistemas de comunicación. Trata acerca de la cantidad de información que
es transmitida por la fuente al receptor al enviar un determinado mensaje, sin considerar el significado o propósito del
mismo.
Información: “Todas aquellas representaciones simbólicas que por el significado que le asigna quien la recibe e
interpreta, contribuyen a disminuir la incertidumbre de forma que pueda decidir un curso de acción entre varios
posibles”.
Un suceso, por lo tanto, contendrá mayor o menor cantidad de información cuanto menor sea la probabilidad de
ocurrencia del mismo. Al medir cuanta información proporciona la fuente al receptor, al enviar un mensaje se parte del
supuesto que cada elección está asociada a cierta probabilidad, siendo algunos mensajes más probables que otros. Por
lo tanto, la cantidad de información puede ser calculada a partir de su probabilidad de ocurrencia.
Jerarquía de la información:
• Datos: cualquier entidad capaz de transportar información. Fragmentos inconexos
• Información: datos organizados o procesados
• Conocimiento: información procesada o internalizada
• Sabiduría: conocimiento integrado
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Medida de la información (el valor): Un mensaje de información máxima en el cual cada uno de sus elementos son
originales en un 100% es ininteligible. Si un mensaje es aquello que sirve para modificar el comportamiento del receptor,
el valor del mismo es mayor cuanto es más nuevo. Medir la cantidad de información de un mensaje es medir lo
inesperado, lo imprevisible, lo original que contiene, y esto equivale a medir la probabilidad de que algo sea imprevisible
para el receptor.
Principios de la Medición de la Información:
• 1° Principio: “mientras mas probable sea un mensaje, menos información proporcionará”. Es la probabilidad que
tiene un mensaje de ser enviado, y no su contenido lo que determina su valor informativo. La información que
suministra un evento es función inversa de la probabilidad de ocurrencia del mismo:
•
2° Principio – Información Mutua: Guarda relación con las elecciones sucesivas. Establece que si dos mensajes, X e Y
son seleccionados, la cantidad de información proporcionada por ambos mensajes será igual a la cantidad de
información proporcionada por X mas la cantidad de información proporcionada por Y, dado que X ya ha sido
seleccionado.
Para dos eventos que ocurren simultáneamente a y b:
Podemos observar que las informaciones se suman mientras que las probabilidades se multiplican. La función que
nos permite realizar esto es la logarítmica:
Unidades de información: la información se mide en varias unidades.
• a=2 entonces [I]=bit (o Shannon)
• a=e entonces [I]=nat
• a=10 entonces [I]=hartley
La unidad básica de información es el digito binario o BIT, y constituye la cantidad de información proporcionada por
cada elección entre dos alternativas posibles. Esta forma de código se denomina de tipo binario y consta de solo dos
tipos de señales que se codifican como 0 o 1, y que se diferencias en su transmisión por medios eléctricos o
electromagnéticos en comunicaciones digitales con dos niveles de tensión distintos. Si existen “N” posibilidades, todas
igualmente probables, el
es la función matemática que nos indicará la cantidad de bits de información de una
situación determinada. Éstas son señales binarias. Si suponemos que cada digito es equiprobable, tendrán entonces igual
posibilidad de ocurrencia y la información suministrada por cada uno de ellos será 1 bit:
“Un bit es la unidad de información que transporta un digito binario”. Pero no siempre un digito binario transporta 1 bit
de información. Si los dígitos binarios son conocidos de antemano, no suministran información. Si los ceros y los unos no
son equiprobables, sus probabilidades son distintas a ½ y por lo tanto un 0 o un 1 pueden tener más o menos de 1 bit de
información. A un digito binario se lo llama binit. A la cantidad de información se la llama bit.
Los dígitos binarios que contienen información forman códigos, representan letras, números y símbolos especiales. Los
dígitos binarios que no contienen información indican paridad para detección de errores, bits de sincronismo para
principio y fin de transmisiones asíncronas.
Redundancia: la mayoría de las fuentes de información producen mensajes que consisten en elecciones sucesivas entre
posibilidades de probabilidad variable y dependiente. A este tipo de secuencias se les denomina procesos estocásticos.
El caso más típico son las letras y palabras que conforman el lenguaje. Tanto la incertidumbre como la información de las
de las últimas letras de una palabra o de las últimas palabras de una oración es menor comparada con las primeras.
La redundancia se refiere a que las posibilidades dentro de un mensaje se repitan y de una cierta manera previsible.
Mientras mayor sea la redundancia de un mensaje, menor será su incertidumbre, y menor la información que contenga.
La redundancia de los idiomas permite que si se pierde una fracción de un mensaje sea posible completarlo en forma
muy aproximada al original. Otra función importante es que nos permite ahorrar tiempo en la decodificación de los
mensajes. Sin embargo, cuando el canal usado tiene ruido, es conveniente no emplear un proceso de codificación que
elimine toda la redundancia, ya que la misma ayuda a minimizar el efecto del ruido.
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Símbolos y datos:
Símbolo: todo aquello que por una convención predeterminada hace alusión a algo que no necesariamente debe estar
presente.
Atributos: propiedades o cualidades de los sucesos al representarse simbólicamente.
Datos: son representaciones simbólicas de propiedades o cualidades de entes o sucesos que pueden ser usadas en algún
momento para decidir un tipo de acción en particular. Pueden ser almacenados, transformados y/o transmitidos.
Fuente de información: es un elemento que entrega una señal, la cual es función de una o más variables que contiene
información acerca de la naturaleza o comportamiento de algún fenómeno.
Las fuentes se clasifican según el tipo de señal que entregan:
• Según el tipo de variable independiente (tiempo):
o Fuentes de tiempo continuo: la función está definida para cualquier valor de la variable independiente.
o Fuentes de tempo discreto: la función solo está definida para un conjunto contable de instantes de tiempo.
• Según el rango de valores que cubre la señal:
o Fuentes continuas o de amplitud continua: el valor de la función tomara un rango continuo de valores
o Fuentes discretas o de amplitud discreta: el valor de la función solo toma un conjunto finito de valores, cada
uno de los cuales se denomina símbolo y en un conjunto se los suele llamar alfabeto. La elección del alfabeto
es arbitraria.
Estas dos clasificaciones son ortogonales. En la práctica solo se encuentran dos tipos, las llamadas fuentes analógicas
(fuentes continuas de tiempo continuo) y las llamadas fuentes digitales (fuentes discretas de tiempo discreto). Estas
últimas se suelen clasificar según la relación que tenga un símbolo con los que le preceden de la siguiente manera:
• Fuentes sin memoria: aquella en que los símbolos que emite son estadísticamente independientes. Los símbolos ya
aparecidos no condicionan al símbolo presente ni a posteriores.
• Fuentes con memoria: la aparición de los símbolos no es estadísticamente independiente. Si han aparecido M-1
símbolos, el símbolo M-ésimo está condicionado por los anteriores.
Entropía: la entropía H de un sistema de transmisión (canal) es igual a la cantidad de información media de sus mensajes
Entropía=Completo desorden=Información Promedio=H: =
Es una magnitud que mide la información contenida en un flujo de datos, lo que nos aporta sobre un dato o hecho
concreto. Si en un conjunto de mensajes sus probabilidades son iguales (equiprobables), la entropía total o información
media será:
donde N es el número de mensajes posibles en el conjunto, y obtenemos como resultado la
cantidad de información de cada mensaje individual. La entropía nos permite ver la cantidad de bits necesarios para
representar el mensaje que se va a transmitir.
Información de una fuente: la fuente se define en términos de la información promedio o entropía de la fuente.
Definimos a la entropía de una fuente sin memoria H como la expresión:
y representa la
“incertidumbre media” en la ocurrencia de cada símbolo.
Características:
• Continuidad: pequeños cambios en la probabilidad del evento implican pequeños cambios en la cantidad de
información y por ende en la entropía.
• Simetría: el orden en que se presentan los eventos no altera la entropía del sistema
• Aditividad: las entropías para un mismo sistema son aditivas
• Maximalidad: si los símbolos que genera la fuente sin memoria son equiprobables, la entropía es máxima.
La expresión de la entropía permite describir la fuente en términos de la información promedio producida por ella. La
probabilidad de cada símbolo es 1/x cuando H es máxima.
Puede ocurrir que varias entropías sean iguales, pero una más rápida que la otra, entrega más símbolos por unidad de
tiempo.
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Tasa de Información – R: la descripción de una fuente no queda definida solo por su entropía, sino también por su
velocidad para transferir información. La mayor velocidad de una fuente con respecto a otra (aun con la misma
información media) hace que sea necesario destinar mayores recursos del sistema para atender la mayor velocidad de
entrada de datos. Es por lo tanto necesario conocer la “tasa de información media en bit/seg”, la cual se define como el
cociente entre la entropía de la fuente respecto de la duración promedio de los símbolos que ésta envía:
= [bps] = [bit por segundo o Shannon por segundo]
t = duración promedio de los símbolos (seg/símbolo).
Nos brinda la cantidad de información producida por una fuente en un tiempo determinado.
Velocidad de señalización – r: las señales son transmitidas por los canales como secuencias de elementos de señal
(símbolos) de duración fija. La duración de cada digito determina la velocidad de señalización y se expresa en Baudios.
Un Baudio es el número de símbolos que pueden ser transmitidos por segundo. Es la tasa de dígitos o binits: la cantidad
de dígitos por segundo que es transmitida. Se define como la inversa de pulso (o símbolo) enviado.
= [binits / seg] = [Baudio]
Podemos decir que el Baudio mide la velocidad de señalización indicando por lo tanto, la velocidad de los símbolos.
Usando la velocidad de señalización, la tasa de información queda como:
Velocidad de señalización máxima posible – S: es la inversa de la medida del intervalo de tiempo nominal más corto,
entre dos instantes significativos sucesivos de la señal modulada. Con pulsos de señal de igual duración, la velocidad de
modulación medida en Baudios, es el número de dichos pulsos por segundo, o el máximo N° de transiciones de estados
, es decir,
del canal por segundo:
Capacidad del Canal – C: es la capacidad que tiene un canal para transportar información y se mide en bits/seg. Para que
una tasa de información pueda enviarse por un canal debería ser en todos los casos
En un “canal ideal” R=C, y teniendo como entrada un conjunto de “m” símbolos, a la salida se reproducen exactamente
los mismos símbolos, no se consideran ruidos ni distorsión:
resulta
lo cual significa que un canal que quiera transportar esa cantidad de información
Como
deberá tener una capacidad
o mayor. Esta expresión es la mayor información por unidad de tiempo que
puede transportar el canal.
El problema de calcular la capacidad del canal se complica por la presencia de ruido. El teorema para la capacidad el
canal con ruido se define como el ritmo máximo a la que la información útil puede ser transmitida a través del canal.
Teorema de Nyquist: La velocidad de señalización está relacionada con el “ancho de banda” del canal. Este teorema
siendo B el ancho de banda del canal. Esto expresa la máxima velocidad de datos posibles en un
establece que:
canal sin ruido y con un ancho de banda infinito.
Nyquist demostró la existencia de una frecuencia de muestreo llamada “Frecuencia de Nyquist” (FN) que no puede ser
superior al doble de la frecuencia natural de entrada, es decir, la frecuencia de la señal que se va a muestrear: FN=2f. Si
se hace un muestreo con una frecuencia superior al doble, la información recuperada es “Redundante”.
Para los canales de información, en lugar de indicar la frecuencia de la señal se usa como referencia el pasabanda, de tal
modo que
siendo
(Ancho de Banda). Sobre la base de este límite estableció y
comprobó que si los canales son sin ruido y si las señales son binarias con una transmisión mononivel, la FN coincide con
y esto opera como un límite físico.
la máxima velocidad binaria, ya que:
Para un ancho de banda dado B, la mayor velocidad de transmisión posible es de 2B, pero si se permite (con señales
digitales) codificar más de un bit en cada ciclo, es posible transmitir más cantidad de información.
Nyquist nos dice que aumentando los niveles de tensión diferenciables en la señal, es posible incrementar la cantidad de
información transmitida.
donde M=cantidad de niveles de la señal o N° de símbolos.
Entonces, suponiendo un B=3000:
=6000bps
• Caso 1: 2 niveles R=2.3000.
• Caso 2: 4 niveles R=2.3000.
=12000bps
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Teorema de Shannon – Hartley: Ambos han demostrado que la capacidad de un canal de transportar información en
presencia de ruido vale
, siendo B=Ancho de banda, S=Potencia media de la señal, N=Potencia
media del ruido.
Es decir que S/N es la relación señal-ruido expresada en N° de veces y no en dB. Comparando con el teorema de Nyquist:
= valor eficaz de la señal más el ruido (Considerando que trabajamos con resistencias de 1 )
= valor eficaz del ruido (Considerando que trabajamos con resistencias de 1 )
Se puede determinar el N° máximo de niveles de la señal como el valor pico de la señal dividido por la separación
mínima entre niveles para que el ruido superpuesto en cada nivel no interfiera con el siguiente
•
•
•
La capacidad C de un canal medida en bps indica la cantidad de información que el canal puede transportar por
unidad de tiempo.
C depende de la relación S/N y del ancho de banda, y es independiente de la tasa de información de la fuente.
La relación entre R y C está establecida a través de la tasa de error del sistema (BER), de tal forma que si R > C no es
posible transmitir sin errores.
Consecuencias de los límites en la velocidad binaria:
• En el cálculo del límite interviene la relación de las respectivas potencias en unidades de potencia y por lo tanto S/N
es adimensional (en veces), no es la ganancia del circuito ni la pedida del medio.
• En el canal se considera el ruido gaussiano No debe usarse para calcular el impacto de los ruidos impulsivos o no
correlacionados que puedan existir.
• La sola aplicación de la ley de Shannon no permite determinar la máxima velocidad de un modulador cualquiera en
un canal real, sino la máxima capacidad del canal.
• El límite de Shannon impacta sobre las técnicas de modulación y de transmisión que se desarrollan.
Decibel: es una unidad de medida que relaciona a dos magnitudes en forma logarítmica. Un dB equivale a una relación
entre dos magnitudes de 1.2589254 veces. La unidad de la cual deriva el dB es el “Bel” y se refiere a la 10° parte de algo.
Atenuación (A): A=10
=[dB] P1=potencia de entrada y P2=potencia de salida. En veces:
El dB como magnitud de comparación: es la primera aplicación importante del dB, y sirve para expresar cuán grande es
una potencia con respecto a otra, o bien cuan pequeño es un voltaje con respecto a otro, etc.
No siempre la potencia que se encuentra a la salida de un circuito es más pequeña que la potencia que se aplico en la
entrada del mismo, así se habla de ganancia o perdida de un circuito, la cual se expresa en dB y se usa el signo de
resultado obtenido de la expresión:
Hay una ganancia cuando el resultado es positivo y perdida cuando es negativo, en cuyo caso se dice que se produjo una
“atenuación” en el circuito.
El dB como magnitud de medida: es la segunda aplicación importante del dB, para expresar el valor de un determinado
punto. Para ello se establece un valor o nivel fijo, una referencia que normalmente es estándar y responde a una
convención perfectamente clara y determinada.
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Teoría de Señales: Todo lo que entra al sistema y produce un cambio en el mismo se denomina “señal” la cual puede ser
de distintos tipos:
• Señales Analógicas: es una onda electromagnética que varia continuamente y que según sea su espectro, puede
propagarse a través de una serie de medios guiados o no guiados.
• Señales Digitales: es una secuencia de pulsos de tensión que se puede transmitir a través de un medio conductor,
varía entre dos valores constantes de tensión.
A su vez, ambas pueden ser:
• Determinísticas: mediante una formula matemática podemos determinar en todo momento que pasa con la señal.
• No Determinísticas: no conocemos todo de ellas, no las podemos determinar absolutamente, pero si conocemos
algunos de sus parámetros y que se mantendrá dentro de ciertos rangos.
• Aleatorias: tienen cualquier variación y es imposible determinar que sucede con ellas (amplitud, frecuencia, fase,
cuando se produce)
Desde el punto de vista de la información:
• Las señales determinísticas tienen probabilidad de ocurrencia infinita y su cantidad de información proporcionada es
mínima, casi nula. Sin embargo son las señales que hacen funcionar al sistema. Se las denomina “señales
portadoras” porque son las que transportan la información.
• Las señales aleatorias tienen probabilidad de ocurrencia muy baja y por tanto la cantidad de información que
proveen es muy alta. Esto constituye el ruido y la molestia.
• Las señales no determinísticas son las que llevan la información útil.
Otra Clasificación:
• De energía: empiezan en un determinado momento y tienen un comportamiento y luego desaparecen.
• De potencia: son infinitas.
Las señales se definen como funciones con respecto al tiempo, pero también se pueden expresar alternativamente en
función de la frecuencia.
Las señales periódicas se caracterizan por contener un patrón que se repite a lo largo del tiempo. A su vez puede ser
. la constante T es el periodo de la señal. En
continua o discreta. Matemáticamente
cualquier otro caso la señal es no periódica.
La onda seno es una de las señales periódicas por antonomasia. Se representa (como toda señal) mediante tres
parámetros: la amplitud (A), frecuencia (f) y la fase ( . La amplitud es el valor máximo de la señal en el tiempo medido
en voltios. La frecuencia es la razón (en ciclos por segundo o Hz) a la que la señal se repite. Un parámetro equivalente es
el periodo (T) definido como la cantidad de tiempo transcurrido entre dos repeticiones consecutivas de la señal, se
. La fase es una medida de la posición relativa de la señal dentro de un periodo de la misma; en una
verifica que
señal periódica es la parte fraccionaria t/T del periodo T en la que t ha avanzado respecto a un origen arbitrario,
considerado como el ultimo cruce por cero desde un valor negativo a uno positivo. La expresión genérica para una onda
sinusoidal es
)
Además dada una señal se define como longitud de onda como la distancia que ocupa un ciclo, la distancia entre dos
siendo c la velocidad de la luz.
puntos de igual fase entre dos ciclos consecutivos y es igual a
En la práctica, las señales electromagnéticas pueden estar compuestas de muchas frecuencias, y su formula se escribe
como una suma de señales de distintas frecuencias. Cuando todas las componentes de una señal tienen frecuencias
múltiplo de una dada, esta última se denomina
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inyectan energía al ruido. Además, si se usan amplificadores en cascada, la señal se distorsiona cada vez más. Para los
datos digitales, los amplificadores en cascada introducirán errores.
La transmisión digital es dependiente del contenido de la señal. Una señal digital solo se puede transmitir a una distancia
limitada, ya que la atenuación, el ruido y otros aspectos negativos pueden afectar a l integridad de los datos
transmitidos. Para conseguir distancias mayores se usan repetidores, los cuales reciben la señal digital, regenera el
patrón de ceros y unos, y los retransmite. De esta forma se evita la atenuación. Para señales analógicas se puede usar la
misma técnica anterior si la señal transmitida transporta datos digitales, el sistema de transmisión tendrá repetidores
convenientemente espaciados en lugar de amplificadores. Dichos repetidores recuperan datos digitales a partir de la
señal analógica y generan una señal analógica limpia, así el ruido no es acumulativo.
Transmisión asíncrona y síncrona:
• Asincrónica: también conocida como start/stop ya que el emisor puede transmitir un carácter en cualquier momento
y el receptor lo acepta.
Se pueden enviar caracteres a intervalos irregulares. Para que el receptor pueda reconocerlo, cada carácter
transmitido tiene un bit de arranca y uno o dos de parada. La sincronización es establecida a nivel de cada carácter
transmitido. En este método es fundamental definir la estructura del carácter (bits de datos con o sin paridad) y la
velocidad de transmisión de modo tal de poder determinar en cuanto tiempo es leído un bit. La forma en la que el
receptor detecta un START BIT es por una transición de la señal del valor IDLE al de START.
• Sincrónica: en los protocolos sincrónicos se arman paquetes con los datos de n cantidad de datos (bytes). No se
requieren bit de arranque ni de parada. Existen dos variantes: modo orientado a carácter y modo orientado a bit.
La sincronización se establece mediante un grupo predeterminado de bits de sincronización que son enviados en
momentos en que la línea esta ociosa (idle) o inmediatamente antes de la transmisión del mensaje. Estos bits de
sincronización serán entre 16 y 32 y reemplazaran a todos los bits de arranque/parada de la transmisión asíncrona.
Este método de transmisión es más sofisticado que el anterior y exige que los dispositivos vean un clock, que será el
encargado de determinar la frecuencia del envío de los bits. Este clock puede ser dado internamente por el
dispositivo, por módems externos o por módems eliminiators (o null modem). No hay comunicación sincrónica sin la
presencia de un clock.
Los datos sincrónicos levan un FLAG o bandera que se necesitan para saber donde comienzan los datos y también
tienen una bandera al final del paquete. Estos paquetes o tramas llevan también otros caracteres para funciones de
nivel de enlace, tales como el CRC (código de redundancia cíclica) que es un doble byte que se usa para saber si el
paquete que se está recibiendo tiene o no errores.
Técnicas para la codificación de señales: tanto la información analógica como la digital pueden ser codificadas mediante
señales analógicas o digitales. La elección dependerá de los requisitos exigidos del medio de transmisión, así como de los
recursos disponibles para la comunicación.
En la señalización digital, una fuente de datos g(t) que puede ser tanto analógica como digital, se codifica en una señal
digital x(t). La forma de onda en particular que adopte x(t) dependerá de la técnica de codificación elegida.
La transmisión analógica se basa en una señal continua de frecuencia constante denominada “señal portadora”. Su
frecuencia se elige de tal forma que sea compatible con las características del medio que se vaya a usar. La modulación
es el proceso de codificar los datos generados para la fuente en la señal portadora de frecuencia fc. Todas se basan en la
modificación de uno o más de los 3 parámetros fundamentales que caracterizan a la portadora ene l dominio de la
frecuencia: amplitud, frecuencia y fase.
Modulación: modular es deformar una señal de forma controlada, o variar algún parámetro de una señal de forma
controlada (amplitud, fase, frecuencia). La modulación es el proceso de codificar los datos generados por la fuente en la
señal portadora. La señal de entrada m(t) (que puede ser analógica o digital) se denomina señal moduladora o señal en
banda base. A la señal resultante de la modulación de la portadora se le denomina señal modulada s(t)
Se modula para:
• Adaptar las propiedades de la señal al canal de comunicación
• Proteger a la señal frente a interferencia, ruidos, etc. propios de todo canal de comunicación
• Multiplexar: aprovechar un canal de comunicación entre varias señales sin que las señales se molesten entre si.
• Optimizar el uso del canal (ganar ancho de banda)
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Datos Analógicos
Datos Digitales
Señales Portadoras Analógicas
AM, FM, PM
ASK, FSK, PSK, QAM
Señales Portadoras Digitales
PCM (modulación de pulso codificado)
Códigos de líneas: RZ, NRZ, HDB3,
AMI, Manchester
Señal portadora:
DATOS ANALÓGICOS, SEÑAL ANALÓGICA
Existen dos razones fundamentales para realizar esta modulación:
• Para llevar a cabo una transmisión más efectiva puede que se necesita una frecuencia mayor. En los medios no
guiados es prácticamente imposible transmitir señales en banda base, ya que el tamaño de las antenas tendría que
ser de varios Km de diámetro.
• La modulación permite la multiplexacion por división de frecuencias, técnica muy importante que consiste en
desplazar el ancho de banda de la señal en banda base hacia otra zona del espectro.
Las tres técnicas de modulación analógica más importantes son:
Para el caso de AM, FM, y PM vamos a suponer que la siguiente señal es la señal analógica de datos a modular:
Señal Analógica a modular (datos)
Modulación de Amplitud (AM): es una modulación relativamente barata, tiene baja calidad de modulación y se usa en la
radiodifusión de señales de audio y video. El ancho de banda de la señal a transmitir debe ser del doble del de la
información. Esto es relativamente bajo comparado con otros tipos de modulación. Posee ciertos inconvenientes: el
ruido produce fluctuaciones no deseadas en la señal. Se requiere mucha potencia en los moduladores.
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Modulación de Frecuencia (FM): la amplitud es constante, lo que la hace inmune al ruido de tipo impulsivo y a
interferencias y gracias a la amplitud constante, los circuitos detectores pueden funcionar con un nivel menor de señal,
pero necesita un ancho de banda mayor que la AM.
Modulación de Fase (PM): posee las mismas ventajas que la FM debido a su amplitud constante.
DATOS DIGITALES, SEÑAL ANALÓGICA
La situación más habitual para este tipo de comunicaciones es la transmisión de datos digitales a través de la red
telefónica pública, para la cual se pueden conectar dispositivos digitales a través de la red mediante el uso de
dispositivos modem, los cuales convierten los datos digitales en señales analógicas y viceversa.
En la red telefónica los módems se usan para que las señales estén en el rango de frecuencias de la voz, si bien, las
mismas técnicas se pueden usar para modem a frecuencias más altas.
Hay tres técnicas básicas de codificación o de modulación para este caso: la modulación por desplazamiento de amplitud
(ASK), la modulación por desplazamiento de frecuencias (FSK) y modulación por desplazamiento de fase (PSK). En todos,
la señal resultante ocupa un ancho de banda centrado en torno a la frecuencia de la portadora.
Modulación ASK (OOK): La señal portadora se alterna con otra señal similar que tiene una amplitud distinta. Es muy
habitual que uno de los bits se represente con amplitud 0. El problema con ASK es que es muy susceptible a errores,
porque si viene ruido, se interpreta como 1, si viene atenuación como 0.
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M-ASK: (4-ASK)
Modulación PSK: La señal portadora se alterna con otra señal similar desfasada. para obtener el 0 y el 1 lógico. La señal
sin desfase puede representar al 0 y con 180º de desfase al 1 . Utilizando ángulos intermedios se consiguen más desfases
que pueden representar a conjuntos de bits → PSK MULTINIVEL o M-PSK. Si se aumentan mucho los ángulos
intermedios, los ángulos intermedios van a estar más próximos y cualquier desfasaje puede interpretarse como una
palabra valida equivocada.
Modulación FSK: La señal portadora se alterna con otra señal similar que tiene una frecuencia distinta. Es posible usar
más de dos frecuencias. En este caso cada cambio de la señal representa a más de un bit (FSK Múltiple o M-FSK). Esta no
es tan susceptible al ruido, pero usa mas ancho de banda porque hay más frecuencias distintas. Si tengo tantas
frecuencias distintas, puede venir un ruido que coincida con una de esas frecuencias.
M-QAM (ej: 16-QAM) - Modulación de amplitud en cuadratura: mezcla modulación de fase (PSK) y amplitud (ASK) para
reducir la probabilidad de error. Es una técnica de señalización analógica que se usa en algunas normas inalámbricas y en
las líneas de ADSL. También se puede considerar como una generalización de QPSK. En QAM se aprovecha el hecho de
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que es posible enviar simultáneamente dos señales diferentes sobre la misma frecuencia portadora, usando dos replicas
de la misma, desplazadas entre si 90°. En QAM, cada portadora se modula usando ASK. Las dos señales independientes
se transmiten sobre el mismo medio. En el receptor las dos señales se demodulan, cambiándose para reproducir la señal
binaria de entrada.
Si se usa un esquema ASK con dos niveles, cada una de las dos secuencias binarias se podrá representar mediante dos
estados, que combinadas dan a lugar a una señal con 4 posibles estados de señalización. Si se usa ASK con 4 niveles
entonces la secuencia combinada podrá tomar uno de entre 16 estados. En la práctica se implementan sistemas con 64 e
incluso 256 estados. Para un ancho de banda dado, cuanto mayor sea el N° de estados, mayor será la velocidad de
transmisión posible. Cuanto mayor sea el N° de estados, mayor será también la tasa potencial de errores por bit debida
al ruido y a la atenuación.
Ejemplo 16QAM: con un cambio de la señal se obtienen 4 bits.
13
= 3 bits por muestra. Para el caso de la voz humana,
En el ejemplo se toman 8 niveles, lo que daría un total de
debido a que los niveles cuantizados son solo aproximaciones es imposible recuperarla señal original con exactitud por lo
que se deberían utilizar 256 niveles lo que daría un total de
= 8 bits por muestra, esto implica que para una
única señal de voz se necesitan 8000 muestras por segundo dando:
Multiplexacion: para hacer un uso eficiente de las líneas de comunicación se usan técnicas de multiplexacion, las cuales
permiten que varias fuentes de transmisión compartan una capacidad de transmisión superior. Dos formas usuales de
multiplexacion son las de división de frecuencias (FDM) y división en el tiempo (TDM).
FDM se puede usar con señales analógicas, de modo que se transmiten varias señales a través del mismo medio, gracias
a la asignación de una banda de frecuencia diferente para cada señal.
TDM se puede usar con señales digitales o analógicas que transportan datos digitales. Consiste en dividir en porciones la
información a transmitir de cada emisor, y enviar estas porciones a través de un único enlace entrelazándolas de manera
secuencial. A las porciones se les llama ranuras y pueden abarcar desde un bit hasta bloques grandes. Al conjunto de 1 o
más ranuras de cada emisor entrelazadas se le llama trama. A las ranuras pertenecientes a un emisor en el conjunto de
tramas se le llama Canal. Cada dispositivo tiene reservado el uso del enlace la misma cantidad de tiempo
independientemente de que transmita o no. Se establece el número de ranuras de la trama a partir del cálculo de la
probabilidad del número de emisores que transmiten al mismo tiempo.
El Multiplexor y el Demultiplexor deben funcionar en perfecto sincronismo.
14
Tramas PCM:
E1: Usada en Europa, es un formato europeo de transmisión digital. El formato de la señal E1 lleva datos en una tasa de
2,048 millones de bits por segundo y puede llevar 30 canales de 64kbits cada uno.
T1: Usada en USA. La tasa de transmisión original (1,544 Mbps) en la línea T-1 es comúnmente usada hoy en día en
conexiones de Proveedores de Servicios de Internet (ISP) hacia la Internet o conversaciones transatlánticas. Posee 24
canales de voz de 8 bits cada uno con un bit de sincronismo al comienzo de la trama.
SEÑAL DIGITAL, DATOS DIGITALES (CODIFICACIÓN EN BANDA BASE)
El uso de transmisiones de banda base se da cuando los datos son digitales y la señal portadora es digital. En este tipo de
transmisión, los módems no modulan sino que codifican los datos a transmitir en alguna señal que se pueda propagar
por el medio conductor. En banda base, la señal se envía directamente por el medio. Para distancias cortas y velocidades
bajas.
Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y continuos. Cada pulso es un elemento de la señal. Los
datos binarios se transmiten codificando cada bit en los elementos de la señal. En el caso más sencillo habrá una
correspondencia uno a uno entre los bits y dichos elementos.
Si todos los elementos de señal tienen el mismo signo algebraico, la señal es unipolar. En una señal polar, por el
contrario, un estado lógico se representara mediante un nivel positivo de tensión y el otro mediante un nivel negativo.
La velocidad de transmisión de una señal es la velocidad expresada en bps, a la que se transmiten los datos. Se defina la
duración o longitud de un bit como el tiempo empleado en el transmisor para emitir un bit, para una velocidad de
transmisión R, la duración de un bit será 1/R. La velocidad de modulación es la velocidad a la que cambia el nivel de la
seresadig slereepWT x:NSWDNkWTdxNSkTex:wS2MOMTlxFFSMFw ods sk2SDDwNOTex:wSwwwwWTax:DSww2FkVT.xFSVWDNk
15
Inmunidad al ruido e interferencia: algunos códigos exhiben un comportamiento superior que otros en presencia del
ruido. Las prestaciones se expresan habitualmente mediante la BER.
• Coste y complejidad: cuanto mayor es la velocidad de modulación para una velocidad de transmisión dada, mayor es
el coste.
Se codifica para:
• Aprovechar al máximo el ancho de banda
• Sincronización: a partir de la señal que se envía sería deseable poder recuperar el reloj del emisor.
• Inmunidad ante el ruido e interferencias
• Abaratar costos
• Disminuir la complejidad.
•
Para un sistema Tx-Rx es muy malo que el promedio de tensiones sea muy variable, por lo que, con la codificación, hay
que tratar de hacer que el valor de onda tenga valor medio nulo o lo mas próximo posible a 0.
NRZ (non return to zero): se usa cuando se emplean módems sincrónicos, o con enlaces “sin módems” si se dispone de
una fuente externa de sincronización. Con este método de codificación, la señal de datos no cambia si se debe
representar una sucesión de bits similares, cambia con cada bit distinto. El mayor problema que presenta, es que como
los 0 se representan con valor neutro, ante una sucesión larga de ceros no se sabe si el transmisor esta apagado o no.
NRZI (non return to zero inverted): se usa este método de codificación si se emplean módems asincrónicos. El objetivo
de esta técnica es eliminar el periodo sin transición extendido. Con este método, la señal de datos cambia con la
aparición de un 0, y no cambia con la aparición de un 1.
RZ (return to zero): con este método, a los 1 se representan por señales positivas y los 0 por señales negativas, y a la
mitad del bit, la señal vuelve al valor 0. Esto contribuye a tener un valor poco cambiante de corriente ya que siempre se
empieza del mismo valor.
Manchester: se usa para enlaces en el domicilio (Ethernet), elimina por completo los periodos sin transición. Este
método de codificación proporciona un cambio por cada bit de información. Los 0 suben y los 1 bajan. Las transiciones
se realizan a la mitad de cada bit.
Manchester diferencial: en este método de codificación, cada bit se divide en dos mitades. La segunda mitad contiene el
inverso binario de la primera mitad. Es una regla desde el punto de vista del formato de la onda. Para bits iguales hay
forma de onda espejo, para bits diferentes esta la misma forma de onda.
AMI (Alternate Mark Inversion): en este método de codificación los 0 siempre tienen valor de onda 0, y los unos
alternan entre valores de onda positivos y negativos. Esto es muy efectivo para eliminar el valor medio de la corriente
alterna, pero tiene el mismo problema que NRZ, si viene una sucesión larga de ceros, no se puede distinguir si el
transmisor se apago o no.
HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros): es un derivado del AMI. Los 1 alternan entre valores de onda positivos y negativos,
los 0 quedan en valores de onda nulo, pero al cuarto 0 consecutivo, se viola la regla de polaridad del 1. De esta forma se
evita que una cadena de muchos 0 consecutivos hagan interpretar al receptor que el transmisor esta apagado.
16
LAS INTERFACES DE CONEXIÓN
Puertos Serie-Paralelo:
El Estándar RS232: es una interfaz que designa una norma para el intercambio de datos binarios y en serie entre un DTE
(Equipo terminal de datos) y un DCE (Data Communication Equipment, Equipo de terminación del circuito de datos),
aunque existen otras situaciones en las que también se utiliza la interfaz RS-232. El RS-232 consiste en un conector tipo
DB-25 (de 25 pines), aunque es normal encontrar la versión de 9 pines (DB-9), más barato e incluso más extendido para
cierto tipo de periféricos (como el ratón serie del PC).
La longitud de los cables depende en este caso de la velocidad de transmisión empleada. La interfaz RS-232 está
diseñada para distancias cortas, de hasta unos 15 metros o menos, y para una velocidad de comunicación baja, de no
más de 20 KB. A pesar de ello, muchas veces se utiliza a mayores velocidades con un resultado aceptable. La interfaz
puede trabajar en comunicación asíncrona o síncrona y tipos de canal simplex, half dúplex o full dúplex.
Las señales con las que trabaja este puerto serie son digitales de +12V (0 lógico) y -12V (1 lógico) para la entrada y salida
de datos y a la inversa en las señales de control. El estado de reposo en la E/S de datos es -12V.
Cada pin del conector puede ser de entrada o salida, pero cada uno de ellos tiene una función específica. Los más
importantes son:
TxD: Transmitir datos (salida)
RxD: Recibir datos (entrada)
DTR: Terminal de datos listo – Data Terminal Ready (salida)
DSR: Equipo de Datos Listo – Data Set Ready (Entrada)
RTS: Solicitud de Envío – Request To Send (salida)
CTS: Libre para envío – Clear To Send (entrada)
DCD: Detección de Portadora – Data Carrier Detect (entrada)
17
Señal
Protective Ground
PG
DB-25
1
DB-9
5
Dirección
Salida
Hacia el DCE
(Salida)
Hacia el DTE
(Entrada)
Tipo de Señal
Masa
Transmitted Data
TxD
2
3
Received Data
RxD
3
2
Request To Send
RTS
4
7
Hacia el DCE
(Salida)
Control
Clear To Send
CTS
5
8
Hacia el DTE
(Entrada)
Control
Data Set Ready
DSR
6
6
Hacia el DTE
(Entrada)
Control
Signal Ground
SG
7
Carrier Detect
DCD
8
Data Terminal Ready
DTR
20
Datos
Datos
Masa
1
Hacia el DTE
(Entrada)
18
Control
Descripción de Funciones
Protección a tierra
Línea por la cual se transmiten
datos del DCE al DTE
Línea por la cual se transmiten
datos del DTE al DCE
Es una señal de control enviada
por el DTE hacia el DCE para
indicarle que quiere realizar una
transmisión
Es una señal de control enviada
por el DCE hacia el DTE e indica si
el DCE está o no preparado para
enviar datos por el canal de datos
Es una señal enviada por el DCE
hacia el DTE que indica si el DCE
está o no preparado para funcionar
Masa común a las señales que
envía tanto el DTE y el DCE. Es una
conexión indispensable.
Es una señal enviada por el DCE
hacia el DTE y es la encargada de
detectar la portadora de datos
El RS-232 puede transmitir datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits a unas velocidades determinadas (9600 bps o más).
Después de la transmisión de los datos le sigue un bit opcional de paridad, y después 1 o 2 bits de stop. Normalmente el
protocolo usado es 8N1 (8 bits de datos, sin paridad y con 1 bit de stop).
Cuando comienza la transmisión de datos, los bits tienen que llegar uno detrás de otro a una velocidad constante y en
determinados instantes de tiempo. Es por esto que se dice que el RS-232 es asíncrono por carácter y síncrono por bit.
Tanto el equipo a conectar como el ordenador tienen que usar el mismo protocolo serie para comunicarse entre sí. Pero
como el estándar RS-232 no permite indicar en qué modo se está trabajando, es el usuario quien tiene que decidirlo y
configurar ambas partes. Los parámetros a configurar son:
• Protocolo Serie: ej. 8N1
• Velocidad del puerto serie: no tiene porque ser la misma que la transmisión de datos, de hecho, es conveniente que
sea superior.
• Protocolo de control de flujo: puede ser por hardware a través de handshaking (RTS/CTS) o bien por software
(XON/XOFF).
Cable RS-232 Null Modem: si queremos conectar dos DTE entre si (en forma general, dos equipos iguales), la disposición
de conexión no sirve. Por regla general, la salida de transmisión de un DTE es el ingreso de la transmisión en el DCE con
lo que en el cable se mantiene el pin 2 a la salida y a la entrada. Para que la conexión funcione debemos lograr que el
DCE luzca como DTE y viceversa. Con lo que el cable Null Modem seria una especie de
adaptador/transformador/direccionador. La disposición de sus pines seria:
DB-25
1
2
3
4
5
6
20
DB-25
1
3
2
5
4
20
6
El puerto paralelo – Conexión y Programación: las comunicaciones en paralelo se realizan mediante la transferencia
simultánea de todos los bits que constituyen el dato. Presentan la ventaja de que la transmisión puede ser más rápida
que la comunicación serial, donde los bits se transmiten uno detrás de otro.
Sin embargo, no pueden ser implementadas para grandes distancias por lo que no es posible la conexión física de todas
las líneas que serían necesarias.
Se reconoce la Norma Centronics es un protocolo de señales necesario para operar señales en conexión tipo paralelo
que destaca por su sencillez, mediante el envío simultaneo de 8 bits de datos, además de un conjunto de líneas de
protocolo (handshake o intercambio). Bajo esta norma, la comunicación de los datos se realiza en código ASCII.
Está compuesto por un bus de comunicación bidireccional de 8 bits. 8 líneas para transmitir la información y 8 líneas
para recibirla. Además posee varias líneas de control entre las cuales, las más importantes son STROBE y BUSY. La línea
BUSY es usada para que el receptor informe al transmisor que está ocupado, y por lo tanto no le debe ser enviado otro
dato. La línea STROBE Indica al receptor que hay datos válidos en la línea de datos.
Pin Dirección
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
17
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
In
In
In
In
Out
Función
Señal
Pin Dirección Función
STROBE
Data Strobe
D0
Data 0
D1
Data 1
D2
Data 2
D3
Data 3
D4
Data 4
D5
Data 5
D6
Data 6
D7
Data 7
ACK
Acknowledge
BUSY
Busy
PE
Paper End
SELECT
Select
Select Input Select Input
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
35
19
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
Out
In
In
Out
Out
Señal
STROBE Data Strobe
D0
Data 0
D1
Data 1
D2
Data 2
D3
Data 3
D4
Data 4
D5
Data 5
D6
Data 6
D7
Data 7
ACK
Acknowledge
BUSY
Busy
INIT
INIT
RTRN
Retorno
Todos los procesadores tipo PC están equipados al menos con una tarjeta interface paralelo, frecuentemente junto a
una interface serie. El DOS puede gestionar hasta 4 interfaces de puertos paralelos: LPT1, LPT2, LPT3 y LPT4.
Las tarjetas del puerto paralelo tienen una estructura muy simple: consta de 3 registros: de control, estado y datos.
Todas las señales que intervienen en el puerto tienen asociado un bit en uno de esos registros, de acuerdo con las
funciones asignadas a cada línea en particular:
• El registro de datos: es de tipo latch de 8 bits, que puede ser leído y escrito desde el procesador. Es el registro donde
el procesador, en operaciones de salida, pone el dato que se quiere enviar al otro dispositivo y su dirección coincide
con la dirección base del puerto paralelo.
• El registro de estado: indica la situación actual del dispositivo conectado al puerto, de acuerdo con los niveles de
tensión que tengan las líneas ACK, BSY, PAD, y OF/ON, lo que permite controlar el comportamiento del dispositivo.
Es un registro de entrada de información (lectura), su dirección se obtiene sumando 1 a la base del puerto.
El bit BSY además del registro de estado, es invertido por el hardware y por lo tanto, la línea tiene un nivel
complementado al que aparece en ese bit. El significado que tienen los bits de este registro es el siguiente:
o BSY: si esta en 0 significa que el dispositivo está ocupado.
o ACK: indica que se ha producido una transferencia correcta: cuando del puerto paralelo se transfiere un byte al
dispositivo, el dispositivo activa la línea ACK de reconocimiento del carácter y como consecuencia, el bit ACK del
registro de estado pasa a nivel bajo, cuando esta a nivel alto, significa que el dispositivo está ocupado y no se
pueden realizar envíos.
o PAP: en 1 significa que la impresora no dispone papel.
o OF/ON: en 1 indica que el dispositivo no está en línea.
o ERR: en 0 indica que se produjo errores en el dispositivo.
• El registro de control: permite controlar las transferencias de la información con el dispositivo y puede ser lento y
escrito desde el procesador. Es un registro de E/S cuya dirección se obtiene sumando 2 a la dirección base del
puerto. Significado de las líneas de registro:
o IRQ: permite controlar la generación de interrupciones de tipo hardware desde le puerto paralelo. En 1, el
interface paralelo puede generar la petición de interrupción IRQ7. Esta petición se produce cuando se da una
transición Alto-Bajo en la línea ACK.
o DSL: no es muy usado, es activado con un pulsador de on-line.
o INI: produce una inicialización del dispositivo, es poco usado.
o STR: controla la línea que permite validar el dato existente en el registro de estado de datos. Cuando esta en 1
genera un impulso corto que indica al dispositivo que el carácter del registro de datos es válido y debe ser
aceptado. Cada vez que se precise enviar un carácter, no basta con ponerlo en el registro de datos, hay que
hacer un reset en el bit STR y validar el dato volviendo a poner un 1 en ese bit.
Unidad 3: Inconvenientes con la señal
Inconvenientes con la señal: en cualquier sistema de comunicaciones se debe aceptar que la señal que se recibe diferirá
de la señal transmitida debido a varias adversidades y dificultades sufridas en la transición. Las dificultades más
significativas son: atenuación, distorsión y ruido.
Los inconvenientes en la señal se pueden clasificar entre propios del canal de comunicaciones, y externos.
Propios del canal de comunicaciones:
• Atenuación: es la pérdida de potencia de la señal debido a la distancia. Se mide en decibeles. Lo opuesto a la
atenuación es la amplificación, que se usa para minimizar la atenuación. Otra forma de evitar los problemas de
atenuación, es mediante el uso de repetidores. Estos repetidores regeneran las señales, y las amplifican, pero sin
cambiar sus contenidos de información, y así volver a transmitirlas.
• Distorsión: significa deformar la señal descontroladamente (no como en la modulación). Se produce por que el
medio no deja pasar todas las frecuencias de la señal, funciona como un filtro. Tipos de Distorsión:
o De amplitud: las distintas armónicas transmitidas sufren atenuaciones distintas en su propagación. En la
transmisión digital puede considerarse que la señal se “achata” en forma relativamente constante para todas las
frecuencias, salvo en aquellas de extremo de banda.
20
De Fase: se manifiesta como retardos de cada una de las armónicas que componen la señal digital. A su vez
pueden ser:
Constante – Retardo de propagación: es un fenómeno debido a que la velocidad de propagación de
una señal a través de un medio guiado varía con la frecuencia. Para una señal limitada en banda, la
velocidad tiende a ser mayor cerca de la frecuencia central y disminuye al acercarse a los extremos
de la banda. Las distintas componentes en frecuencia de la señal llegaran al receptor en instantes
diferentes de tiempo, dando lugar a desplazamientos de fase entre las diferentes frecuencias. Es
particularmente crítica en transmisión de datos digitales, ya que algunas de las componentes de la
señal en un bit se desplazaran hacia otras posiciones, provocando interferencia entre símbolos, lo
que limita la velocidad de transmisión máxima. Para compensar, se pueden usar técnicas de
ecualización.
Variable – Jitter: es un retardo distinto en cada una de las armónicas, algunos bits se atrasan y otros
se adelantan, se pierden bits y en consecuencia se pierde información. Se producen errores en la
señal.
Externos:
• Ruido: cuando una señal es enviada a través de un canal de comunicaciones, esta puede ser perturbada por
procesos aleatorios llamados “ruidos”.
o Ruido aleatorio, térmico o blanco: es un ruido que se propaga uniformemente a lo largo de la banda de
frecuencia. Es un ruido del tipo térmico, que se produce en las líneas largas. Este ruido no afecta los datos y
puede ser fácilmente filtrado. Es constante.
o Ruido impulsivo o eléctrico: es un ruido de tensión elevada, pero de corta duración, se produce por descargas
eléctricas, tormentas, etc. Este ruido afecta los datos. Es impredecible.
o Eco: produce un desequilibrio en la señal de forma más atenuada y retrasada.
o Micro cortes: es cuando se producen cortes en la transmisión, son de corta duración, pero producen errores en
la señal.
• EMI: las interferencias electromagnéticas consiste en ruido eléctrico que perturba la señal transportada por un cable
y que reduce su integridad. Se produce normalmente por los generadores de radiación electromagnética tales como
motores u otro tipo de maquinas.
• Diafonía (cross-talk): se produce al tener señales viajando por medios adyacentes. La señal de una línea se acopla a
la otra línea cercana, distorsionando la señal que viajaba por allí. Esto puede ocurrir por el acoplamiento entre pares
de cables cercanos, o cuando antenas de microondas captan señales no deseadas. Para reducir la diafonía se
retuerce o trenzan las líneas para generar un efecto de cancelación del acoplamiento.
El valor de la interferencia se calcula como la diferencia de amplitud entre la señal de prueba y la señal de
interferencia al medirse desde el mismo extremo del cable. Se expresa en decibeles. Esta diferencia se denomina
interferencia del extremo cercano (NEXT). Los valores mas altos de la NEXT corresponden a menos interferencia y un
mejor rendimiento del cable. Debido a la atenuación, la interferencia que ocurre en el extremo lejano de un cable,
contribuye menos a la NEXT que la interferencia que ocurre en el extremo cercano del cable.
o
Diagrama de ojo de jitter: es una imagen de osciloscopio en la cual una señal digital de un receptor de un sistema de
transmisión digital es muestreada repetidamente. Nos permite ver en la pantalla del osciloscopio si la señal tiene
retardo variable (jitter). Analizando el diagrama de ojo, el eje de las Y nos permite ver la distorsión producida por la
Interferencia Inter Símbolos (ISI) y atenuación. El eje de los tiempos o eje X, nos permite ver si hay variación de
sincronismo o retardo (jitter).
21
Unidad 4: Medios de Transmisión
Hay distintos medios físicos de transmisión usados para interconectar estaciones del usuario y dispositivos para crear
una red que transporte mensajes entre ellas. La selección del medio físico a usar depende del tipo de ambiente donde se
va a instalar, tipo de equipo a usar, tipo de aplicación y requerimientos de esta, capacidad económica y la oferta.
Hay medios:
• Guiados:
o Cable de cobre
Pares telefónicos: es el más simple, consta de 2 hilos de cobre conductores aislados mediante
una cubierta plástica y juntos dentro de una funda aislante.
Pares de Datos trenzados xTP: permiten manejar altas frecuencias para datos.
UTP: unshielded twisted pair
FTP: foil twisted pair (protección de aluminio)
STP: shielded twisted pair (Conjunto de alambres blindado con tejido de alambre)
S/STP: (Cada par blindado y todo el conjunto blindado)
Cables Coaxiales
Banda Ancha
Banda Angosta
o Fibra ópticas
Monomodo
Multimodo
• No Guiados
o Ondas electromagnéticas
Terrestre
Fijos
Móviles
Satelitales
o Infrarrojo
UTP posee 4 pares, cada uno trenzado. Cada cable está cubierto por un aislante y el conjunto de pares trenzados
también posee una cobertura aislante.
STP y FTP poseen las mismas características de UTP y además a STP se le agrega una malla tejida de alambre que recubre
los pares trenzados y debe ser conectada a tierra. FTP tiene un blindaje mas macizo y efectivo que el STP y un foil de
aluminio embistiendo (blindando) cada par, y a todos los pares. La conexión a tierra de los FTP y STP debe ser en un solo
punto. Para probar la puesta a tierra se debe clavar una jabalina y conectar un foco de 100W a 220 voltios y se debe
rellenar el pozo donde está la jabalina con bentonita, o en caso de no tener bentonita, con carbón triturado con sal y
tierra será suficiente.
22
Categorías de cables UTP: es la gradación del cable en función de sus prestaciones
• Categoría 1: cable diseñado para redes telefónicas, solamente para voz. Velocidad de hasta 1Mbps
• Categoría 2: cable usado para transmisión de voz y datos de hasta 4 Mbps. Par trenzado sin apantallar.
• Categoría 3: tiene una tasa de frecuencias de transmisión de hasta 16 MHz y es la más usada para aplicaciones de
datos de baja velocidad y velocidad media como Token Ring de 4 Mbps o Ethernet de 10Mbps (10 Base T)
• Categoría 4: responde a los cables diseñados para soportar comunicaciones con frecuencias del rango de hasta 20
MHz y puede manejar cualquier aplicación de categoría 3 así como Token Ring de 16 Mbps
• Categoría 5: incluye cables y componentes para frecuencias de hasta 100 MHz y usada para datos como la
tecnología Fast Ethernet de 100 Mbps. Esta categoría es el medio mas popular reconocido por las normas para
aplicaciones de alta velocidad debido a su facilidad, bajo costo de instalación y su bajo consumo de espacio.
• Categoría 6: incluye cables y componentes para frecuencias de hasta 250 MHz diseñados para manejar aplicaciones
de 1000 Mbps (1 Gbps) full dúplex.
Actualmente el mas usado es el UTP categoría 5, el cual contiene 4 pares de cables trenzados con un aislamiento de PVC
individual de diferentes colores. Cada par tiene un código de color para identificarlos:
Par 3:
Par 1:
• Blanco/Azul
• Blanco/Verde
• Azul
• Verde
Par 4:
Par 2:
• Blanco/Naranja • Blanco/Marrón
• Naranja
• Marrón
Los conectores y jack de uso común para este cable son los RJ45, el primero es una pieza de plástico transparente donde
se inserta el cable, el jack es también de plástico, pero en este se inserta el conector.
Las normas de conexionado establecen la secuencia de colores necesaria para el armado del conector RJ45. Existen dos
formas para el conexionado:
EIA/TIA 568 – A
Pin 1: Blanco/ Verde
Pin 2: Verde
Pin 3: Blanco/Naranja
Pin 4: Azul
Pin 5: Blanco/Azul
Pin 6: Naranja
Pin 7: Blanco/Marrón
Pin 8: Marrón
EIA/TIA 568 – B
Pin 1: Blanco/Naranja
Pin 2: Naranja
Pin 3: Blanco/Verde
Pin 4: Azul
Pin 5: Blanco/Azul
Pin 6: Verde
Pin 7: Blanco/Marrón
Pin 8: Marrón
Si los equipos a conectar no son iguales (por ej. una PC y un Switch), se deben usar como cables de pacheo, o en un
concentrador, el cable debe ser derecho, es decir, que se debe aplicar la misma norma (ya sea, A o B) en ambos
extremos del cable. Si los equipos a conectar son iguales y no se justifica la compra de un concentrador, el cable debe ser
“crossover”, es decir cruzado, y se aplica una norma distinta en cada extremo del mismo.
23
Cableado Estructurado: un sistema de cableado estructurado es la infraestructura de cable destinada a transportar las
señales emitidas por un emisor hasta un receptor. Al ser un sistema modular, los crecimientos en la instalación se
pueden cubrir muy fácil y rápidamente. Toda la instalación debe hacerse de acuerdo a las normas y estándares definidos
por la EIA/TIA 568.
EIA/TIA 568 B:
• Área de Trabajo (WA): sugerida por la norma en 10 metros cuadrados. Se extienden desde el enchufe de
telecomunicaciones a los dispositivos o estaciones de trabajo. Los componentes son: computadoras, terminales,
teléfonos, cables modulares, cables adaptadores/conversores, jumpers de fibra, etc.
• Cableado Horizontal (HC): menor a 90 metros. Se extiende desde el área o puesto de trabajo al rack de
telecomunicaciones y consiste de lo siguiente: cableado horizontal, enchufe de telecomunicaciones, terminales de
cable (RJ45 /11), conexiones de transición. Las extensiones a las estaciones de trabajo son cableadas generalmente
con UTP.
• Armario de Telecomunicaciones (TC): sugerido por la norma en 2,5 metros x 2,5 metros. Es el área dentro de un
edificio que alberga el equipo del sistema de cableado de telecomunicaciones. Incluye las terminaciones mecánicas
y/o cross-connect (patch panel) para el sistema de cableado entre el vertical y horizontal. Estos cuartos pueden
albergar equipos tales como switch, hub, repetidores, etc. y son la salida de los cables horizontales a las estaciones
de trabajo (normalmente UTP). Generalmente se ubica cada dos pisos y abastecen a las estaciones de trabajo por
medio de ductos de piso.
• Cableado Troncal (BC o Backbone Cable): permite la interconexión entre los gabinetes de telecomunicaciones,
cuartos de telecomunicaciones y los servicios de la entrada. Es la “columna vertebral” donde se asienta todo el
sistema. Normalmente consiste en cables de “dorsal cross-connects” principales y secundarios, terminaciones
mecánicas y regletas o jumpers usados en conexiones troncal-troncal. Esto incluye: conexión vertical entre pisos
(risers), cables entre un cuarto de equipos y cable de entrada a los servicios de edificio, cables entre edificios
(cableado de campus)
• Sala de Equipos (ER): es un espacio centralizado dentro del edificio donde se albergan los equipos de red (routers,
switches, etc), equipos de datos, mainframe y procesadores de comunicaciones, los sistemas de telefonía, video, etc.
Este espacio es de uso de la organización y su personal, y no admite la presencia de extraños.
• Facilidades de Entrada (EF): es el punto en el cual el cableado externo hace interfaz con el cableado troncal del
edificio. Consiste en la entrada de los servicios de telecomunicaciones al edificio. En este lugar están concentradas
las instalaciones de proveedores externos de servicios de comunicaciones. Es conveniente establecer esta instalación
en la planta baja del edificio con un acceso diferenciado y libre de obstáculos para la manipulación cómoda de
equipos, teniendo en cuenta que aquí trabajaran técnicos de otras empresas, ajenos a nuestra organización.
• Patch Cord: menor que 3 metros.
• Patch Cord del TC (el que se vincula con el concentrador de la PC) debe ser menor a 6 metros.
• Rack: 19 pulgadas de ancho (482,6 mm)
Se habla de LAN si la superficie ocupada es menor o igual que 1Km cuadrado y el número de usuarios es menor o igual a
50.000
Anchos de banda y clasificación de Frecuencias:
24
Atenuación con la distancia de los diferentes cables:
•
•
•
•
Par telefónico (RJ11): es barato y simple de instalar, muy liviano y delgado. Se produce diafonía y es fácil que se
rompa al ser más delgado.
Par Trenzado (RJ45): tiene menos diafonía que el Par TE, es más caro y permite brindar más servicios (Voz, Video,
Datos) pero requiere mayor tiempo de instalación.
Coaxial (BNC o RTNC): es más pesado que el par trenzado y más difícil de instalar.
F.O.: instalación cara y complicada que requiere mucho tiempo.
Certificación de cableado estructurado: hace referencia a la forma de “calificar” una red, establecer de antemano el
comportamiento futuro de la instalación en función de la calidad (y categoría) de los componentes usados, de la
excelencia de la mano de obra de instalación y del funcionamiento global previsto de la red.
1. Clasificación según categorías: clasifica elementos o componentes de una red, pero no clasifica instalaciones. No
certifica enlace, o sea instalación. Actualmente se compra el material según categorías pero se certifica por enlace
(clases). En una primera clasificación podemos definir la categoría de nuestros componentes, lo cual haremos en
función de la velocidad de trabajo de la futura red. La categoría de los componentes está relacionada con la máxima
frecuencia en MHz a la que pueden trabajar éstos.
a. Categoría 3 – 16 MHz
b. Categoría 5 – 100 MHz
c. Categoría 5e – 100 MHz
d. Categoría 6 – 200 MHZ
e. Categoría 7 – 600 MHz
2. Normativa por clases: no define la calidad de los componentes sino que exige unos parámetros de calidad de la
instalación de extremo a extremo. Ahora estamos verificando el funcionamiento dinámico de la red ya que sin
importar la categoría de los componentes, certificamos el funcionamiento de la misma según valores de frecuencia,
independiente de los materiales usados. Las especificaciones en frecuencia en realidad hacen referencia al ancho de
banda (MHz), esto es: “el rango de frecuencia en el cual los componentes y los sistemas son especificados”. Hablar
de transferencia de datos (Mbps) es “que tan rápido se puede enviar datos a través de un sistema con un ancho de
banda dado dependiente de una aplicación y esquema de codificación. La clasificación por clases es:
a. Clase A – Hasta 100 KHz
b. Clase B – Hasta 1 MHz
c. Clase C – Hasta 16 MHz
d. Clase D – Hasta 100 MHz con enlaces en Cobre, en F.O. se permiten velocidades mayores.
Los enlaces de una clase siempre soportan los de todas las clases inferiores. Si de extremo a extremo se cumplen los
parámetros de calidad para transmitir señales de 100 MHz, no importa la categoría de los componentes.
25
3. Parámetros de Enlace: toda la línea de transmisión de dos conductores puede describirse, en lo que a sus
propiedades eléctricas se refiere, en términos de una combinación de parámetros físicos, que son los “valores” que
van a definir en definitiva el ancho de banda real que va a soportar nuestra red. Algunos dependen de las
características constructivas del cable, otros son función del manipuleo que se haga con esos cables en el proceso de
instalación de la red. En algunos casos, el manejo indebido de los materiales degradan en gran manera la calidad de
una instalación.
Podemos identificar los siguientes parámetros del enlace:
• Impedancia característica: es un valor típico y propio de cada tipo de cable.
• Atenuación: dependen de características eléctricas del material del cable y de su construcción. Se mide en dB y
se incrementa con la frecuencia, la temperatura, longitud del enlace (directamente proporcional), conducto
metálico y la humedad relativa.
• Paradiafonía:
o NEXT (Near End Crosstalk): es acoplamiento electromagnético, inductivo o capacitivo de dos circuitos
físicamente aislados, evaluada en el extremo cercano donde se produce la señal que origina la inducción en
los pares
FkTcx:v
26
El cable coaxial se usa para transmitir tanto señales analógicas como digitales. Tiene una respuesta en frecuencias mejor
que la del par trenzado, permitiendo mayores frecuencias y velocidades de transmisión. Debido al apantallamiento, el
cable coaxial es mucho menos susceptible tanto a interferencias como a diafonía.
Sus principales limitaciones son la atenuación, el ruido térmico y el ruido de intermodulación (solo en FDM).
En la transmisión de señales analógicas a larga distancia se necesitan amplificadores separados entre sí a distancias del
orden de pocos Km. El espectro de la señalización analógica se extiende hasta aproximadamente 500 MHz En la
señalización digital, se necesita 1 repetidor cada Km aproximadamente.
Fibra Óptica: es una guía de señales ópticas que tiene como principal particularidad la de poder encaminar la luz, en un
recorrido curvilíneo. Son usadas como medio de transmisión, por lo que tienen que estar protegidas e insertadas en una
estructura denominada cable óptico. Los cables de fibra óptica ofrecen una posibilidad de una aislación eléctrica total.
En el cable de fibra óptica, la fibra transmite señales digitales en forma de pulsos modulados de luz. Esta es una manera
relativamente segura de enviar la información puesto que no existen señales eléctricas en el cable. Es decir, la fibra
óptica no se puede intervenir de manera sencilla para extraer información. La FO es adecuada para velocidades muy
altas y transmisión de datos de alta capacidad, gracias a la poca atenuación y a la pureza de la señal en el otro extremo
del cable.
Un cable de fibra óptica tiene forma cilíndrica y está formado por tres secciones concéntricas:
• El núcleo: El núcleo es la sección mas interna, está formado por un cilindro de vidrio a través del cual viaja la señal
luminosa. Está constituido por una o varias fibras de cristal o plástico, con un diámetro de entre 8 y 100 µm.
• El recubrimiento: Cada fibra está rodeada por su propio recubrimiento, que es otro cristal o plástico con
propiedades ópticas distintas a las del núcleo. La separación entre el núcleo y el recubrimiento actúa como un
reflector, confinando así el haz de luz que de otra manera escaparía del núcleo.
• El Revestimiento: La capa mas exterior que envuelve a uno o varios revestimientos es la cubierta, la cual está hecha
de plástico y otros materiales dispuestos en capas para proporcionar protección contra la humedad, abrasión,
posibles aplastamientos y otros peligros.
Las características diferenciales de la fibra óptica frente al coaxial y al par trenzado son:
• Mayor capacidad: el ancho de banda potencial y la velocidad de transmisión es enorme, consiguiendo velocidades
de cientos de Gbps para decenas de Km de distancia.
• Mayor tamaño y peso: son más finas.
• Atenuación menor: además de ser menor, es constante a lo largo de un gran intervalo.
• Aislamiento electromagnético: no se ven afectadas por campos electromagnéticos exteriores, no son vulnerables a
interferencias, ruido impulsivo o diafonía, no radian energía, produciendo interferencias despreciables con otros
equipos que proporcionan a la vez un alto grado de privacidad, además la fibra por construcción es difícil de
“pinchar”.
• Mayor separación entre repetidores: lo que provoca una reducción en el costo al haber menos repetidores y
también menos fuentes de error.
Las aplicaciones básicas importantes de la fibra óptica son: transmisiones a larga distancia, transmisiones
metropolitanas, acceso a áreas rurales, bucles de abonado, redes de área local.
Principios físicos del conductor de fibra óptica:
• Reflexión del rayo: cuando una onda luminosa incide sobre la superficie de dos sustancias una refracción se refleja. El
rayo luminoso reflejado forma un ángulo
con la perpendicular a la superficie de separación de las sustancias igual
al ángulo formado por el rayo incidente con dicha perpendicular. Se entiende por rayo de luz a la trayectoria
dentro de la cual se propaga la luz.
• Refracción del rayo: si un rayo luminoso incide de modo oblicuo con ángulo α desde una sustancia óptica menos
densa a otra más densa, su dirección de propagación se quiebra y su trayectoria continua en la segunda con un
ángulo de refracción β.
De dos sustancias transparentes se considera más densa a aquella que posee menos velocidad de propagación de la
luz.
27
28
•
Perfil del índice de refracción: las FO se constituyen usando dos cilindros coaxiales de sílice, donde el centro tiene
una pureza muy elevada. Para que la luz se propague por este medio, debe darse que el núcleo tenga un índice de
refracción
, siendo el índice del cilindro exterior.
Clasificación de las fibras ópticas:
• Monomodo: tiene un solo modo de propagación de los rayos en el interior del núcleo que es paralelo al eje de la
fibra. La fibra óptica actúa como una guía de onda ya que se reduce el valor de la longitud de onda de la luz al
diámetro de la fibra. Este tipo de fibra usan LED. Se la usa en telefonía, TV por cable, redes de telecomunicaciones,
son más caras pero aseguran una mayor eficiencia.
• Multimodo: la luz se propaga por múltiples modos, que siguen diferentes caminos, son más grandes que la fibra
óptica monomodo; en este tipo de fibra óptica si se desea reducir el número de modos, se debe, o reducir el
diámetro del núcleo, o la apertura numérica, o aumentar la longitud de onda. Usan LED, son más económicas que las
anteriores.
29
En la fibra la velocidad de propagación es siempre inferior a la velocidad de la luz en el vacío, aunque la frecuencia de la
señal no cambia, la longitud de onda sí. Las 4 ventanas de transmisión están en la zona infrarroja del espectro de
frecuencias, por debajo del espectro visible. Las pérdidas son menores cuanto mayores son las longitudes de onda,
permitiendo así mayores velocidades de transmisión sobre distancias superiores.
Ventajas de la FO
Hac
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Desventajas de la FO
22Ti
30
SkWkwVTdxNDSww2
•
Directivas o direccionales: tiene una zona preferida de transmisión, toda la energía se concentra en un haz que es
emitido en una cierta dirección, por lo que tanto el emisor como el receptor deben estar alineados.
Un tipo muy importante de antenas son las parabólicas de reflexión, las cuales se usan en aplicaciones de microondas
terrestres y satelitales. Una parábola es el lugar geométrico de todos los puntos que equidistan de una línea recta dada y
de un punto fijo no perteneciente a la recta. El punto de referencia se denomina foco y la línea recta generatriz. Este tipo
de superficies se usan en faros, telescopios ópticos, radiotelescopios y antenas de microondas, ya que se verifica la
propiedad, de que las ondas reflejadas en una parábola y que provengan de cualquier fuente de energía
electromagnética (o sonido) que esté situada en su foco, seguirán trayectorias paralelas al eje de la parábola. En la
práctica, habrá dispersión en el haz debido a que la fuente de energía siempre ocupara más de un punto. Cuanto mayor
sea el diámetro de la antena, mas direccional será el haz. En el receptor, si las ondas recibidas son paralelas al eje de la
parábola reflectante, la señal resultante estará más concentrada en el foco.
La ganancia de una antena es una medida de su direccionalidad, es la potencia de salida en una dirección dada
comparada con la potencia transmitida en cualquier dirección por una antena isotrópica. El incremento de potencia
radiada en una dirección se consigue a expensas de la potencia radiada en las otras direcciones.
Otra clasificación:
• Punto a punto: uno a uno con posiciones fijas. Se usa para radioenlaces, telemetría. Se llaman repetidores activos,
reciben la señal, la amplifican y la retransmiten. Suelen utilizar microondas (altas frecuencias)
• Punto a multipunto: desde un punto se transmite hacia múltiples puntos como por ejemplo: transmisora de radio,
celulares (desde una central base se transmite a una zona determinada). Suelen usar ondas de radio (bajas
frecuencias).
• Entre multipuntos: no necesariamente hay una sola base.
Microondas Terrestres: suelen usarse en antenas parabólicas tipo plato de un diámetro típico de 3 metros, deben estar
alineadas. Para conexiones a larga distancia se usan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas.
Se suelen usar en sustitución del cable coaxial o a las fibras ópticas, ya que se necesitan menos repetidores y
amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para transmisión de TV y Voz.
La principal causa de perdidas es la atenuación debido a que las perdidas aumentan con el cuadrado de la distancia (con
el cable coaxial y par trenzado son logarítmicas). La atenuación aumenta con las lluvias.
Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos sistemas, puede haber más
solapamientos de señales.
La banda de frecuencias de las microondas está comprendida de 1 GHz a 40 GHz, cuanto mayor sea la frecuencia usada,
mayor es el ancho de banda potencial y mayor es la posible velocidad de transmisión.
Microondas por satélite: el satélite recibe las señales y las amplifica o retransmite en la dirección adecuada.
Para mantener la alineación del satélite con los receptores y emisores de la tierra, el satélite debe ser geoestacionario.
Para mantenerse geoestacionario, el satélite debe tener un periodo de rotación igual al de la tierra y esto solo ocurre a
una distancia aproximada de 36000 km sobre el ecuador. Se suele usar este sistema para difusión de TV, transmisión
telefónica a larga distancia, redes privadas.
El rango de frecuencias para la recepción del satélite debe ser distinto al rango al que este emite, para que no haya
interferencias entre las señales que ascienden y las que descienden. Esta comprendido entre 1 GHz y 10 GHz. Por debajo
de 1 GHz el ruido producido por causas naturales es apreciable, incluyendo el ruido galáctico, solar, atmosférico y por
interferencias con otros dispositivos electrónicos. Por encima de los 10 GHz, la señal se ve severamente afectada por la
absorción atmosférica y las precipitaciones.
Ondas de Radio: son fáciles de generar, estas a diferencia de las microondas, son omnidireccionales, lo que hace que no
se necesiten antenas parabólicas ni que dichas antenas estén instaladas sobre una plataforma rígida para estar
alineadas.
Se usa el término ondas de radio para hacer referencia a la banda VHF y parte de UHF de 30 MHz a 1 GHz. Este rango
abarca a la radio comercial FM, así como a la televisión UHF y VHF. Este intervalo también se usa para ciertas
aplicaciones de redes de datos.
31
Este rango es muy adecuado para la difusión simultánea a varios destinos. Las ondas de radio son menos sensibles a la
atenuación producida por la lluvia. Debido a que tienen una longitud de onda mayor, las ondas de radio sufren una
atenuación menor.
Infrarrojos: los emisores y receptores de infrarrojos deben estar alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión
del rayo en superficies como paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridad ni de interferencias ya que estos
rayos no pueden atravesar los objetos (paredes por Ej.). Tampoco es necesario permiso para su uso (en microondas y
ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).
Anchos de banda y clasificación de Frecuencias:
Ondas de superficie (VLF – HF): no puede atravesar obstáculos, se necesitan antenas muy grandes.
Ondas del cielo (HF): sirven para comunicar puntos muy lejanos entre sí. Las ondas se refractan al atravesar la ionosfera
y vuelven a la tierra.
Ondas del Espacio (VHF – UHF): se propagan en línea recta. Sufren fenómenos de reflexión y refracción con obstáculos.
Ondas Troposféricas (SHF): se propagan a 15 Km de la superficie.
VSAT (Very Small Aperture Terminals): las redes VSAT son redes privadas de comunicación de datos vía satélite para el
intercambio de información punto a punto, o punto a multipunto. Sus principales características son:
• Redes privadas diseñadas a medida de las necesidades de las compañías que las usan
• Bajo costo y facilidad de instalación
• Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño
• Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 Kbps
• Permite la transferencia de datos, voz y video.
• La red puede ser bastante grande (1000 estaciones VSAT) y está controlada por una estación central llamada HUB o
Máster que organiza el trafico entre terminales y optimiza el acceso a la capacidad del satélite.
Las bandas de funcionamiento suelen ser K o C, donde se da alta potencia en transmisión y buena sensibilidad en
recepción. Las VSAT compiten directamente con redes como la Red Pública de Transmisión de Paquetes X.25 o la Red
Digital de Servicios Integrados y en muchos casos la complementan o sirven de soportes.
Ventajas:
• Flexibilidad: fácil gestión de la red. Servicio independiente de la distancia. Cobertura global inmediata. Fácil y rápida
implantación en lugares de difícil acceso. Se pueden adaptar a las necesidades propias de cada usuario. Los enlaces
asimétricos se adaptan a los requerimientos de transferencia de datos entre una estación central que transmite
mucha información a estaciones lejanas que responden con poca información. Facilidad de reconfiguración y
aplicación de la red. Los receptores pueden cambiar de ubicación sin más cambio que la reorientación de su antena.
La inserción de un nuevo terminal no afecta al funcionamiento de los demás.
• Gran fiabilidad: se suele diseñar para tener una disponibilidad de la red de 99.5% del tiempo y con una VER de
• Ventajas económicas: estabilidad de los costos de operación de la red durante un largo periodo
du de tiea
32
•
•
la señal sobre una banda de frecuencias más anchas de forma directamente proporcional al N° de bits considerado.
La cadena resultante tendrá la misma velocidad de transmisión que la secuencia original pseudoaleatoria, por lo que
tendrá un ancho de banda mayor que la secuencia de información.
La señal resultante tiene un espectro muy parecido al del ruido, de tal forma que a todos los radiorreceptores les
parecerá ruido menos al que va dirigida la señal.
Acceso Múltiple por división de Código (CDMA – Code Division Multiple Access): aprovecha la naturaleza de la
transmisión de espectro expandido para posibilitar a varios usuarios usar de forma independiente el mismo ancho
de banda con muy pocas interferencias.
Usa una tecnología de espectro ensanchado y un esquema especial de codificación, por el que a cada transmisor se
le asigna un código único, escogido de forma que sea ortogonal respecto al del resto; el receptor capta las señales
emitidas por todos los transmisores al mismo tiempo, pero gracias al esquema de codificación (que emplea códigos
ortogonales entre sí) puede seleccionar la señal de interés si conoce el código empleado.
Supongamos una señal de datos de velocidad D (llamada velocidad de bits). Se divide cada bit de la secuencia en K
minibits (“chips”) de acuerdo a un patrón fijo especifico para cada usuario, denominado código de usuario.
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing): también conocido como modulación multiportadora, usa varias
señales portadores con frecuencias diferentes, enviando algunos de los bits totales por cada canal. Todos los
subcanales están dedicados a una única fuente de datos.
Transmisión Vía Satélite: en su forma más simple, un satélite de comunicaciones se puede considerar como un enorme
repetidor de microondas en el cielo, amplifican la señal entrante y a continuación las retransmite en otra frecuencia para
evitar interferencia entre señales entrantes y salientes. Los haces pueden ser muy amplios, para cubrir una gran porción
de la tierra, o muy estrechos y abarcar algunos cientos de km de diámetro.
El periodo orbital de un satélite varía según el radio de la órbita, entre más alto este el satélite, más largo es el periodo.
Los satélites modernos pueden ser bastante grandes, pesar 4 toneladas y consumir varios kilowatts de electricidad
producida por paneles solares. La gravedad del sol, la luna y los planetas tiende a desplazar los satélites de sus orbitas y
orientaciones asignadas, efectos contrarrestado por los motores turbo integrados. Sin embargo cuando se termina el
combustible de los motores, por lo general a los 10 años, el satélite navega a la deriva y cae sin remedio. Con el tiempo
la órbita se deteriora y el satélite reingresa a la atmosfera y se incendia o en ocasiones se estrella contra la tierra.
Bandas de Transmisión: La ITU asigno bandas de frecuencias específicas a los usuarios de satélites:
• Banda C (4 a 6 GHz): tiene 2 rangos de frecuencia, el inferior para el tráfico de bajada a la tierra, y el superior para el
de subida al satélite. Estas bandas están sobresaturadas debido a que las empresas portadoras también las usan
para los enlaces de microondas terrestres. B=500 MHz
• Banda Ku (12 a 14 GHz): la siguiente banda más ancha disponible. Esta banda aun no está saturada. El gran problema
es que estas microondas cortas son absorbidas por la lluvia. B=500 MHz
• Banda Ka (27,5 a 31 GHz): no está saturada pero el equipo para usar esta banda es caro, también son afectadas por
la lluvia. B= 3500 MHz.
• Bandas L y S: fueron incorporadas en el año 2000 tienen muy poco ancho de banda y están saturadas.
Unidad 5: Estándares y Protocolos
Un estándar es un conjunto de reglas (normas) o un acuerdo al que se llega luego de participar en una organización
dedicada a normalizar. No son obligatorios.
En telecomunicaciones son necesarios los estándares para poder interconectar el emisor y el receptor (para que se
entiendan). Los organismos de estandarización son:
• ITU (International Telecomunication Union): depende de Naciones Unidas. Se llevan a cabo tareas de normalización
con respecto a las redes WAN.
• ISO (International Organization for Standardization): ONG global para la normalización. Desarrollo el modelo OSI
• IEEE (Instituto de Ingenieros Electricistas Electrónicos): desarrollaron normalización sobre las redes LAN/MAN/PAN
• EIA/TIA (Electronic Indusotries Alliance/ Telecommunications Industry Association): normalización sobre conectores,
cables, colores, etc. es una asociación de industrias.
34
Una arquitectura de protocolos es una estructura en capas de elementos hardware y software que facilita el
intercambio de datos entre sistemas y posibilita aplicaciones distribuidas como el comercio electrónico y la transferencia
de archivos. En los sistemas de comunicación, en cada una de las capas de la arquitectura de protocolos, se implementa
uno o más protocolos comunes. Cada protocolo proporciona un conjunto de reglas para el intercambio de datos entre
sistemas.
Arquitectura de sistemas abiertos: en una red existen una colección de maquinas destinadas a ejecutar programas de
usuario (HOST). El trabajo de la red consiste en enviar mensajes (comunicación o dialogo) entre HOST. El diseño de la red
se simplifica si separamos los aspectos de comunicación de los de aplicación. Una red en general consiste en dos
35
Estructura del modelo OSI:
1. Estructura multinivel: cada nivel debe resolver solo una parte del problema de la comunicación con funciones
especificas
2. El nivel superior usa los servicios de los niveles inferiores: cada nivel se comunica con su homologo en las otras
maquinas, usando un mensaje a través de los niveles inferiores de la misma. La comunicación entre niveles se define
de manera que un nivel N use servicios del nivel N-1 y proporcione servicios al nivel N+1
3. Puntos de Acceso: entre los diferentes niveles existen interfaces llamadas puntos de acceso a los servicios (SAP)
4. Dependencia de Niveles: cada nivel es dependiente del nivel inferior como del superior.
5. Encabezados: en cada nivel, se incorpora al mensaje un formato de control, el cual permite que un nivel en la
computadora receptora se entere de que la computadora emisora le está enviando un mensaje con información.
Esta arquitectura representada usa la terminología de las primeras redes llamadas ARPANET.
Arquitectura de Red Basada en el Modelo OSI:
Capas del Modelo OSI: en la normalización requerida en cada capa, existen 3 elementos clave:
• Especificación del protocolo: dos entidades en la misma capa en sistemas diferentes cooperan e interactúan por
medio del protocolo, el cual se debe especificar con precisión incluyendo el formato de la unidad de datos del
protocolo, la semántica de todos los campos, así como la secuencia permitida de PDU.
• Definición del Servicio: es equivalente a una descripción funcional que defina los servicios proporcionados pero sin
especificar cómo se están proporcionando.
36
•
Direccionamiento: cada capa suministra servicios a las entidades de la capa inmediatamente superior. Las entidades
se identifican mediante un punto de acceso al servicio (SAP). Esto permite que cada capa multiplexe varios usuarios
de la capa inmediatamente superior.
1. Capa Física: se encarga de la interfaz física entre dos dispositivos como también de definir las reglas para la
transmisión de bits a lo largo de un canal de comunicación. Debe garantizar que un bit que se mande, llegue con el
mismo valor. Tiene cuatro características importantes:
• Mecánicas: relacionadas con las propiedades físicas de la interfaz de conexión con el medio de transmisión.
Incluye la especificación del conector que transmite las señales a través de conductores (circuitos)
• Eléctricas: especifican como se representan los bits (en términos de niveles de tensión, etc), así como su
velocidad de transmisión.
• Funcionales: especifican las funciones que realizan cada uno de los circuitos de la interfaz física entre el sistema y
el medio de transmisión.
• De procedimiento: especifican la secuencia de eventos que se llevan a cabo en el intercambio del flujo de bits a
través del medio físico.
Ej: (Cable coaxial, UTP, F.O., Microondas, etc)
2. Capa de Enlace de Datos: la tarea de esta capa consiste en, a partir de un medio de transmisión común,
transformarlo en una línea sin errores para la capa de re
37
•
•
•
Topología en Árbol: Desde una visión topológica, la conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella
interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal, generalmente
ocupado por un hub o switch. Debido a la presencia de un medio de transmisión compartido entre muchas
estaciones, pueden producirse interferencia entre las señales cuando dos o más estaciones transmiten al mismo
tiempo
Tanto las topologías en árbol como en bus tienen el problema de que es necesario algún método para indicar a
quien va dirigida la transmisión y se precisa un mecanismo para regularla. Esto se soluciona haciendo que las
estaciones transmitan datos en bloques pequeños llamados tramas, cada una de las cuales, consta de una porción
de los datos que una estación desea transmitir además de una cabecera de trama que contiene información de
control. A cada estación del bus se le asigna una dirección única, incluyéndose en la cabecera la dirección destino de
la trama.
Topología en anillo: las estaciones se conectan formando un anillo. Cada estación está conectada a la siguiente y la
última está conectada a la primera. Cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de
repetidor, pasando la señal a la siguiente estación.
En este tipo de red la comunicación se da por el paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un
cartero que pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evitan eventuales pérdidas
de información debidas a colisiones.
Cabe mencionar que si algún nodo de la red deja de funcionar, la comunicación en todo el anillo se pierde.
En un anillo doble, dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea
redundancia (tolerancia a fallos), lo que significa que si uno de los anillos falla, los datos pueden transmitirse por el
otro.
Aquí también los datos se transmiten en tramas. Una trama que circula por el anillo pasa por las demás estaciones
de modo que la estación de destino reconoce su dirección y copia la trama mientras esta la atraviesa, en una
memoria temporal local. La trama continua circulando hasta que alcanza de nuevo la estación origen, donde es
eliminada del medio.
Topología en estrella: las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones
se han de hacer necesariamente a través de este. Una red en estrella activa tiene un nodo central activo que
normalmente tiene los medios para prevenir problemas relacionados con el eco.
Hay dos alternativas para el funcionamiento del nodo central. Una es en modo difusión, en el que la transmisión de
una trama por parte de una estación se retransmite sobre todos los enlaces de salida del nodo central, funcionando
en realidad como en bus. En tal caso, al dispositivo central se le conoce como concentrador (hub). Otra aproximación
es el funcionamiento del nodo central como dispositivo de conmutación de tramas. Una trama entrante se almacena
temporalmente ene l nodo y se retransmite sobre un enlace de salida hacia la estación destino.
40
La elección de la topología depende de varios factores entre los que se encuentran la fiabilidad, capacidad de expansión
y rendimiento. También se deben tener en cuenta la elección del medio de transmisión, disposición del cableado y la
técnica de control de acceso. Existen 4 alternativas para el medio de transmisión: par trenzado, cable coaxial en banda
base (muy usado en topología bus, el esquema original de Ethernet lo usa), cable coaxial en banda ancha, fibra óptica.
Para la elección de uno de ellos se debe tener en cuenta la capacidad (debe soportar el trafico esperado), fiabilidad
(satisfacer los requisitos de disponibilidad), tipos de datos soportados (ajustados a la aplicación), alcance del entorno
(debe proporcionar servicio a la gama de entornos requeridos).
Control de Enlace Lógico (LLC): esta relacionado con la transmisión de una unidad de datos de protocolo del nivel de
enlace (trama) entre dos estaciones, sin necesitar nodo de conmutación intermedio. Presenta 2 características
particulares: debe admitir el acceso múltiple, consecuencia de la naturaleza de medio compartido del enlace y la capa
MAC lo libera de algunos detalles del acceso al enlace. El direccionamiento en LLC implica la especificación de los
usuarios LLC origen y destino. Un usuario es un protoc
41
•
•
•
Rotación circular: se da a cada estación la oportunidad de transmitir, ante lo que la estación puede declinar la
proposición o puede transmitir sujeta a un límite superior, especificado en cantidad de datos a transmitir o tiempo
para ello. Cuando la estación termina, debe ceder el turno de transmisión a la siguiente estación en la secuencia
lógica.
Reserva: adecuada para el tráfico continuo, se divide el tiempo en ranuras. Una estación que desea transmitir
reserva futuras ranuras para un largo, incluso indefinido, periodo de tiempo.
Contención: apropiada para el tráfico a ráfagas, no se realiza control para determinar de quien es el turno, sino que
todas las estaciones compiten en una forma que puede ser bastante ruda y caótica.
Ethernet: las redes LAN de alta velocidad más ampliamente usadas en la actualidad son las basadas en Ethernet,
desarrolladas por el comité de estándares IEEE 802.3. Existe una capa de control de acceso al medio y una capa física:
• Control de acceso al medio en IEEE 802.3: Precursores: la técnica CSMA/CD y sus precursoras pueden ser
denominadas de Acceso aleatorio o de contención. Son de acceso aleatorio en el sentido de que no existe un tiempo
preestablecido o predecible para que las estaciones transmitan, sino que las transmisiones se organizan
aleatoriamente. Son de contención en el sentido de que las estaciones compiten para conseguir el acceso al medio.
La primera de las técnicas, conocida como ALOHA se de
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paquetes de datos, se espera otro tiempo mas y luego la estación de respuesta envía un CTS (Clear to send)
indicando que se puede transmitir. Si nunca recibe es
44
Partes del modem:
• Circuitos de transmisión: reciben la señal digital, producen la señal portadora por medio de un oscilador y modulan
sobre ella la señal digital, luego la pasan por circuitos para adaptarla a la línea telefónica correspondiente y la envían.
• Circuitos de recepción: recién la señal analógica que llega a través de la línea y tras una fase de adaptación se
remodula obteniendo la señal digital recibida.
Conexión modem terminal: al hablar de transmisión de datos partiendo del estado de reposo debemos pasar por los
siguientes pasos:
• Establecimiento del circuito: cuando la línea no está permanentemente afectada al enlace
• Inicialización: para permitir al modem adaptarse a la línea, emisión de portadora, su detección en el otro extremo y
eventualmente la sincronización de los clocks y adaptación de los ecualizadores automáticos.
• Transmisión: de datos hasta que termine la comunicación.
• Liberación: cierre de la comunicación y liberación del circuito.
Control de flujo: mecanismos mediante el cual el modem y el ordenador gestionan el intercambio de información. Estos
mecanismos permiten detener el flujo cuando uno de los elementos no puede procesar más información y reanudar el
proceso cuando vuelve a estar disponible. Los métodos más comunes son:
• Control de flujo por hardware: RTS y CTS permiten al PC y Modem parar el flujo de datos de forma temporal. Este
sistema es más seguro ya que proporciona una operación adecuada a altas velocidades.
• Control de flujo por software XON/XOFF: se usan 2 caracteres especiales en vez de líneas de hardware, cuando se
quiere parar el envío de datos se manda XOFF y para reanudarlo XON. No es adecuado para altas velocidades.
Limitación física de la velocidad de transmisión en la línea telefónica: las leyes físicas establecen un límite para la
velocidad de trasmisión en un canal ruidoso con ancho de banda y relación S/N determinado: B= 3000 Hz, S/N= 30 dB=
1000 veces. Aplicando la formula, la cota de Shannon es 30.000 bps.
Funcionamiento de Modem: supongamos que tenemos una PC (DTE) conectado a un modem (DCE) a través de un cable
RS232 y el modem conectado a la línea telefónica. En el otro extremo de la línea telefónica hay otro modem conectado
mediante RS232 a una PC host. Para que el proceso sea más claro, vamos a considerar una conexión half-dúplex donde
ambos lados tienen que tomar turnos para enviar datos.
Por lo general, al prender el PC, inmediatamente establecerá el DTR (Pin 20) en alto. El DTR en alto le dice al modem que
la PC esta activa y lista para comunicarse. De la misma manera, tan pronto como se conecte el modem a la corriente,
pondrá el DSR en alto para indicarle a la PC que el modem esta encendido.
Para saber si un determinado dispositivo piensa que es un DTE o un DCE, solo basta con encenderlo y si el DTR se pone
en alto, significa que el dispositivo piensa que es un DTE, y si el DSR se pone en alto, piensa que es un DCE. Una vez que
sabemos que piensa el dispositivo que es, podemos encontrar la forma de hacerlos comunicarse entre sí.
En el lado del host va a suceder lo mismo, se encenderá la PC y el modem y se pondrá el DTR y DSR en alto
respectivamente en cada uno. Si en el lado del cliente, el modem está configurado para marcar automáticamente
apenas vea el DTR en alto (es decir, que se intente conectar apenas encendemos la PC), entonces el modem marca, la
compañía de teléfono hace sonar (ring) el numero del host, entonces el modem del host pone el Ring Indicator (RI) en
alto.
Como el DTR del host esta en alto, el modem puede responder la llamada, pero supongamos que no quiere aceptar la
llamada en este momento, como le diría esto el host al modem?, bueno, el host puede informar si quiere o no aceptar la
llamada poniendo el DTR en bajo, si esta en alto, acepta la llamada, de lo contrario deja sonar la llamada.
Como el DTR está en alto, el modem responde la llamada y lo hace enviando de regreso al modem llamante una señal
“data carrier” o portadora (DC).
Algunos módems hacen algún tipo de “handshaking” en este momento. La naturaleza de la señal portadora puede
indicar la velocidad máxima de respuesta que el modem es capaz de usar. Si el modem llamante no responde, el modem
que responde envía una nueva portadora, indicando la próxima menor velocidad que puede manejar, y así
sucesivamente hasta que el modem llamante reconozca esa portadora y ponga el CD (carrier detect) en alto y responda
enviando una portadora propia. Cuando el modem host reconozca la portadora del modem llamante, levantará también
el pin CD y aquí es donde se establece la llamada (los dos extremos están listos para comunicarse).
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Ahora es donde el RTS y el CTS entran en juego. Cuando el modem ve que el RTS se pone en alto, sabe que el DTE quiere
enviar datos, y si el modem decide que está de acuerdo, pone su CTS en alto indicándole al DTE (PC) que esta de acuerdo
y que le envíe los datos. El modem va poniendo esos datos en el pin 2 de transmisión (Tx) y los envía hasta el otro
extremo. El modem host ve los datos entrantes y los pone en el pin 3 de recepción (Rx) y se los entrega al host.
Ahora, mientras los datos siguen entrando, supongamos que el host quiere enviar datos, entonces levanta el RTS. Como
estamos en un circuito half dúplex, cada lado tiene que tomar turnos para usar la línea. Es el DCE (modem) quien tiene el
rol de controlar el tráfico, y lo que el otro lado está enviando datos es el otro lado quien tiene control de la línea, por ello
el modem host mantiene su CTS en bajo indicando “espera tu turno”.
Cuando el otro lado detiene el envío de datos, el modem esperará y luego levantará su CTS, cuando el host vea el CTS en
alto, sabrá que es su turno de enviar datos.
A partir de este momento, el cliente y el host continuaran turnándose para el envío de datos usando RTS para pedir usar
la línea. El modem juega el papel de “policía de tráfico”, levantando y bajando el CTS para indicarle al host cuando es su
turno.
En un circuito full dúplex, por lo general es el software quien decide cuando enviar datos y el modem mantiene su CTS
en alto.
Switch: trabajan en la capa 2 del modelo OSI, son usados para reenviar paquetes a un segmento particular utilizando el
direccionamiento de hardware MAC.
Algunos usan la técnica Store-and-Forward, completamente procesan el paquete, incluyendo el algoritmo de CRC y la
determinación del direccionamiento del paquete, esto requiere que sea almacenado temporalmente.
Otros emplean la técnica Cut-Through, son mas rápidos debido a que envían los paquetes tan pronto la dirección MAC es
leída.
NIC o Placa de red: trabaja en la capa 1 del modelo OSI, se encuentra en cada extremo de cada cable de comunicación.
Normalmente son piezas de Hardware independientes. Su función principal es la de preparar los datos para su
transmisión a través del canal serializándolos, insertando caracteres de control, permitiendo la sincronización y
respondiendo a lSWF22F2T x:kMSNWOVTmxwS2MVSDM2WTxkSkNMDOTixFkMSNWNSDFW2kTlxDw ío SWF22F2T x:k cointeSF
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