Salvador Flores

MANUAL DE TELEINFORMATICA
ING. EN COMPUTACION
SALVADOR GOMEZ FLORES
GRUPO: 4to Lic-a
Turno: Matutino
MANUAL DE TELEINFORMATICA
INDICE
UNIDAD I.
Historia de las Telecomunicaciones
Sistemas de Comunicaciones
Señales
Tipos y Características de señales
Frecuencia
Digitalización
Teorema de Nyquist
Potencia y Energía
Ruido
Convolución
Correlación
UNIDAD II.
Tipos de Modulación
Modulación de Amplitud
Modulación en Banda Lateral
Modulación de Frecuencia
TDMA
Modulación Análoga
Modulador y Demodulador
Modulación Digital
TDMA
CDMA
El Espectro
Análisis de las técnicas de Modulación.
UNIDAD III.
Medios de Transmisión
Características de los Medios de Transmisión
Modos de Transmisión
Tipos de Transmisión
Modos guiados
Cable Par Trenzado
Cable Coaxial
Fibra Óptica
Consideraciones sobre la Fibra Óptica
Otros tipos de Cable
Medios no Guiados
Radiofrecuencia
Definición de Antena
Microondas
UNIDAD IV.
Clasificación de Redes
Topología de Redes
Protocolos más utilizados
Proceso de Poisson
Sistema de Colas
Red ATM
GLOSARIO
BIBLIOGRAFIA
HISTORIA DE LAS TELECOMUNICACIONES
La historia de las telecomunicaciones va ligada muy estrechamente a la evolución de las
investigaciones en el campo de la electricidad, en este documento se pretende enumerar
los hechos más importantes que han llevado la técnica al lugar en que se encuentra,
recordando aquellas personas que con su esfuerzo e ingenio aportaron nuevas ideas.
La filatelia ha mostrado al largo de los años la evolución de la sociedad y ha remarcado
los acontecimientos más importantes, a la vez que ha tenido en las conmemoraciones una
gran fuente de temas, un ejemplo es la celebración el año 1.995 del centenario de la
primera transmisión de radio, o bien el centenario de la Unión Internacional de
Telecomunicaciones el 1.965.
El hombre ha tenido la necesidad de comunicarse desde siempre, y ha utilizado diferentes
métodos para conseguirlo : señales acústicas, ópticas o llevando mensajes usando
animales de transporte.
Sistemas de comunicaciones
Sistemas alámbricos
En este capítulo se dará un diagrama en bloques general de los sistemas de
comunicación, al cual nos referiremos en los capítulos siguientes. También se darán los
conceptos fundamentales para la cuantificación y evaluación de los sistemas de
comunicación alámbricos.
Además se analizaran los sistemas telefónicos de área local dando un esquema y
caracterizando los bloques que la componen. Los títulos de los temas son:
Principios de líneas de transmisión y ecuación de la misma. Sistema de comunicación
(diagrama en bloques). Tipo de información (voz, datos , vídeo) Canal de información.
Sistema típicos telefónicos, diagrama en bloques, impedimentos en la trasmino. Medición
de niveles (db, dbm, dbu, etc.) Transmisión de la voz, (atenuación, retardo), respuesta
psofométrica. Ruido (térmico, ínter modulación, modulación cruzada, impulsivo), cifra de
ruido, temperatura de ruido, relación señal a ruido psofométrica. Circuito telefónico
(adaptación de impedancia y alimentación). Sistema equivalente de referencia (TRE,
RRE, ERT). Red telefónica (atenuación, pupinización, tipos de líneas). Híbrido (red de
dos y cuatro hilos), eco y sinnging, perdida de retorno. Esquema jerárquico de una red,
áreas, tipos de conexión.
Tráfico
Se estudiarán y aplicarán los modelos matemáticos que analizan el comportamiento del
tráfico telefónico que arriban a las centrales o nodos de conexión. Se analizarán los
métodos de medidas prácticos para aplicar los modelos matemáticos. Se clasificaran el
manejo de las llamadas perdidas, evaluándolos con los distintos modelos matemáticos.
Los temas son :
Gráfico de barras. Medida de tráfico, volumen, intensidad, unidades. Tipo de tráfico
(llevado y transportado). Congestión, grado de servicio. Disponibilidad (plena y
limitada). Manejo de llamadas perdidas (sin cola, con colas. tipo de tráfico (suave,
aleatorio y áspero). Tiempos interarrivos. arribos de Poisson. Sistema de llamadas
(rechazadas, reiteradas y mantenidas).
Centrales
Se diagramarán los distintos tipos de centrales, explicando constructivamente como están
constituidas, aplicando la teoría de tráfico para cuantificarla. Se verán los distintos tipos
de estructuras de centrales. Se explicarán las centrales telefónicas por división de espacio
y por división de tiempo. Los temas a tratar son:
Diagramas en bloques, concentradores , distribuidor y desconcentradores. Centrales de
conmutación, funciones, señalización, control, conmutación. Sistema paso a paso
(Strower). Sistema crossbar (pentaconta). Sistema de conmutación por división de
espacio. Sistema de conmutación por división de tiempo. Sistemas combinados en
espacio y tiempo. Conmutación multietapas. Gráficos de Lee.
Multiplexado por división de frecuencia
Se estudiarán en este capítulo la forma de acomodar los canales telefónicos en sistemas
jerárquicos telefónicos superiores, siguiendo la normativa internacional sobre el tema. Se
evaluara la cuantificación de los mismos con respecto al los niveles aceptados, y al ruido
Los temas a abordar son:
Plan de modulación de CITT (grupo, súper grupo y grupo maestro), diagramas en
bloques. Cargas de sistema de MDF. Tono piloto. Ruido. Grupo pasante y súper grupo
pasante.
Digitalización de la voz
Se analizarán los distintos sistemas de digitalización de la voz analizando ventajas y
desventajas de los mismos y comparándolos, se dará un método de caracterización y
evaluación de cada sistema. Los temas son:
Sistema PAM. Sistema PCM (uniforme), ruido de cuantización, relación señal a ruido.
PCM comprimido, ley m , ley A, conversión de códigos. Modulación delta, relación señal
a ruido.
Transmisión de datos en banda base
En este capítulo se tratara la transmisión de datos en su forma original, formas de
codificarlos, características importantes que permiten definir y comparar los distintos
sistemas de codificación. Se analizarán los métodos de medidas. Relación de los sistemas
con las tecnologías actuales en uso. Los títulos son :
Efecto del canal sobre la forma de los pulsos. Codificación y descodificación.
Sincronismo, forma de detectar. Probabilidad de error. Transmisión serie y paralela.
Transmisión sincrónica y asincrónica. Protocolos. Ruido de intermodulación. Diagrama
del ojo.
Modulación digital y redes
Se desarrollarán los distintos modos de modulación utilizado por los MODEM, se
caracterizarán y fijaran el uso para cada caso. Se analizarán redes de datos sus topologías
y los distintos protocolos que se utilizan, especialmente TCP/IP. Se analizaran redes LAN
y WAN, además de servicios integrados, transmisión de datos, voz e imagen. Los temas
son :
Métodos de modulación digital para transmisión en medios confinados, MODEM,
modulación ASK, FSK y PSK. Diagramas fasoriales y en el tiempo de cada sistema.
Redes de datos, topología de redes, protocolos, modelos de capa, modelo OSI,
transmisión por paquetes o tramas. Errores en la transmisión, detección de errores CRC.
Método de stop and wait, sistema de ventana deslizante, rendimiento . Tipo de servicio,
con conexión y sin conexión.Redes WAN, red X.25, Frame Relay, ATM y ISDN. Redes
LAN, componentes de redes LAN, topología y tecnologías de LAN, Ethernet, Tomen
Ring. Internet protocolo IP, formato del data grama, funciones de IP en un host,
direcciones de IP, clases , mascara, broadcast.
Señales
La señal se define como la codificación eléctrica o magnética de los datos.
Señales Analógicas: El problema principal que presentan estas señales es la atenuación
con la distancia lo que provocará que tengamos que intercalar una serie de
amplificadores. Sin embargo estos amplificadores tienen un problema añadido y es que
además de nuestra señal se amplifica el ruido, por lo que cuanto más largo sea el enlace
peor será la calidad de la señal en recepción.
Señales Digitales: Con las señales digitales eliminamos el problema de la pérdida de
calidad, ya que en lugar de amplificadores se emplean repetidores. Los repetidores no se
limitan a aumentar la potencia de la señal, sino que decodifican los datos y los codifican
de nuevo regenerando la señal en cada salto; idealmente el enlace podría tener longitud
infinita.
Tipos y Características de las Señales.
Continuas/Discretas:
Las señales continuas serán aquellas que cumplan : lim t a s(t) = s(a) , es decir,
la señal varía suavemente en el tiempo sin discontinuidades. Ejemplo:la voz.
Las señales discretas por el contrario mantienen un valor constante durante un
cierto tiempo tras el cual pasan a otro valor de forma discontinua. Ejemplo: señal binaria
(que sólo puede tomar los valores 0 y 1).
Periódicas /Aperiódicas:
Las señales periódicas se caracterizan porque repiten un cierto patrón en el tiempo:
s( t + kT ) = s(t) , k=0,1,-1,2,-2,... se dice que la señal es periódica de periodo T (donde T
es el menor periodo que cumple la condición). Ejemplo: sinusoides, tren de pulsos...
Cuando el valor del periodo es infinito la señal es aperiódica..
Velocidad de Transmisión (Vt):
Hablaremos normalmente de bits por segundo (bps) al referirnos a la
velocidad de transmisión de un enlace o tasa binaria.
Existen además otras unidades como por ejemplo el baudio, o número de
cambios por segundo que experimenta la señal. Sin embargo una línea de K bauds no
necesariemente transmite k bps, pues cada señal puede que transmita varios bits. Si se
usaran los voltajes 0,V y 2V, y el valor de cada señal transportara 2 bits, entonces la
velocidad en bps sería el doble que la de bauds.
En el caso de la señal binaria el número de niveles de tensión (2) se
corresponde con el número de bits (2), por lo que la velocidad en bps es igual a los bauds.
Si se tratase de un sistema de 256 niveles tendríamos - 256 bps = 28= 8 bauds.
Ancho de banda (W):
Se define como el rango de frecuencias en el que está contenida la mayor parte
de la energía de la señal. Su unidad son los Herzios (Hz).
La necesidad de renunciar a parte de la energía de la señal al limitar el ancho
de banda a un determinado intervalo de frecuencias radica en el hecho de que señales con
un espectro muy amplio de frecuencias no pueden transmitirse íntegramente por el medio
de transmisión, puesto que estos suelen funcionar bien exclusivamente en un determinado
rango de frecuencias. Por lo tanto las frecuencias con menor energía se rechazan (se
filtran). Un ejemplo muy claro de señal con espectro infinito es el pulso, base de las
comunicaciones digitales.
Relación entre Ancho de Banda y velocidad de transmisión:
La velocidad a que se pueden transmitir los bits no puede ser tan grande como
queramos, sino que tiene un máximo, impuesto por el ancho de banda. Nyquist dedujo en
1924 una expresión que relacionaba ambos parámetros cuando la transmisión se realizaba
a través de un medio sin ruido:
Tasa de datos máx. = 2H log2 V bps
Donde V es el número de niveles discretos de la señal, y H el ancho de
banda del filtro paso-bajo con el que se filtra la señal, señal que por tanto se podrá
recuperar tomando un mínimo de 2H muestras por segundo (teorema del muestreo de
Nyquist).
Pero no fue hasta 1948 que Shannon partiendo del trabajo de Nyquist
consiguió relacionar tasa binaria y ancho de banda para un canal sujeto a un ruido
aleatorio gaussiano:
Nº máx. de bps = H log2 (1 + S/N)
Un caso importante de señal con ancho de banda infinito es una onda digital; la
necesidad de acotarla en frecuencia se debe tanto a que el medio de transmisión es
limitado como a lo caro que resulta el ancho de banda. Al eliminar frecuencias de la señal
en el tiempo se produce una distorsión, es decir, nunca encontraremos pulsos perfectos
con pendientes infinitas, sino aproximaciones. Esto dificulta la interpretación en
recepción. Cuanto mayor es la limitación en frecuencia mayor es la distorsión, y por tanto
mayor la probabilidad de error.
Frecuencia
En la modulación por frecuencia, se varía la frecuencia instantánea de la onda de
radiofrecuencia de acuerdo con la señal que se desea transmitir, mientras que se mantiene
constante la amplitud de la onda.
En esta onda, el número de veces por segundo que la frecuencia varía en torno del valor
de la frecuencia portadora es igual a la frecuencia de modulación, mientras la magnitud
de variación de la frecuencia (Desviación de frecuencia), es proporcional a la amplitud de
la señal moduladora.
La ecuación de una onda de corriente alterna en forma generalizada podemos escribirla
como:
e = Ac sen Ω(t)
donde e = amplitud instantánea de la onda
Ac = Valor máximo de la onda
Ω(t) = desplazamiento angular total en el instante t
La velocidad angular instantánea Wi es entonces por definición la velocidad instantánea
de crecimiento dΩ(t)/dt del desplazamiento angular Ω(t).
Wi = 2πfi = dΩ(t)/dt
La onda senoidal de frecuencia constante es un caso particular de esta ecuación. Así, si
para este caso se denota la frecuencia con fc, en correspondencia con la velocidad angular
Wc = 2πfc, se tiene:
Ω(t) = Wct + ø
donde ø es la posición angular en el instante t = 0.
Wi = 2πfi = dΩ(t)/dt = Wc
Donde fc = Wc/2π
Una onda modulada por frecuencia con modulación senoidal es por definición una onda
en la que la velocidad angular instantánea se varía de acuerdo con la relación:
Wi = Wc + 2πΔfcosWmt
Donde Wi = Velocidad angular instantánea
Wc = Velocidad angular de la onda portadora no modulada
Wm = 2π veces la frecuencia de modulación fm
Δf = Máxima desviación de la frecuencia instantánea respecto de la frecuencia portadora
Esto implica que el valor instantáneo de la tensión moduladora varía de acuerdo con
cosWmt
Una característica fundamental de una onda modulada por frecuencia es que la desviación
máxima Δf es proporcional a la amplitud máxima de la onda moduladora e independiente
a la frecuencia de ésta.
La ecuación de la onda modulada por frecuencia se obtiene ahora combinando las
ecuaciones Wi = dΩ(t)/dt y Wi = Wc + 2πΔfcosWmt para dar un valor de Ω(t) que pueda
reemplazarse en la ecuación e = Ac sen Ω(t)
e = Ac sen [Wct + (2πΔf/Wm) sen Wmt]
Los pasos son los siguientes:
dΩ(t)/dt = Wc + 2πΔfcosWmt
Integrando se obtiene
Ω(t) = [Wct + (2πΔf/Wm) sen Wmt] + ø
La constante de integración ø define la posición angular en el instante t = 0 La ecuación e
= Ac sen [Wct + (2πΔf/Wm) sen Wmt] se obtiene introduciendo la ecuación Ω(t) = [Wct +
(2πΔf/Wm) sen Wmt] + ø en la ecuación e = Ac sen Ω(t) y suponiendo ø = 0 para mayor
simplicidad.
Debe observarse que la oscilación representada por la ecuación e = Ac sen [Wct +
(2πΔf/Wm) sen Wmt] es más rápida cuando senWmt = 0 que cuando senWmt = 1. Esto está
de acuerdo con la ecuación Wi = Wc + 2πΔfcosWmt, la que establece que la frecuencia
instantánea más alta ocurre cuando cosWmt = 1
Si mf = Índice de modulación = Desviación de frecuencia/frecuencia moduladora = Δf/fm
e = Ac sen (Wct + mf sen Wmt)
Para una desviación de frecuencia dada, el índice de modulación mf varía inversamente
con la frecuencia moduladora.
El análisis de la ecuación e = Ac sen (Wct + mf sen Wmt) podría conducir a la conclusión
de que la modulación por frecuencia permite transmitir información con un ancho de
banda extremadamente pequeño. Esta conclusión es incorrecta, por que no tiene en cuenta
que las variaciones de la frecuencia instantánea importan una deformación de los ciclos
individuales de la onda, de modo que estas oscilaciones no pueden considerarse como
senoidales, puesto que la frecuencia cambiante hace que el tiempo que se necesita para
completar un cuarto de período difiera del tiempo requerido para completar el siguiente
cuarto de período.
Las componentes de frecuencia contenidas en esta onda pueden determinarse
expandiendo el segundo miembro de la ecuación e = Ac sen (Wct + mf sen Wmt) con la
fórmula trigonométrica para la suma de dos ángulos pudiéndose escribir del siguiente
modo:
e = Ac[senWct cos(mfsenWmt) + cosWct sen(mfsenWmt)]
se tiene que:
cos (mfsenWmt) = J0(mf) + 2J2(mf) cos2Wmt + 2J4(mf) cos4Wmt + ...
sen (mfsenWmt) = 2J1(mf) senWmt + 2J3(mf) sen3Wmt + ...
Introduciendo estas ecuaciones en e = Ac [senWct cos(mfsenWmt) + cosWct
sen(mfsenWmt)] y desarrollando los términos trigonométricos resultantes por la suma y
diferencia de ángulos, se obtiene:
e = Ac {J0(mf)senWct + J1(mf)[sen(Wc+Wm)t - sen(Wc-Wm)t + J2(mf)[sen(Wc+2Wm)t sen(Wc-2Wm)t + J3(mf)[sen(Wc+3Wm)t - sen(Wc-3Wm)t + J4(mf)[sen(Wc+4Wm)t sen(Wc-4Wm)t + ...}
El análisis que conduce de esta ecuación demuestra que la oscilación deformada
correspondiente a una onda con modulación senoidal por frecuencia contiene
componentes cuyas frecuencias están separadas por la frecuencia de modulación.
Una onda modulada por frecuencia, por lo tanto, no sólo contiene las mismas
componentes que la onda modulada por amplitud que transmite la misma información,
sino, además, frecuencias o bandas laterales de orden superior.
Las amplitudes de las diversas componentes para el caso de la modulación senoidal
dependen del índice de modulación mf, y pueden ser calculadas sea mediante la ayuda de
una tabla de funciones de Bessel, sea con la información contenida en las gráficas de las
funciones de Bessel.
Cuando el índice de modulación es menor que 0,5, es decir, cuando la desviación de
frecuencia es menor que la mitad de la frecuencia de modulación, las componentes de
segundo orden y superiores son pequeñas, comparativamente, y el ancho de banda
necesario para acomodar la parte más importante de la señal es igual que en el caso de la
modulación por amplitud. En estas condiciones la única diferencia entre una onda
modulada por frecuencia y una onda modulada por amplitud es que la fase de la portadora
respecto de las bandas laterales difiere en 90°. Además, en tal caso, la amplitud de las
bandas laterales de primer orden es casi proporcional al índice de modulación. En
cambio, cuando el índice de modulación excede de la unidad, es decir, cuando la
desviación de frecuencia es mayor que la frecuencia moduladora, la onda contiene
importantes componentes de orden superior.
Una regla útil es que la onda modulada por frecuencia contiene componentes laterales de
importancia a ambos lados de la frecuencia portadora sobre un intervalo de frecuencias
aproximadamente igual a la suma de la desviación de frecuencia y la frecuencia de
modulación.
El ancho de banda total dentro del cual está contenida la mayor parte de la energía de la
onda es el doble del valor considerado en el párrafo anterior. Las diferentes frecuencia,
dentro de esta banda, están espaciadas con intervalos de frecuencia iguales a la frecuencia
de modulación, de modo que ellas están tanto más próximas unas a otras cuanto menor es
la frecuencia moduladora.
Cuando el índice de modulación es apreciablemente mayor que la unidad, el ancho de
banda ocupado por las dos bandas laterales viene a ser aproximadamente igual al doble de
la frecuencia de desviación y sólo ligeramente afectado por la frecuencia de modulación.
El análisis de la ecuación e = Ac {J0(mf)senWct + J1(mf)[sen(Wc+Wm)t - sen(Wc-Wm)t +
J2(mf)[sen(Wc+2Wm)t - sen(Wc-2Wm)t + J3(mf)[sen(Wc+3Wm)t - sen(Wc-3Wm)t +
J4(mf)[sen(Wc+4Wm)t - sen(Wc-4Wm)t + ...} muestra que la amplitud de la componente
portadora de una onda modulada por frecuencia depende de la intensidad de modulación,
a diferencia de lo que ocurre en el caso de la modulación de amplitud. Para ciertos valores
del índice de modulación, la amplitud de la portadora es cero y la totalidad de la onda
modulada está compuesta por las frecuencias laterales de distintos órdenes.
Cuando la frecuencia instantánea de una onda modulada por frecuencia varía de modo
más complicado que el que corresponde a la simple modulación senoidal, el espectro de
frecuencias resulta muy complejo. Las frecuencias laterales presentes incluyen no sólo las
que se obtendrían si cada una de las frecuencias moduladoras actuara
independientemente, sino también diversas frecuencias que surgen de la combinación de
todas ellas. Sin embargo, si bien la modulación compleja aumenta enormemente el
número de componentes de la onda modulada, no representa un aumento del ancho de
banda, el cual es casi igual a dos veces la suma de la máxima frecuencia moduladora y la
máxima desviación de frecuencia en el pico del ciclo de modulación.
Cuando se hace pasar una onda modulada por frecuencia por un generador de armónicas,
el efecto es el de multiplicar el índice de modulación por un factor igual al de la
multiplicación de frecuencia. De modo similar, si una onda modulada por frecuencia pasa
a través de un divisor de frecuencia, el efecto es el de dividir el índice de modulación por
el mismo divisor que la frecuencia. El cambio de frecuencia no introduce distorsión en la
naturaleza de la onda.
Cuando se traslada el espectro de frecuencia de una onda modulada por frecuencia
mediante mediante la acción heterodina, permanecen inalterados el índice de modulación,
y, con él, la posición relativa de las frecuencias laterales y el ancho de banda ocupado por
la onda.
La desviación de frecuencia (Δf) es el cambio máximo en frecuencia que la onda
portadora puede experimentar.
Oscilación de portadora es la variación total en frecuencia desde su valor más bajo hasta
el mayor que experimenta la frecuencia portadora.
El índice de modulación (mf) es la razón entre la desviación de frecuencia (Δf) y la
frecuencia moduladora (fm).
El porcentaje de modulación es la razón de la desviación de frecuencia efectiva con la
desviación de frecuencia máxima permisible expresada en porcentaje.
Razón de desviación es el índice de modulación extremo en el cual se emplea la máxima
desviación de frecuencia permitida y la máxima frecuencia de audio permitida.
En la banda de VHF de 88 MHz a 108 MHz se asigna a cada estación un canal de 150
KHz más una banda de seguridad de 25 KHz en los extremos superior e inferior. Se
asignan canales alternados dentro de un área geográfica específica para disminuir la
posibilidad de interferencias entre canales adyacentes.
Digitalización
La grabación digital captura el sonido almacenando los valores de amplitud de una onda a
intervalos regulares de tiempo. La amplitud (altura) de una onda de sonido determina su
volumen; la frecuencia (medida en Hertzios o Hz) determina su escala (lo grave o aguda
que suena).
Las ondas de sonido son continuas (analógicas) en la naturaleza, pero un ordenador sólo
puede trabajar con información digital (on/off). Así que el ordenador almacena la
amplitud de una señal grabada en instantes determinados. Luego recrea el sonido
convirtiendo las muestras digitales de sonido de vuelta a una señal analógica mediante un
DAC (Digital to Analog Converter: Convertidor Digital a Analógico) . La frecuencia de
muestreo indica cuántas muestras del sonido se toman en un segundo. Así una frecuencia
de 22 Khz indica 22.000 muestras por segundo. El ser humano puede oír entre 20 Hz y 20
Khz.
El número de bits también influye en la calidad de la grabación ya que indica el número
de pasos medibles del sonido: con 8 bits podremos medir 256 pasos en cada muestra y
con 16 bits, 65.535. La calidad CD es un estándar que indica que ese sonido está grabado
a 16 bits y 44.1 Khz .
Teorema de Nyquist (Teorema de muestreo)
Desarrollado por H. Nyquist, quien afirmaba que "una señal analógica puede ser
reconstruida, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de
muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la señal analógica".
La teoría del muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la
frecuencia de muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B] medida
en Hertz [Hz].
fm > 2?B
Supongamos que la señal a ser digitalizada es la voz...el ancho de banda de la voz es de
4,000 Hz aproximadamente. Entonces, su razón de muestreo será 2*B= 2*(4,000 Hz), es
igual a 8000 Hz, equivalente a 8,000 muestras por segundo (1/8000). Entonces la razón
de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz, para que pueda regenerarse sin
error.
La frecuencia 2*B es llamada la razón de muestreo de Nyquist. La mitad de su valor, es
llamada algunas veces la frecuencia de Nyquist.
El teorema de muestreo fue desarrollado en 1928 por Nyquist y probado
matemáticamente por Claude Shannon en 1949.
Ejemplos prácticos:
El en área de la MÚSICA, a veces es necesario convertir material analógico [en acetato,
cassetes, cintas magneticas, etc] a formato digital [en CD, DVD]. Los ingenieros de
sonido pueden definir el rango de frecuencia de interés.
Como resultado, los filtros analógicos son algunas veces usados para remover los
componentes de frecuencias fuera del rango de interés antes de que la señal sea
muestreada.
Por ejemplo, el oído humano puede detectar sonidos en el rango de frecuencias de 20 Hz
a 20 KHz. De acuerdo al teorema de muestreo, uno puede muestrear la señal al menos a
40 KHz para reconstruir la señal de sonido aceptable al oído humano. Los componentes
más arriba de 40 KHz no podrán ser detectados y podrían contaminar la señal. Estos
componentes arriba de los 40 KHz son removidos a través de filtros pasa banda o filtros
pasa bajas.
Algunos de las razones de muestreos utilizadas para grabar música digital son las
siguientes:
Razón de muestreo/ Frecuencia de Nyquist
22,050 kHz = 11,025 kHz (Nyquist)
24,000 kHz = 12,000 kHz
30,000 kHz = 15,000 kHz
44,100 kHz = 22,050 kHz
48,000 kHz = 24,000 kHz
Es muy importante tomar en consideración que la frecuencia más alta del material de
audio será grabada. Si la frecuencia de 14,080 Hz es grabada, una razón de muestreo de
44.1 kHz deberá ser la opción elegida. 14,080 Hz cae dentro del rango de Nyquist de 44.1
kHz el cual es 22.05 kHz.
La razón de muestreo elegida determina el ancho de banda del audio de la grabadora
usada. Considerando que el rango del oído es de 20 Hz a 20 kHz, una razón de muestreo
de 44.1 kHz teóricamente deberá satisfacer las necesidades de audio.
Potencia y energía
Frecuentemente, en artículos y reportes periodísticos, programas radiales y televisivos e
incluso en artículos técnicos se comete el error de confundir los conceptos de potencia y
energía. Peor aún ocurre con sus unidades de medidas más frecuentes, el kilowatt y el
kilowatt-hora, que aparecen de distintas maneras como kw, KW, Kw, kw/h, kwh, KW/h y
otras formas.
La «energía» es la capacidad que se necesita para ejecutar acciones externas, o sea, es la
materia prima que se requiere para realizar «trabajo». Teóricamente la palabra «trabajo»
es el producto de multiplicar fuerza por distancia. Por ejemplo, si se eleva un cuerpo que
pesa un kilogramo a una altura de un metro, el trabajo realizado es numéricamente igual a
un kilogramo-metro. Por su parte, el trabajo realizado en un determinado tiempo se define
como «potencia».
Un trabajo realizado lentamente consume menos potencia pues el tiempo es más largo,
mientras que para hacerlo más rápidamente se absorbe mayor potencia.
Numéricamente, la potencia es el trabajo por unidad de tiempo, y puede ser expresada
como kilogramo-metro por segundo, por minuto o por hora.
La relación numérica y los métodos de conversión entre las unidades básicas de trabajo,
calor y energía son muy interesantes y a menudo se incurre en errores al expresarlos.
Actualmente existen dos grandes sistemas para definir estas y otras magnitudes: el
Sistema Internacional (SI) y el Sistema Americano, este último aún usado ampliamente
en Estados Unidos, basado en el viejo Sistema Imperial Inglés, el cuál está
desapareciendo progresivamente, incluso en su país de origen.
El SI está basado en el kilogramo (kg) como unidad de masa, el metro (m) para la
distancia, el segundo (s) para el tiempo y el grado Kelvin (K) para la temperatura. El
sistema americano usa la libra (lb) para la masa, el pie (ft) o la pulgada (in) para la
distancia, los grados Fahrenheit (°F) para la temperatura y el segundo (s) para el tiempo.
En el SI, la unidad básica de energía es el joule (J), el cual es exactamente igual al trabajo
de 1 newton-metro (Nm). Un newton (N) es aproximadamente igual a 0,1 kilogramo
fuerza a los efectos prácticos, aunque más exactamente es 1 kg dividido por la aceleración
de la gravedad en unidades métricas de 9,81 m²/s, es decir, 0,1019. Así, 1 J es el trabajo
requerido para levantar aproximadamente 100 g (0,1 kg) a una altura de 1 m.
Si 1 J de energía es aplicado durante 1 s, es decir, 100 g levantados 1 m en 1 s, entonces
la potencia requerida es exactamente 1 watt (W).
Otra unidad es la caloría, la cual es definida en términos de energía calórica como el calor
requerido para incrementar la temperatura de 1 g de agua 1 °C.
La energía es intercambiable en su forma. Por ejemplo, el trabajo mecánico realizado por
la fricción se convierte en calor, y el vapor procedente del agua en ebullición puede ser
usado para empujar un pistón y realizar trabajo mecánico.
Por lo tanto, hay una relación directa entre calorías y joules, a pesar de que una es
definida en términos de esfuerzo mecánico y la otra en términos de calor.
La energía puede también ser convertida en una forma eléctrica, con un elemento que
mueve un flujo de electrones, o sea, corriente eléctrica. La medida normal para la energía
eléctrica es el watt-hora (Wh). Como 1 Wh es una unidad pequeña, más a menudo se usa
el kilowatt-hora (kWh). Por su parte, 1 J es igual a 1 Nm y 1 W es igual a 1 Nm/s (trabajo
por unidad de tiempo). Un watt-hora (Wh) es por tanto 3 600 watt-segundo (60 x 60 = 3
600 segundos por hora). Como resultado de esto, 1 Wh es igual a 3 600 J y 1 kWh es igual
a
3 600 000 J. En el Sistema Internacional, un millar de veces se toma con el prefijo «kilo»
y un millón de veces se convierte en «mega». De aquí que 1 kWh = 3,6 MJ (un kilowatthora es igual a 3,6 mega joule).
En el campo de la electricidad se emplean en ambos sistemas las mismas unidades: watt
para la potencia, ampere (A) para la corriente y Vol. (V) para la fuerza electromotriz o
diferencia de potencial.
Existen otras unidades que se emplean para la energía. Por ejemplo, las unidades
derivadas del valor calórico de los combustibles. Una tonelada equivalente de petróleo
(tep) es la energía calórica contenida en 1 t de petróleo crudo.
Seguidamente se presentan algunos ejemplos que ilustran acciones que son necesarias
realizar para producir 50 W de potencia:
* Una persona pedaleando una bicicleta o usando una bomba de mano.
* Un molino de viento de 3 m de diámetro del rotor en una brisa suave de 5 m/s.
* Un modulo solar fotovoltaico moderno de 1 m x 0,4 m en un fuerte Sol brillante, al
mediodía y colocado perpendicular al Sol.
Igualmente, para tener una idea de la energía consumida en una vivienda, se presenta el
siguiente ejemplo:
Si una casa posee los siguientes efectos eléctricos: 4 lámparas de 20 W, 1 radio de
3,5 W, un televisor en color de 60 W y un refrigerador de 80 W, en dependencia de las
horas que funcione cada efecto así será la energía consumida por cada uno. Veamos,
pues, el consumo diario de energía de esa vivienda:
Energía consumida total en el día: 1 261 Wh/día.
La última columna se obtuvo multiplicando la cantidad de efectos por las columnas 1 y 2,
por ejemplo, 4 lámparas por 20 y por 6 es igual a 480 Wh/día.
Si esa energía se consumiera todos los días, el consumo en un mes de 30 días sería 1 261
x 30, que es igual a 37 830 Wh/mes, o sea, 37,83 kWh/mes.
Cuando se compra una lámpara de 20 W, se adquiere potencia para el hogar, pero cuando
llega el recibo de la electricidad es necesario pagar por la energía consumida en el mes en
khW. Por ejemplo, por los 37,83 kWh del ejemplo se deben pagar $3,40, ya que 1 kWh
cuesta 9 centavos según las tarifas actuales.
Veamos esta sencilla ecuación. Se estima que una vivienda cubana consume como
promedio mensual 120 kWh. Cuando una planta termoeléctrica de 300 000 kW o 300 MW
(megawatts) se detiene por reparación durante un día (24 horas), esta deja de producir 7
200 000 kWh/día o 7 200 MWh/día. Entonces ¿a cuántas casas cubanas deja de
suministrar electricidad esta planta? Saque usted la cuenta.
Después de resolver el problema, es importante recordar que la potencia se expresa en
watt (W) o kilowatt (kW) y la energía se expresa en watt-hora (Wh) o kilowatt-hora
(kWh), siendo importante especificar en qué período de tiempo se consumió o produjo la
energía, es decir, si es diaria, mensual o anual. Estos dos conceptos tienen relación entre
sí, pero son diferentes.
Ruido
Ruido: Toda energía eléctrica que contamina la señal deseada (ruido térmico, ruido
eléctrico, interferencia, distorsión, etc.).
Relación señal a ruido: Relación de la potencia de la señal deseada a la potencia de
ruido en un punto específico y para unas condiciones específicas en un punto dado.
Convolución
Intuitivamente podemos mirar a la convolución de dos funciones
y
como la
función resultante que aparece despues de efectuar los siguientes pasos: a) girar respecto
del origen los valores de una de ellas, es decir
=
para todo z desde
a
,
b) ir trasladando la función girada sobre la otra
, y c) en cada punto x
calculamos el valor que resulta de sumar los productos obtenidos de multiplicar para
todos los z los correspondiente valores de las funciones
y
. En esencia
estamos calculando para cada valor de x una especie de valor ponderado de una de las
funciones
con los valores de la otra
. En el caso de que el área encerrada por la
curva de
fuese igual 1 entonces estaríamos calculando para x una media ponderada.
Matemáticamente la expresión para esta operación es
De la expresión anterior puede verse como para un valor fijo de x los origines de las
funciones f y g están desplazados justamente en ese valor x. Los valores de f para z
crecientes van siendo multiplicados por valores de g para
decrecientes En el caso
discreto que veremos más adelante esta visión intuitiva de la convolución quedará aún
más clara. La figura
Ilustra el efecto de esta operación. La gran importancia de esta operación radica en el
hecho de que la TF de un producto de convolución de dos funciones es igual al
producto de las TFs de dichas funciones, es decir
Este resultado denominado Teorema de Convolución implica que podemos calcular un
producto de convolución de dos funciones multiplicando sus correspondientes TF y al
resultado aplicarle la TF inversa. En el caso de señales discretas las distintas longitudes
que pudieran tener las sucesiones de puntos de cada una de las funciones son posibles
causas de errores en el cálculo final de la convolución, es por ello que ambas funciones
han de definirse en una misma cantidad de puntos por cada eje.
Para lograr esto consideremos que la función
ha sido muestreada sobre un conjunto
de puntos de longitud A y la función
lo ha sido sobre un conjunto de longitud B,
entonces ambas funciones se rellenarán con ceros hasta que cada una de ellas quede
definida en M = A + B - 1 valores. La formula de rellenar con ceros los valores que faltan
no es la única manera que existe de fijar dichos valores aunque si es la más comúnmente
usada. Una vez que las dos funciones tienen el mismo rango de definición la convolución
se puede calcular por
para
. Puede demostrarse que al igual que las funciones
y
la función resultante de la convolución discreta es también una función periódica
discreta de periodo M. La figura
Muestra una comparación entre los resultados del caso discreto y el caso continuo.
Las expresiones que aparecen en el caso bidimensional (imágenes) son las siguientes:
Caso continuo:
Caso discreto:
Para
e
.
Al igual que en el caso unidimensional el cálculo de la convolución de funciones
bidimensionales puede ser efectuado a través de los productos de sus correspondientes
transformadas de Fourier aplicándole al resultado la TF inversa.
Como se pondrá de manifiesto en las siguientes lecciones la operación de convolución
será una herramienta clave de los cálculos que se realizan para el análisis y extracción de
toda la información que contiene una imagen.
Correlación
La correlación de dos funciones reales es una operación de similares características a la
convolución con la salvedad de que no giraremos alrededor del origen los valores de una
de las funciones. La expresión matemática para esta operación es
Bajo las mismas condiciones que establecimos en la convolución en el caso discreto, la
expresión de la correlación de funciones discretas reales es
Para
. De manera similar se pueden transcribir las expresiones de
la correlación en el caso bidimensional.
De forma paralela a como vimos que existía un teorema de convolución ahora podemos
enunciar un Teorema de Correlación, que nos dice como se calcula la correlación entre
dos funciones a partir de las TF de dichas funciones. El teorema establece que la TF de la
correlación entre dos funciones es igual al producto de la transformada fourier conjugada
de una de ellas por la otra. Es decir,
Donde
.
Al igual que la convolución, la correlación es una operación bsica del procesamiento de
imágenes digitales. La correlación es la operación básica en los procesos de búsqueda de
patrones por emparejamiento. Por tanto, disponer de algoritmos que calculen de una
forma eficiente estas operaciones es del mayor interés La figura muestra el resultado de
correlacionar dos funciones.
TIPOS DE MODULACIÓN
En este capitulo introductorio se resumen las nociones básicas para comprender el
proceso que sufre una información, ya sea esta un sonido, una imagen o bien datos
informáticos que se desea hacer llegar a un receptor a través de una onda
electromagnética o un cable conductor.
La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través de un canal
de comunicación a la mayor distancia y menor costo posible. Este es un proceso mediante
el cual dicha información (onda moduladora) se inserta a un soporte de transmisión.
MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM)
Una portadora puede modularse de diferentes modos dependiendo del parámetro de la
misma sobre el que se actúe.
Se modula en amplitud una onda que llamaremos portadora, cuando la distancia existente
entre el punto de la misma en el que la onda vale cero y los puntos en que toma el valor
máximo ó mínimo se altera.
Es la amplitud (intensidad) de la información a transmitir la que varía la amplitud de la
onda portadora. Y resulta que, al añadir esta información se obtiene tres frecuencias:
La frecuencia de la portadora fp
La frecuencia suma de la portadora y la información fp+fi.
La frecuencia diferencia de la portadora y la información fp-fi.
En una onda portadora de 3500 Khz y que se module con una onda senoidal cuya
frecuencia sea de 3000 Hz (3 Khz) presentará estas tres frecuencias:
fp= 3500 Khz
fp+fi= 3500 Khz + 3 Khz= 3503 Khz
fp-fi= 1000 Khz - 3 Khz= 3497 Khz
Este análisis nos lleva a pensar que, como normalmente la información no la compone
una única onda, sino varias dentro de una banda, sería necesario hacer uso de un gran
ancho de banda para transmitir una información cuyas frecuencias estuvieran
comprendidas entre los 20 Hz y 20.000 Hz (limites de la banda de frecuencias audibles
por el oído humano) con buena calidad.
Por otro lado, como el ancho de banda permitido para una emisora está limitado, este tipo
de modulación se aplica a usos que no requieren gran calidad de sonido o en los que la
información sean de frecuencias próximas entre sí.
Otra característica de la modulación de amplitud es que, en su recepción, los
desvanecimientos de señal no provocan demasiado ruido, por lo que es usado en algunos
casos de comunicaciones móviles, como ocurre en buena parte de las comunicaciones
entre un avión y la torre de control, debido que la posible lejanía y el movimiento del
avión puede dar lugar a desvanecimientos. Sin embargo, la modulación en amplitud tiene
un inconveniente, y es la vulnerabilidad a las interferencias atmosféricas.
MODULACIÓN EN BANDA LATERAL (SSB)
Partiendo de la idea de que la modulación de amplitud comprende ocupar la frecuencia
propia de la portadora y las adyacentes que aparecen al modularla, analizaremos el
siguiente caso:
Teniendo una portadora de 1000 Khz queremos modularla con una información cuyas
frecuencias comprenden entre los 5 KHz y los 10 Khz a la que llamaremos banda base.
La onda modulada presentará las siguientes frecuencias:
fp= 1000 Khz
fp+fi= 1000 KHz + 5 KHz= 1005 Khz, y 1000 KHz + 10 KHz= 1010 Khz, es decir, todas
las frecuencias comprendidas entre los 1005 KHz y 1010 Khz, la que tomará el nombre
de banda lateral superior.
fp-fi= 1000 KHz - 5 KHz= 995 Khz, y 1000 KHz - 10 KHz= 990 Khz todas las
comprendidas entre 990 KHz y 995 Khz, la que tomará el nombre de banda lateral
inferior.
Diferenciándose la banda lateral superior (USB), las de frecuencia más elevada, de la
banda lateral inferior (LSB)
Como la frecuencia portadora no es información, los transmisores con esta clase de
modulación suprimen la portadora (de ahí que también conozcamos este tipo de
modulación como de “portadora suprimida” - AM-PS), y transmiten únicamente las
bandas laterales, y aún mejor, solo una de ellas. Esto tiene grandes ventajas sobre la
modulación de portadora continua, fundamentalmente en el rendimiento y en el ancho de
banda mejorando la relación señal/ruido.
a) Al suprimirse la portadora en ausencia de información, el ahorro de energía es muy
considerable, además la disipación de potencia que el paso final de potencia de RF de un
transmisor de esta clase soporta es menor que el de otro tipo de portadora continua (AM o
FM), para la misma potencia. Debido a esto último un transceptor que disponga de los
dos modos de modulación es capaz de suministrar hasta el doble de potencia en banda
lateral que en modulación de amplitud.
b) Otra ventaja de la SSB es la reducción del ancho de banda que se consigue al eliminar
una de las bandas laterales. Cuando se selecciona el modo USB se están filtrando todas
las frecuencias de la banda lateral inferior, que podrán ser ocupadas por otra estación.
La modulación SSB es usada habitualmente por los servicios marítimos (estaciones
costeras telefonía dirigida a barcos...) o los aviones (en viajes transoceánicos) cuando las
distancias a salvar son grandes y se necesitan grandes potencias de emisión.
MODULACIÓN DE FRECUENCIA (FM)
La modulación de amplitud tiene en la práctica dos inconvenientes: por un lado, no
siempre se transmite la información con la suficiente calidad, ya que el ancho de banda en
las emisiones está limitado; por otra parte, en la recepción es difícil eliminar las
interferencias producidas por descargas atmosféricas, motores, etc.
La modulación de frecuencia consiste en variar la frecuencia de la onda portadora de
acuerdo con la intensidad de la onda de información. La amplitud de la onda modulada es
constante e igual que la de la onda portadora.
La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda
moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz, la onda modulada se
desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia central, que es
la portadora; además el grado de esta variación dependerá del volumen con que
modulemos la portadora, a lo que denominamos “índice de modulación”.
Debido a que los ruidos o interferencias que se mencionaron anteriormente alteran la
amplitud de la onda, no afecta a la información transmitida en FM, puesto que la
información se extrae de la variación de frecuencia y no de la amplitud, que es constante.
Como consecuencia de estas características de modulación podemos observar cómo la
calidad de sonido o imagen es mayor cuando modulamos en frecuencia que cuando lo
hacemos en amplitud. Además al no alterar la frecuencia de la portadora en la medida que
aplicamos la información, podemos transmitir señales sonoras o información de otro tipo
(datos o imágenes), que comprenden mayor abanico de frecuencias moduladoras, sin por
ello abarcar mayor ancho de banda. Él nacimiento de las estaciones que a mediados de los
sesenta eligieron este sistema para emitir sus programas con mayor calidad de sonido dio
origen a la radiodifusión comercial.
Otros usos de la frecuencia modulada son la telefonía móvil, televisión y servicios de
comunicación entre los trabajadores de empresas de paquetería, talleres, comercios...
Modulación de una onda portadora mediante una señal análoga moduladora.
Time Division Multiple Access: Acceso Múltiple por División de Tiempo. Es el nombre
con el cual se conoce la tecnología digital.
Modulador y Demodulador ASK
Para la transmisión de datos digitales, existen principalmente tres métodos de modulación
que permiten alterar el ancho de banda sobre el cual será enviada la información. Estos
tres métodos son muy empleados debido a su relativa sencillez y a que son ideales para la
transmisión de datos digitales, ellos son, el ASK (Amplitude Shift Keying), FSK
(Frequency Shift Keying) y PSK (Phase Shift Keying).
El ASK que es el método que nos atañe en especial, es una forma de modulación
mediante la cual la amplitud de la señal está dada por la ecuación
Ecuación 1: Corrimiento en Amplitud
ASK entonces, puede ser descrito como la multiplicación de la señal de entrada f(t)=A
(valido en sistemas digitales) por la señal de la portadora. Además, esta técnica es muy
similar a la modulación en amplitud AM, con la única diferencia que para este caso m=0.
Figura 1: Modulación por corrimiento en la amplitud (Amplitude shift keying)
En el dominio de la frecuencia, tal y como ya lo habíamos mencionado, el efecto de la
modulación por ASK permite que cualquier señal digital sea adecuada para ser
transmitida en un canal de ancho de banda restringida sin ningún problema, además al
estar en función de una sola frecuencia, es posible controlar e incluso evitar los efectos
del ruido sobre la señal con tan sólo utilizar un filtro pasabandas, o bien, transmitir más
de una señal independientes entre sí sobre un mismo canal, con tan sólo modularlas en
frecuencias diferentes. Esto queda demostrado gráficamente si observamos la
representación de la figura 2.
Figura: 2 Análisis de la modulación por corrimiento en la amplitud.
Modulación Digital:
Un módem comparte interfaz con la red telefónica y el DTE. La comunicación con el
DTE se hace en forma binaria, pero para poder transmitir ésta información a través de un
medio como una línea telefónica, se debe hacer una modulación, ya que las señales en la
línea telefónica son de tipo analógicas.
Una señal modulada es la que, viajando a través de una línea de transmisión transporta de
forma analógica la información que originalmente se encontraba en forma digital.
Tipos de Modulación.
Las formas básicas de modulación son: Modulación de Amplitud (ASK), Modulación de
Frecuencia (FSK), Modulación de Fase (PSK).
Modulación de Amplitud ASK: Esta modulación consiste en establecer una
variación de la amplitud de la frecuencia portadora según los estados significativos de la
señal de datos.
Sin embargo este método no se emplea en las técnicas de construcción de los módems
puesto que no permiten implementar técnicas que permitan elevar la velocidad de
transmisión.
Modulación de Frecuencia FSK : Este tipo de modulación consiste en
asignar una frecuencia diferente a cada estado significativo de la señal de datos. Para ello
existen dos tipos de modulación FSK: FSK Coherente y FSK No Coherente.
FSK Coherente: Esta se refiere a cuando en el instante de asignar la frecuencia se
mantiene la fase de la señal.
FSK No Coherente: Aquí la fase no se mantiene al momento de asignar la
frecuencia.
La razón de una modulación FSK no coherente ocurre cuando se emplean osciladores
independientes para la generación de las distintas frecuencias. La modulación FSK se
emplea en los módem en forma general hasta velocidades de 2400 baudios. Sobre
velocidades mayores se emplea la modulación PSK.
Modulación de Fase PSK: Consiste en asignar variaciones de fase de una
portadora según los estados signficativos de la señal de datos.
Velocidad de señalización
Velocidad [bps] = Vel[Baudios]*Log2 n .
Donde : n= # corresponde al número de niveles de la señal digital.
Dentro del contexto PSK se distinguen dos tipos de modulación de fase :
a) Modulación PSK.
b) Modulación DPSK. ( Diferencial PSK ).
La modulación PSK consiste en cada estado de modulación está dado por la fase que
lleva la señal respecto de la original.
Mientras tanto la modulación DPSK cada estado de modulación es codificado por un
salto respecto a la fase que tenía la señal anterior. Empleando este sistema se garantizan
las transiciones o cambios de fase en cada bit, lo que facilita la sincronización del reloj en
recepción. Técnicamente utilizando el concepto de modulación PSK , es posible aumentar
la velocidad de transmisión a pesar de los limites impuestos por el canal telefónico. De
aquí entonces existen dos tipos de modulación derivadas del DPSK, que son:
a) QPSK ( Quadrature PSK ).
b) MPSK ( multiple PSK ).
Modulación QPSK: Consiste en que el tren de datos a transmitir se divida en
pares de bits consecutivos llamados Dibits , codificando cada bit como un cambio de fase
con respecto al elemento de señal anterior, Eje
Ejemplo:
En consecuencia a cada una de las primeras 4 alternativas se hace corresponder un
determinado desplazamiento de fase de la señal portadora .
Ejemplo: Solución A
Solución B:
Vt [ bps] = V [ Budios ] Log2 n.
Con n =4 en este caso Vt [bps] = 2 V [baudiuos].
Modulación MPSK: En este caso el tren de datos se divide en grupos de tres bits ,
llamados tribits, codificando cada salto de fase con relación a la fase del tribit que lo
precede.
V t [ bps]= 3V [baudios].
Modulación compleja.
La necesidad de transmisión de datos a velocidades cada vez más altas a hecho necesario
implementar otro tipo de moduladores más avanzados como es la modulación en
cuadratura. Este tipo de modulación presenta 3 posibilidades que son:
a)QAM ¨Quadrature Amplitud Modulation¨.
b)QPM ¨Quadrature Phase modulation¨.
C)QAPM¨Quadrature Amplitud Phase Modulation¨.
1) Modulación QAM: En este caso ambas portadoras estan moduladas en amplitud y el
flujo de datos se divide en grupos de 4 bits, y a su vez en subgrupos de 2 bits, codificando
cada dibits 4 estados de amplitud en cada una de las portadoras.
Como ejemplo ilustrativo se consideran dos portadoras en cuadratura Q e I y las
amplitudes diferentes como A1, A2, A3, y A4.
2) Modulación QPM: En este tipo de modulación en cuadratura las portadoras tienen 2
valores de amplitud.
El flujo de datos se divide igual que en el caso anterior en grupos de 4 bits a su vez en
subgrupos de 2 bits, modulando cada dibit 4 estados de fase diferencial en cada una de las
portadoras.
3) Modulación QAPM: Esta modulación también conocida como AMPSK o QAMPSK
debido a que es una combinación de los dos sistemas de amplitud y fase. El esquema
típico en este caso consiste en agrupar la señal en grupos de 4 bits considerando 2 dibits,
el primer dibits modula la portadora I en amplitud y fase mientras que el otro realiza lo
mismo con la portadora Q. El esquema ilustrativo de esta modulación es:
El esquema se obtiene con una sola portadora codificando 8 saltos de fase diferentes y los
niveles de amplitud. Para facilitar la discriminación, los niveles empleados en una fase o
la siguiente son diferentes.
Este tipo de recomendación los utiliza la recomendación V.29 de la ex CCITT.
En este tipo de modulación tenemos que ala fase se le han asignado 8 fases diferentes con
lo cual la velocidad en bps será:
V[bps]=V[baudios] log2 8.
V[bps]=3 V[baudios].
1
TDMA
Time Division Multiple Access
Tecnología para la telefonía móvil digital que distribuye los datos en alternantes slots de
tiempo proveyendo acceso múltiple a un reducido número de frecuencias wireless
(tecnología TDM: Time Division Multiplexing).
De este modo, una única frecuencia wireless (un único canal de comunicación) puede
soportar flujos de información procedentes de usuarios diferentes: simplemente se deja
pasar el flujo de información de cada usuario en distintos intervalos de tiempo cíclicos - a
tiempo 1 pasan los datos del usuario A; a tiempo 2 los del usuario B; a tiempo 3 los del
A; a tiempo 4 los del B, etc. -.
El Espectro
El espectro ensanchado por secuencia directa (del inglés direct sequence spread spectrum
o DSSS), también conocido en comunicaciones móviles como DS-CDMA (acceso
múltiple por división de código en secuencia directa), es uno de los métodos de
modulación en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas
radiofónicas que más se utilizan. Tanto DSSS como FHSS están de nidos por la IEEE en
el estándar 802.11 para redes de área local inalámbricas WLAN.
Medios de Transmisión
Por medio de transmisión, la aceptación amplia de la palabra, se entiende el material
físico cuyas propiedades de tipo electrónico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo se
emplea para facilitar el transporte de información entre terminales distante
geográficamente.
El medio de transmisión consiste en el elemento q conecta físicamente las estaciones de
trabajo al servidor y los recursos de la red. Entre los diferentes medios utilizados en las
LANs se puede mencionar: el cable de par trenzado, el cable coaxial, la fibra óptica y el
espectro electromagnético (en transmisiones inalámbricas).
Su uso depende del tipo de aplicación particular ya que cada medio tiene sus propias
características de costo, facilidad de instalación, ancho de banda soportado y velocidades
de transmisión máxima permitidas.
Características Básicas de un Medio de Transmisión
Resistencia:
Todo conductor, aislante o material opone una cierta resistencia al flujo de la corriente
eléctrica.
Un determinado voltaje es necesario para vencer la resistencia y forzar el flujo de
corriente. Cuando esto ocurre, el flujo de corriente a través del medio produce calor.
La cantidad de calor generado se llama potencia y se mide en WATTS. Esta energía se
pierde.
La resistencia de los alambres depende de varios factores.
*Material o Metal que se usó en su construcción.
CONDUCTOR HECHO
DE
Resistencia Relativa a un
conductor de cobre
PLATA
0.92
ORO
1.32
ALUMINIO
1.59
ACERO
8.62
*Alambres de acero, que podrían ser necesarios debido a altas fuerza de tensión, pierden
muchas más potencia que conductores de cobre en las mismas dimensiones.
*El diámetro y el largo del material también afectan la perdida de potencia.
A medida que aumenta la frecuencia de la señal aplicada a un alambre, la corriente tiende
a fluir mas cerca de la superficie, alejándose del centro de conductor.
Usando conductores de pequeños diámetro, la resistencia efectiva del medio aumenta, a
medida que aumenta la frecuencia. Este fenómeno es llamado "efecto piel" y es
importante en las redes de transmisión.
La resistividad usualmente se mide en “ohms” (Ω) por unidad de longitud.
Modos de Transmisión
Antes de pasar al estudio de los medios físicos que se emplean normalmente en la
transmisión de señales portadoras de información, se comentarán brevemente las dos
técnicas fundamentales que permiten dicha transmisión: Transmisión de banda base
(baseband) y Transmisión en banda ancha (broadband).
La Transmisión de banda base consiste en entregar al medio de transmisión la señal de
datos directamente, sin q intervenga ningún proceso entre la generación de la señal y su
entrega a la línea, como pudiera ser cualquier tipo de modulación.
Sin embargo, si pretendiendo optimizar la utilización del ancho de banda disponible del
medio de transmisión en cuestión, se divide dicho ancho de banda en canales de anchura
adecuada y, usando técnicas de modulación se inserta en cada uno de ellos una señal
distinta, diremos que se está utilizando transmisión en banda ancha.
Tipos de Transmisión
Actualmente, la gran mayoría de las redes están conectadas por algún tipo de cableado,
que actúa como medio de transmisión por donde pasan las señales entre los equipos. Hay
disponibles una gran cantidad de tipos de cables para cubrir las necesidades y tamaños de
las diferentes redes, desde las más pequeñas a las más grandes.
Existe una gran cantidad de tipos de cables. Algunos fabricantes de cables publican unos
catálogos con más de 2.000 tipos diferentes que se pueden agrupar en tres grupos
principales que conectan la mayoría de las redes:
Cable coaxial.
Cable de par trenzado (apantallado y no apantallado).
Cable de fibra óptica.
MEDIOS GUIADOS:
Se conoce como medios guiados a aquellos que utilizan unos componentes físicos y
sólidos para la transmisión de datos. También conocidos como medios de transmisión por
cable.
Cable de pares / Par Trenzado:
Consiste en hilos de cobre aislados por una cubierta plástica y torzonada entre sí. Debido
a que puede haber acoples entre pares, estos se trenza con pasos diferentes. La utilización
del trenzado tiende a disminuir la interferencia electromagnética.
Este tipo de medio es el más utilizado debido a su bajo coste (se utiliza mucho en
telefonía) pero su inconveniente principal es su poca velocidad de transmisión y su corta
distancia de alcance. Se utilizan con velocidades inferiores al MHz (de aprox. 250 KHz).
Se consiguen velocidades de hasta 16 Mbps. Con estos cables, se pueden transmitir
señales analógicas o digitales.
Es un medio muy susceptible a ruido y a interferencias. Para evitar estos problemas se
suele trenzar el cable con distintos pasos de torsión y se suele recubrir con una malla
externa para evitar las interferencias externas.
En su forma más simple, un cable de par trenzado consta de dos hilos de cobre aislados y
entrelazados. Hay dos tipos de cables de par trenzado: cable de par trenzado sin apantallar
(UTP) y par trenzado apantallado (STP).
A menudo se agrupan una serie de hilos de par trenzado y se encierran en un
revestimiento protector para formar un cable. El número total de pares que hay en un
cable puede variar. El trenzado elimina el ruido eléctrico de los pares adyacentes y de
otras fuentes como motores, relés y transformadores.
Componentes del cable de par trenzado
Aunque hayamos definido el cable de par trenzado por el número de hilos y su
posibilidad de transmitir datos, son necesarios una serie de componentes adicionales para
completar su instalación. Al igual que sucede con el cable telefónico, el cable de red de
par trenzado necesita unos conectores y otro hardware para asegurar una correcta
instalación.
Elementos de conexión
El cable de par trenzado utiliza conectores telefónicos RJ-45 para conectar a un equipo.
Éstos son similares a los conectores telefónicos RJ11. Aunque los conectores RJ-11 y RJ45 parezcan iguales a primera vista, hay diferencias importantes entre ellos.
El conector RJ-45 contiene ocho conexiones de cable, mientras que el RJ-11 sólo
contiene cuatro. Existe una serie de componentes que ayudan a organizar las grandes
instalaciones UTP y a facilitar su manejo.
Por lo general, la estructura de todos los cables par trenzado no difieren
significativamente, aunque es cierto que cada fabricante introduce algunas tecnologías
adicionales mientras los estándares de fabricación se lo permitan. El cable está
compuesto, por un conductor interno que es de alambre electrolítico recocido, de tipo
circular, aislado por una capa de polietileno coloreado.
Paneles de conexiones ampliables. Existen diferentes versiones que admiten hasta 96
puertos y alcanzan velocidades de transmisión de hasta 100 Mbps.
Clavijas. Estas clavijas RJ-45 dobles o simples se conectan en paneles de conexiones y
placas de pared y alcanzan velocidades de datos de hasta 100 Mbps.
Placas de pared. Éstas permiten dos o más enganches.
Consideraciones sobre el cableado de par trenzado
El cable de par trenzado se utiliza si:
La LAN tiene una limitación de presupuesto.
Se desea una instalación relativamente sencilla, donde las conexiones de los equipos sean
simples.
No se utiliza el cable de par trenzado si:
La LAN necesita un gran nivel de seguridad y se debe estar absolutamente seguro de la
integridad de los datos.
Los datos se deben transmitir a largas distancias y a altas velocidades.
Cable Coaxial:
Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor
externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa
aislante que es la funda del cable.
Este cable, aunque es más caro que el par trenzado, se puede utilizar a más larga
distancia, con velocidades de transmisión superiores, menos interferencias y permite
conectar más estaciones. Se suele utilizar para televisión, telefonía a larga distancia, redes
de área local, conexión de periféricos a corta distancia, etc...Se utiliza para transmitir
señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes principales son: atenuación, ruido
térmico, ruido de intermodulación.
Para señales analógicas se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales
digitales un repetidor cada kilómetro.
Hubo un tiempo donde el cable coaxial fue el más utilizado. Existían dos importantes
razones para la utilización de este cable: era relativamente barato, y era ligero, flexible y
sencillo de manejar.
Un cable coaxial consta de un núcleo de hilo de cobre rodeado por un aislante, un
apantallamiento de metal trenzado y una cubierta externa.
El término apantallamiento hace referencia al trenzado o malla de metal (u otro material)
que rodea algunos tipos de cable. El apantallamiento protege los datos transmitidos
absorbiendo las señales electrónicas espúreas, llamadas ruido, de forma que no pasan por
el cable y no distorsionan los datos. Al cable que contiene una lámina aislante y una capa
de apantallamiento de metal trenzado se le denomina cable apantallado doble. Para
entornos que están sometidos a grandes interferencias, se encuentra disponible un
apantallamiento cuádruple. Este apantallamiento consta de dos láminas aislantes, y dos
capas de apantallamiento de metal trenzado,
El núcleo de un cable coaxial transporta señales electrónicas que forman los datos. Este
núcleo puede ser sólido o de hilos. Si el núcleo es sólido, normalmente es de cobre.
Rodeando al núcleo hay una capa aislante dieléctrica que la separa de la malla de hilo. La
malla de hilo trenzada actúa como masa, y protege al núcleo del ruido eléctrico y de la
intermodulación (la intermodulación es la señal que sale de un hilo adyacente).
El núcleo de conducción y la malla de hilos deben estar separados uno del otro. Si
llegaran a tocarse, el cable experimentaría un cortocircuito, y el ruido o las señales que se
encuentren perdidas en la malla circularían por el hilo de cobre. Un cortocircuito eléctrico
ocurre cuando dos hilos de conducción o un hilo y una tierra se ponen en contacto. Este
contacto causa un flujo directo de corriente (o datos) en un camino no deseado. En el caso
de una instalación eléctrica común, un cortocircuito causará el chispazo y el fundido de
un fusible o del interruptor automático. Con dispositivos electrónicos que utilizan bajos
voltajes, el resultado no es tan dramático, y a menudo casi no se detecta. Estos
cortocircuitos de bajo voltaje generalmente causan un fallo en el dispositivo y lo habitual
es que se pierdan los datos.
Una cubierta exterior no conductora (normalmente hecha de goma, Teflón o plástico)
rodea todo el cable.
El cable coaxial es más resistente a interferencias y atenuación que el cable de par
trenzado.
La malla de hilos protectora absorbe las señales electrónicas perdidas, de forma que no
afecten a los datos que se envían a través del cable de cobre interno. Por esta razón, el
cable coaxial es una buena opción para grandes distancias y para soportar de forma fiable
grandes cantidades de datos con un equipamiento poco sofisticado.
Tipos de cable coaxial
Hay dos tipos de cable coaxial:
Cable fino (Thinnet).
Cable grueso (Thicknet).
El tipo de cable coaxial más apropiado depende de 1as necesidades de la red en
particular.
Consideraciones sobre el cable coaxial
En la actualidad es difícil que tenga que tomar una decisión sobre cable coaxial, no
obstante, considere las siguientes características del cable coaxial.
Utilice el cable coaxial si necesita un medio que pueda:
Transmitir voz, vídeo y datos.
Transmitir datos a distancias mayores de lo que es posible con un cableado menos caro
Ofrecer una tecnología familiar con una seguridad de los datos aceptable.
Fibra Óptica:
Es el medio de transmisión mas novedoso dentro de los guiados y su uso se esta
masificando en todo el mundo reemplazando el par trenzado y el cable coaxial en casi
todo los campos. En estos días lo podemos encontrar en la televisión por cable y la
telefonía.
En este medio los datos se transmiten mediante una haz confinado de naturaleza óptica,
de ahí su nombre, es mucho más caro y difícil de manejar pero sus ventajas sobre los
otros medios lo convierten muchas veces en una muy buena elección al momento de
observar rendimiento y calidad de transmisión.
Físicamente un cable de fibra óptica esta constituido por un núcleo formado por una o
varias fibras o hebras muy finas de cristal o plástico; un revestimiento de cristal o plástico
con propiedades ópticas diferentes a las del núcleo, cada fibra viene rodeada de su propio
revestimiento y una cubierta plástica para protegerla de humedades y el entorno.
En el cable de fibra óptica las señales que se transportan son señales digitales de datos en
forma de pulsos modulados de luz. Esta es una forma relativamente segura de enviar
datos debido a que, a diferencia de los cables de cobre que llevan los datos en forma de
señales electrónicas, los cables de fibra óptica transportan impulsos no eléctricos. Esto
significa que el cable de fibra óptica no se puede pinchar y sus datos no se pueden robar.
El cable de fibra óptica es apropiado para transmitir datos a velocidades muy altas y con
grandes capacidades debido a la carencia de atenuación de la señal y a su pureza.
Composición del cable de fibra óptica
Una fibra óptica consta de un cilindro de vidrio extremadamente delgado, denominado
núcleo, recubierto por una capa de vidrio concéntrica, conocida como revestimiento. Las
fibras a veces son de plástico. El plástico es más fácil de instalar, pero no puede llevar los
pulsos de luz a distancias tan grandes como el vidrio.
Debido a que los hilos de vidrio pasan las señales en una sola dirección, un cable consta
de dos hilos en envolturas separadas. Un hilo transmite y el otro recibe. Una capa de
plástico de refuerzo alrededor de cada hilo de vidrio y las fibras Kevlar ofrece solidez. En
el conector de fibra óptica, las fibras de Kevlar se colocan entre los dos cables. Al igual
que sus homólogos (par trenzado y coaxial), los cables de fibra óptica se encierran en un
revestimiento de plástico para su protección.
Las transmisiones del cable de fibra óptica no están sujetas a intermodulaciones eléctricas
y son extremadamente rápidas, comúnmente transmiten a unos 100 Mbps, con
velocidades demostradas de hasta 1 gigabit por segundo (Gbps). Pueden transportar una
señal (el pulso de luz) varios kilómetros.
Consideraciones sobre el cable de fibra óptica
El cable de fibra óptica se utiliza si:
Necesita transmitir datos a velocidades muy altas y a grandes distancias en un medio muy
seguro.
El cable de fibra óptica no se utiliza si:
Tiene un presupuesto limitado.
No tiene el suficiente conocimiento para instalar y conectar los dispositivos de forma
apropiada.
Se trata de un medio muy flexible y muy fino que conduce energía de naturaleza óptica.
Su forma es cilíndrica con tres secciones radiales: núcleo, revestimiento y cubierta .El
núcleo está formado por una o varias fibras muy finas de cristal o plástico. Cada fibra está
rodeada por su propio revestimiento que es un cristal o plástico con diferentes
propiedades ópticas distintas a las del núcleo. Alrededor de este conglomerado está la
cubierta (constituida de material plástico o similar) que se encarga de aislar el contenido
de aplastamientos, abrasiones, humedad, etc...
Permite un gran número de canales y velocidades muy altas, superiores al GHz. Tienen
un Bc enorme (50Ghz máx., 2Ghz típico), Rmax enorme (2Gbps máx.), pequeño tamaño
y peso, y una atenuación pequeña. Es inmune a ruidos e interferencias y son difíciles de
acceder. Tienen como inconvenientes el precio alto, la manipulación complicada, el
encarecimiento de los costos (mano de obra, tendido,..)
Es un medio muy apropiado para largas distancias e incluso últimamente para LAN's.
Cableado macho RJ-45
El conector macho RJ-45 de NEX1 tiene la característica de excelente flexibilidad. Para
ser usados en terminación de cables horizontales, cables blackbone y patch cords.
Características:
*De gran flexibilidad: uso de cable multifilar o cable sólido.
*Conector modular para ocho conectores.
*Terminación con uso de herramientas estándar.
*La barra de carga permite mantener menos de 1/2" de trenzado.
*recomendado para el uso de los sistemas como par trenzado y comunicación en
aplicaciones de PABX.
MEDIOS NO GUIADOS:
Los medios no guiados o sin cable han tenido gran acogida al ser un buen medio de cubrir
grandes distancias y hacia cualquier dirección, su mayor logro se dio desde la conquista
espacial a través de los satélites y su tecnología no para de cambiar. De manera general
podemos definir las siguientes características de este tipo de medios: a transmisión y
recepción se realiza por medio de antenas, las cuales deben estar alineadas cuando la
transmisión es direccional, o si es omnidireccional la señal se propaga en todas las
direcciones.
Radiofrecuencia y longitudes de onda
Las ondas de radio poseen un campo muy amplio de aplicación, incluida la comunicación
durante los rescates de emergencia (radio transistores y de onda corta), emisiones
internacionales (satélites) y hornos (microondas). Una onda de radio queda definida por
su longitud de onda (la distancia entre dos crestas consecutivas) o por su frecuencia (el
número de crestas que pasan por un punto durante un segundo). Las longitudes de las
ondas de radio van desde 100.000 m hasta 1 mm. Las frecuencias varían de 3 kilohertzios
a 300 gigahertzios.
FRECUENCIA DENOMINACIÓN ABR. LONG. ONDA
3-30 kHz Frecuencia muy baja VLF 100.000-10.000 m
30-300 kHz Frecuencia baja LF 10.000-1.000 m
300-3.000 kHz Frecuencia media MF 1.000-100 m
3-30 MHz Frecuencia alta (onda corta) HF 100-10 m
30-300 MHz Frecuencia muy alta VHF 10-1 m
300-3000 MHz Frecuencia ultraelevada UHF 1 m-10 cm
3-30 GHz Frecuencia superelevada SHF 10-1 cm
30-300 GHz Frecuencia extremadamente alta EHF 1 cm-1 mm
* kHz = kilohercio, o 1.000 Hz; MHz = megahercio, o 1.000 kHz; GHz = gigahercio, o
1.000 MHz.
ANTENA
Antena, equipo utilizado en electrónica para propagar o recibir ondas de radio o
electromagnéticas. Es indispensable para emitir o recibir señales de radio, televisión,
microondas, de teléfono y de radar. La mayoría de las antenas de radio y televisión están
hechas de cables o varillas metálicas conectadas al equipo emisor o receptor. Cuando se
utiliza una antena para transmitir (propagar) ondas de radio, el equipo emisor hace oscilar
la corriente eléctrica a lo largo de los cables o de las varillas. La energía de esta carga
oscilante se emite al espacio en forma de ondas electromagnéticas (radio). En el caso de
la recepción, estas ondas inducen una pequeña corriente eléctrica en la parte metálica de
la antena, que se amplifica con el receptor de radio. Por lo general se puede utilizar una
misma antena para recibir y transmitir en una misma longitud de onda, siempre que la
potencia de emisión no sea demasiado grande.
Las dimensiones de la antena dependen de la longitud, o frecuencia, de la onda de radio
para la que está diseñada. La frecuencia es el número de oscilaciones electromagnéticas
por segundo. La longitud de la onda de radio es igual a la velocidad de la luz (300
millones m/s) dividida por la frecuencia. Las ondas de baja frecuencia poseen una
longitud de onda grande (cientos de metros) y las de alta frecuencia, pequeña
(centímetros). Las dimensiones de la antena tienen que ser tales que entren en resonancia
eléctrica a la longitud de onda deseada, igual que la longitud del tubo de un órgano es la
que determina su tono. La longitud básica debe ser al menos la mitad de la de las ondas
de radio a emitir o recibir. También puede ser un múltiplo entero de la mitad de aquélla,
es decir, 1; 1,5; 2; 2,5..., veces la longitud de onda. Este tipo de antenas reciben el nombre
de resonantes y constituyen un eficaz medio de propagación o recepción de energía
electromagnética. El factor de longitud media de onda es aplicable a todas las antenas
excepto las circulares. Las pequeñas antenas circulares que se utilizan en los aparatos
transistores presentan una resonancia para longitudes de onda de 300 m de la banda de
emisión (AM), ya que contienen un núcleo de material magnético llamado ferrita. Las
antenas circulares de ferritas se utilizan en radio transistores compactos.
La energía eléctrica se envía a la antena por una línea de transmisión, o cable coaxial, con
dos conductores. Si uno de ellos va conectado a tierra y el otro al extremo de la antena
horizontal, se dice que la antena es de tipo largo. Si la antena está partida a la mitad con
cada uno de los extremos conectados a un conductor de la línea de transmisión, se
denomina dipolo, el tipo de antena más sencillo y básico. La típica antena de televisión es
un dipolo.
El dipolo emite y recibe la mayor parte de la energía de forma perpendicular al mástil; en
el sentido de éste se propaga muy poca energía. Esta direccionalidad constituye una de las
características eléctricas más importantes de la antena. Permite orientar la emisión o
recepción en una dirección concreta, excluyendo señales en otras direcciones.
Una segunda característica básica de las antenas es su ganancia o sensibilidad. La
ganancia y la direccionalidad se pueden controlar colocando varios dipolos para
configurar la antena.
La tercera característica la constituye el ancho de banda o resonancia a las señales en toda
una banda de longitudes de onda. Las habituales antenas de radio domésticas tienen que
poseer un amplio ancho de banda para captar las emisoras de diferentes longitudes de
onda. Las antenas helicoidales que se utilizan en las comunicaciones espaciales poseen un
ancho de banda muy reducido y una enorme ganancia.
Entre las antenas verticales se incluye la antena Marconi. Por lo común se trata de una
barra vertical o mástil de un cuarto de longitud de onda, equivalente a la mitad de un
dipolo vertical, mientras que la tierra actúa como la otra mitad. Estas antenas flexibles se
utilizan frecuentemente en comunicaciones móviles de alta frecuencia. La parte metálica
del automóvil actúa como la otra mitad del dipolo. Entre los tipos de antenas verticales de
gran longitud de onda se encuentra la de media onda que utilizan las emisoras de banda
normal (AM). La antena está formada por toda la torreta emisora. Las antenas rómbicas
horizontales proporcionan una buena direccionalidad para longitudes de onda mayores y
se utilizan en las comunicaciones internacionales de radio.
Los radiotelescopios y los sistemas de radar operan con longitudes de onda inferiores a 30
cm, denominadas microondas, que se comportan de forma similar a las ondas de luz, y las
antenas de microondas son como pequeños focos. La emisora de microondas puede ser un
pequeño dipolo o un orificio de un conductor especial denominado guía de ondas. La
energía de las microondas se refleja en un paraboloide metálico que la convierte en un
rayo muy fino. Existen muchos tipos de antenas de radar; algunas de ellas son capaces de
variar eléctricamente, sin movimiento, la dirección del rayo.
Líneas Aéreas / Microondas:
Líneas aéreas, se trata del medio más sencillo y antiguo q consiste en la utilización de
hilos de cobre o aluminio recubierto de cobre, mediante los que se configuran circuitos
compuestos por un par de cables. Se han heredado las líneas ya existentes en telegrafía y
telefonía aunque en la actualidad sólo se utilizan algunas zonas rurales donde no existe
ningún tipo de líneas.
Microondas, en un sistema de microondas se usa el espacio aéreo como medio físico de
transmisión. La información se transmite en forma digital a través de ondas de radio de
muy corta longitud (unos pocos centímetros). Pueden direccionarse múltiples canales a
múltiples estaciones dentro de un enlace dado, o pueden establecer enlaces punto a punto.
Las estaciones consisten en una antena tipo plato y de circuitos que interconectan la
antena con la Terminal del usuario.
Los sistemas de microondas terrestres han abierto una puerta a los problemas de
transmisión de datos, sin importar cuales sean, aunque sus aplicaciones no estén
restringidas a este campo solamente. Las microondas están definidas como un tipo de
onda electromagnética situada en el intervalo del milímetro al metro y cuya propagación
puede efectuarse por el interior de tubos metálicos. Es en si una onda de corta longitud.
Tiene como características que su ancho de banda varia entre 300 a 3.000 Mhz, aunque
con algunos canales de banda superior, entre 3´5 Ghz y 26 Ghz. Es usado como enlace
entre una empresa y un centro que funcione como centro de conmutación del operador, o
como un enlace entre redes Lan.
Para la comunicación de microondas terrestres se deben usar antenas parabólicas, las
cuales deben estar alineadas o tener visión directa entre ellas, además entre mayor sea la
altura mayor el alcance, sus problemas se dan perdidas de datos por atenuación e
interferencias, y es muy sensible a las malas condiciones atmosféricas.
Microondas terrestres: Suelen utilizarse antenas parabólicas. Para conexionas a larga
distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas.
Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan
menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan para
transmisión de televisión y voz.
La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con el
cuadrado de la distancia (con 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, pude haber más solapamientos de señales.
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.
Se suele utilizar este sistema para:
Difusión de televisión.
Transmisión telefónica a larga distancia.
Redes privadas.
El rango de frecuencias para la recepción del satélite debe ser diferente del rango al que
este emite, para que no haya interferencias entre las señales que ascienden y las que
descienden.
Debido a que la señal tarda un pequeño intervalo de tiempo desde que sale del emisor en
la Tierra hasta que es devuelta al receptor o receptores, ha de tenerse cuidado con el
control de errores y de flujo de la señal.
Las diferencias entre las ondas de radio y las microondas son:
Las microondas son unidireccionales y las ondas de radio omnidireccionales.
Las microondas son más sensibles a la atenuación producida por la lluvia.
En las ondas de radio, al poder reflejarse estas ondas en el mar u otros objetos, pueden
aparecer múltiples señales "hermanas".
CUADRO RESUMEN
MEDIO DE
TRANSMISION
ANCHO DE
BANDA
CAPACIDAD
MÁXIMA
CAPACIDAD
USADA
Cable de pares
250 KHz
10 Mbps
9600 bps
OBSERVACIONES
- Apenas usados hoy en día.
- Interferencias, ruidos.
- Resistente a ruidos e interferencias
Cable coaxial
Fibra óptica
400 MHz
2 GHz
800 Mbps
2 Gbps
10 Mbps
100 Mbps
- Atenuación.
- Pequeño tamaño y peso, inmune a ruidos e
interferencias, atenuación pequeña.
- Caras. Manipulación complicada.
Microondas por
satelital
100 MHz
275 Gbps
Microondas
terrestres
50 GHz
500 Mbps
Láser
100 MHz
20 Mbps
- Se necesitan emisores/receptores.
- Corta distancia y atenuación fuerte.
- Difícil instalar.
- Poca atenuación.
- Requiere visibilidad directa emisor/
receptor.
Redes de comunicación, posibilidad de compartir con carácter universal la información
entre grupos de computadoras y sus usuarios; un componente vital de la era de la
información. La generalización del ordenador o computadora personal (PC) y de la red de
área local (LAN) durante la década de 1980 ha dado lugar a la posibilidad de acceder a
información en bases de datos remotas, cargar aplicaciones desde puntos de ultramar,
enviar mensajes a otros países y compartir ficheros, todo ello desde un ordenador
personal.
Las redes que permiten todo esto son equipos avanzados y complejos. Su eficacia se basa
en la confluencia de muy diversos componentes. El diseño e implantación de una red
mundial de ordenadores es uno de los grandes ‘milagros tecnológicos’ de las últimas
décadas.
CLASIFICACIÓN DE LAS REDES
Una primera clasificación de las redes puede hacerse teniendo en cuenta el espacio físico
por el que se encuentran distribuidas. De esta forma, puede hablarse de la siguiente
división:
Redes de área local (LAN): Es una red cuyos componentes se encuentran dentro de una
misma área limitada, como por ejemplo un edificio.
Red Metropolitana (MAN): Es una red que se extiende por varios edificios dentro de una
misma ciudad. Poseen un cableado especial de alta velocidad para conectarlas utilizando
la red establecida de telefónica.
Red de área extensa (WAN): Cuando se habla de una red de área extensa se está haciendo
referencia a una red que abarca diferentes ciudades e incluso diferentes países.
TIPOS DE CONFIGURACIONES DE RED
Básicamente existen tres tipos de configuraciones que engloban a todas las redes
existentes en el mercado, independientemente del fabricante.
Peer to peer (Punto a punto): Cada estación de trabajo puede compartir sus recursos con
otras estaciones de trabajo que están en la red.
Comparición de recursos: Con este método los recursos a compartir están centralizados
en uno o más servidores. En estos servidores está toda la información. Las estaciones de
trabajo no pueden compartir sus recursos.
Cliente/Servidor: En este tipo de redes, las aplicaciones se parten entre el servidor y las
estaciones de trabajo. En el Front End, la parte cliente de la aplicación acepta las
peticiones del usuario, las prepara para el servidor y espera una respuesta del mismo. En
el Back End, el servidor recibe la petición del cliente, la procesa y proporciona el servicio
deseado por el cliente. El cliente ahora presenta los datos u otro resultado al usuario a
través de su propia interfaz.
TIPOS DE REDES DE ÁREA LOCAL
Los tipos más comunes de redes de área local son: Ethernet, Token Ring, ArcNet.
ETHERNET
El sistema de texto Ethernet fue originalmente creado por Xerox, pero desarrollado
conjuntamente como una norma en 1.980 por Digital, Intel y Xerox. La norma 802.3 de
IEEE define una red similar, aunque ligeramente diferente que usa un formato alternativo
de trama. Ethernet presenta un rendimiento de 10 Mbits/seg. Y utiliza un método sensible
a la señal portadora mediante el cual las estaciones de trabajo comparten un cable de red,
pero sólo una de ellas puede utilizarlo en un momento dado. El método de acceso
múltiple con detección de portadora y detección de colisiones se utiliza para arbitrar el
acceso al cable.
Las redes Ethernet pueden ser cableadas con diferentes tipos de cable. Cada uno con sus
ventajas e inconvenientes. Las tres especificaciones más populares para Ethernet son las
siguientes:
Ethernet 10 Base-T: Ofrece la mayoría de las ventajas de Ethernet sin las restricciones
que impone el cable coaxial. Parte de esta especificación es compatible con otras normas
802.3 del IEEE de modo que es sencillo realizar una transición de un medio a otro. Es
posible mantener las mismas tarjetas Ethernet al pasar de un cable coaxial a cable de par
trenzado. Además pueden añadirse líneas troncales de par trenzado a las ya existentes
gracias a repetidores que admiten la conexión de líneas troncales de cable coaxial, fibra
óptica y par trenzado. Muchos fabricantes presentan este tipo de dispositivos en su línea
de productos Ethernet. La especificación 10 Base-T incluye una utilidad de verificación
de cableado denominada Verificación de integridad del enlace.
Ethernet 10 Base-2: Se utiliza cable coaxial fino que se manipula más fácilmente que el
grueso y no requiere transceptores en las estaciones. Este cable es más barato, aunque la
longitud máxima de la línea troncal es menor.
Ethernet 100 Base-X: Con el crecimiento del uso de la multimedia y el vídeo de alta
definición en tiempo real, además del correo electrónico que incorpora estos formatos,
existe una necesidad creciente de obtención de mayores anchos de banda en los equipos.
Los usuarios de aplicaciones de diseño asistidos por ordenador requieren siempre un alto
ancho de banda. 100 BASE-X mantiene el método de acceso CSMA/CD sobre cable de
par trenzado sin blindar de categoría 5. El comité 802.3.del IEEE es el responsable de
este desarrollo.
TOKEN RING
El anillo con testigo es la norma 802.5 del IEEE. Una red en anillo con paso de testigo se
puede configurar en una topología en estrella. IBM hizo posible la norma con la
comercialización de la primera red Token Ring a 4 Mbit/seg. a mediados de los 80.
Aunque la red físicamente aparece como una configuración en estrella, internamente, las
señales viajan alrededor de la red de una estación a la siguiente. Por tanto, la
configuración del cableado y la adición o supresión de un equipo debe asegurar que se
mantiene el anillo lógico. Las estaciones de trabajo se conectan a los concentradores
centrales llamados unidades de acceso multiestación (MAU). Para crear redes grandes se
conectan múltiples concentradores juntos. Las tarjetas de Token Ring de IBM están
disponibles en una versión a 4 Mbit/seg. y en otra a 16 Mbit/seg. Son comunes el cable de
par trenzado no apantallado y las MAUS con 16 puertos.
ARCNET
La red de computación de recursos conectados ARCNET es un sistema de red banda
base con paso de testigo que ofrece topologías flexibles de estrella y bus a un precio bajo.
Las velocidades de transmisión son de 2,5 Mbit/seg. y en ARCNET Plus de 20 Mbit/seg.
ARCNET proporciona una red robusta que no es tan susceptible a fallos como la
Ethernet de cable coaxial si el cable se suelta o se desconecta. Esto se debe
particularmente a su topología y a su baja velocidad de transferencia. Si el cable que une
una estación de trabajo a un concentrador se desconecta o se suelta, sólo dicha estación de
trabajo se va abajo, no la red entera. El protocolo de paso de testigo requiere que cada
transacción sea reconocida, de este modo no hay cambios virtuales de errores aunque el
rendimiento es mucho más bajo que en otros esquemas de conexión de red.
TOPOLOGÍA DE UNA RED
La topología de una red define únicamente la distribución del cable que interconecta los
diferentes ordenadores.
A la hora de instalar una red, es importante seleccionar la topología más adecuada a las
necesidades, teniendo en cuenta factores como la distribución de los equipos a
interconectar, tipo de aplicaciones que se van a ejecutar, inversión que se quiere hacer,
coste que se quiere dedicar al mantenimiento y actualización de la red, tráfico que debe
soportar la red, capacidad de expansión, entre otros.
Las topologías puras son tres: topología en bus, en estrella y en anillo. A partir de estas
tres se generan otras como son: anillo - estrella, bus - estrella, etc.
TOPOLOGÍA EN BUS
Consiste en un cable al que se conectan todos los nodos de la red. Un nodo es cualquier
estación de trabajo, Terminal, impresora o cualquier otro dispositivo que pueda ser
conectado a la red, ya sea de forma directa o indirecta (estando a disposición de la red al
pertenecer a un dispositivo ya conectado a ella).
Cuando se utiliza cable coaxial, aparecen unos elementos en los extremos del cable
denominados "terminadores", y cuyo aspecto es similar al de un tapón. Cada cual actúa
como una resistencia que refleja las señales del cable. Su misión es indicar a la red cuáles
son los extremos del bus.
La topología en bus resulta fácil de instalar y mantener, pero ofrece un problema bastante
importante. Esta dificultad consiste en que cuando el bus se abre (el cable se rompe, se
estropea una clavija, un mal contacto...), toda la red se cae y quedará completamente
inoperativa. Si la distancia que cubre el cable es pequeña, encontrar la avería resulta
relativamente fácil; sin embargo, si la distancia es grande y/o los nodos conectados a ella
son elevado, encontrar la avería puede llevar mucho tiempo, durante el cual, todo el
sistema quedará inutilizado.
TOPOLOGÍA EN ANILLO
Consiste en un cable en el que se juntan el origen con el extremo, formando un anillo
cerrado. A él se conectan los nodos de la red. No requiere de terminadores, ya que el
cable se cierra en sí mismo.
Esta topología ofrece el mismo problema que la topología en bus, es decir, si se abre el
anillo, la red queda inoperativa en su totalidad.
TOPOLOGÍA EN ESTRELLA
En este caso, cada nodo de la red se conecta a un punto central, formando una especie de
estrella. El punto es tan sólo un dispositivo de conexiones, o uno del mismo tipo más una
estación de trabajo. Dependiendo de sí el dispositivo central es pasivo (únicamente
serviría de centralizador de conexiones) o activo (centralizando las conexiones y
regenerando la señal que le llega), se tratará de una estrella pasiva ó activa. Este
dispositivo central se llama "concentrador" (o hub).
La principal ventaja que esta topología ofrece frente a las otras consiste en que cuando el
cable de un nodo se desconecta o rompe, dicho nodo es el único que queda desconectado
de la red, manteniéndose ésta operativa.
Se le llama protocolo de red o protocolo de comunicación al conjunto de reglas que
controlan la secuencia de mensajes que ocurren durante una comunicación entre entidades
que forman una red. En este contexto, las entidades de las cuales se habla son programas
de computadora o automatismos de otro tipo, tales y como dispositivos electrónicos
capaces de interactuar en una red.
PROTOCOLO DE REDES
Un Protocolo es una serie de reglas que indican a una Terminal cómo debe llevar a cabo
el proceso de comunicación. (fig. anterior)
Dos terminales que se comunican pueden tener una arquitectura y un sistema operativo
diferente que hace imposible una comunicación directa entre ambas. Debido a esto se han
desarrollado protocolos que estandarizan la forma en que dos terminales deben establecer
comunicación y lo hacen desde cuestiones físicas (por ejemplo tipo de cable, niveles de
voltaje, frecuencia, etc.) hasta cuestiones meramente de software (representación de
datos, compresión y codificación, entre otras cosas).
Ahora bien, dos elementos que intervienen en el proceso de comunicación lo forman el
paquete de información que la Terminal transmisora dirige a la Terminal receptora; este
paquete contiene entre otras cosas direcciones, información de usuario e información para
corrección de errores, requeridos para que alcance a la Terminal receptora. Además se
encuentra obviamente el protocolo de comunicación.
Los protocolos o normalizaciones son establecidos por organizaciones de reconocimiento
mundial, pro ejemplo la ISO, IEEE, ANSI, etc. Existen tres tipos de estandarizaciones.
6-a. Normas por imposición. Este tipo de normas son impuestas por una organización y
debe seguirse en estos terrenos para asegurar comunicación.
6-b. Normas por convención. Este tipo de normas son tomadas como tal bajo común
acuerdo de distintas organizaciones o grupos de usuarios; éstas fueron tomadas por
normas debido a su alto desempeño o que son las únicas en su tipo, sin embargo quien las
diseñó no intentaba que fueran una norma impuesta.
Protocolo OSI.
Este protocolo está basado en la arquitectura de redes estratificada, en ésta arquitectura el
proceso de comunicación se divide en etapas y a cada etapa le corresponde un protocolo
diferente, algunas etapas son implementadas en hardware y otras en software y otras en
una combinación de las dos.
El protocolo OSI es un protocolo basado en 7 niveles o capas y cada capa como está
mencionado anteriormente tiene definido un protocolo; éste protocolo está basado en el
supuesto de que una Terminal se organiza de tal forma que la comunicación fluye por
cada una de las siguientes capas:
La capa física se encuentra en el nivel 0, la capa de enlace de datos en el nivel 1, la capa
de transporte en el nivel 3, la de sesión en el 4, la de presentación en el 5 y la de
aplicación en el 6. Las capas inferiores como anteriormente mencionado están orientadas
al hardware y las capas superiores al software del usuario.
Función general de cada una de las capas del protocolo OSI.
Física: Capa del nivel más bajo, su protocolo consiste en transmitir la información a
través del medio según las especificaciones del hardware que tenga la red a la que
pertenece el nodo.
Enlace de datos: Con dos funciones primordiales:
le corresponde identificar de forma inequívoca a las terminales a las que se dirige un
paquete particular, así como las terminales en donde se origina éste paquete.
También se encarga de asegurar que la información dirigida a capas superiores esté libre
de errores.
Red: realiza una función muy similar a la capa de enlace de datos, es decir se asegura que
un paquete llegue a la Terminal destino, sólo que en esta ocasión la comunicación es a
nivel de interedes y no a nivel local.
La capa de red utiliza un paquete conocido como datagrama, este paquete que sólo tiene
significado para la capa de red contiene información a cerca de la red y del número de
Terminal en esa red, tanto de la Terminal origen como la Terminal destino.
Transporte: La información de usuario comúnmente tiene que ser acondicionada para que
pueda viajar por la red, en particular cuando el usuario desea manejar la información en
una cantidad mayor a la que la red puede manejar. Una red que maneja paquetes de
Kbytes cuando recibe información de usuario que excede la longitud del paquete entonces
éste debe seccionarse en partes, cada una con kbytes de longitud; a cada una de estas
partes se les denomina UDP (Unit Data Package) y cada UDP es ruteado por separado
hacia la Terminal destino. En la Terminal destino la capa de transporte se encarga de
anexar cada UDP en el orden requerido hasta formar el paquete dirigido a la placa de
aplicación; por lo tanto este es el trabajo que realiza la capa de transporte a demás de
otros como controlar los errores que se generan cuando un UDP se pierde, control de
flujo (que la Terminal transmisora no sobrecargue a la receptora), etc.
Sesión: Hay dos tipos de red desde el punto de vista de la capa de sesión:
Orientadas a conexión.
Redes
No orientadas a conexión.
Una red orientada a conexión envía todos los UDPs de la capa de transporte exactamente
por la misma ruta que conecta la Terminal origen con la Terminal destino; la ruta es
decidida por la capa de red y ésta se decide previo a la transmisión.
Redes No orientadas a conexión. En este tipo de redes cada paquete es ruteado por
separado hacia la Terminal destino, esto indica que pueden llegar en desorden y es tarea
de la capa de transporte re ordenarlos para que formen el paquete original.
Para asegurar la comunicación entre dos terminales se requiere de un proceso conocido
como "hand shaking" mediante el cual ambas terminales llevan a cabo un proceso de
reconocimiento de acceder a comunicación, términos de comunicación, inicio y
finalización de la transmisión.
Presentación: se encarga de formatear la información de usuario para que pueda ser
manipulada por la red de la mejor forma, esto significa que la información que viene de la
capa de aplicación debe comprimirse, encriptarse o simplemente traducirlo a otro formato
para facilitar el proceso de transmisión.
Aplicación: hace disponibles al usuario o a otras aplicaciones los servicios que la red le
ofrece, cada servicio se asocia a un puerto que no es otra cosa que un número que lo
referencia.
Entre otros servicios que la capa de aplicación ofrece a usuario se encuentran los
siguientes: correo electrónico, servicios de archivos (TFP), servicios de directorios,
Terminal emulada, etc.
Protocolo TCP/IP.
Éste protocolo fue diseñado a finales de los 60’s como el fundamento de la red
ARPANET que conectaba las computadoras de oficinas gubernamentales y universitarias.
Funciona bajo el concepto de cliente servidor, lo que significa que alguna computadora
pide los servicios de otra computadora; la primera es el cliente y la segunda el servidor.
ARPANET evolucionó para lo que ahora se conoce como INTERNET y con ello también
evolucionó el protocolo TCP/IP. Sin embargo la organización básica del protocolo sigue
siendo la misma, se organiza en sólo tres niveles: el de red, transporte y aplicación.
En comparación con el protocolo OSI la capa de red de TCP/IP equivale a la capa de red
de OSI. La capa de transporte de TCP/IP equivale a la capa de transporte de OSI y la capa
de aplicación de TCP/IP equivale a las capas de sesión, presentación y aplicación todas en
conjunto del protocolo OSI.
El protocolo TCP/IP no especifica nada a cerca del hardware de red por lo que las capas
de enlace de datos y físicas no existen.
Capa de Red de TCP/IP.
Se encargan de ruteo de información a través de una red de área amplia. Existen dos
protocolos en este nivel, uno de ellos conocido como IP (Internet Protocol) que es
probablemente el protocolo de ruteo más utilizado y trabaja bajo el principio de
direcciones enmascaradas; también existe una versión más simplificada de IP conocida
como ICMP que se encarga de rutear paquetes sin ningún esquema de seguridad pero a
mayor velocidad, se utiliza en particular para transmisión de e-mails.
Capa de Transporte.
La capa de Transporte de TCP/IP ofrece dos protocolos: TCP para redes orientadas a
conexiones y UDP para redes no orientadas a conexión. Un complementario a cerca de
las capas de transporte TCP y UDP es que a diferencia de OSI pueden trabajar a nivel
local sin necesidad de enrutamientos ni partición o segmentación de paquetes.
También es importante hacer notar que en el nivel capa de transporte no existe control de
flujo ni verificación de errores para administrar los paquetes que circula por la red. Sin
embargo, algunas implementaciones particulares del TCP/IP como la de Windows si
contempla esquemas de verificación de errores.
Capa de Aplicación para TCP/IP.
Los servicios de aplicación de TCP/IP son idénticos a los de OSI pero incorporan
características que en el protocolo de OSI corresponden a las capas de presentación y de
sesión. Entre ellos se encuentran los siguientes:
Telnet: servicio de Terminal remota para permitir a un usuario remoto acceder a los
servicios de un servidor como si tuviera conexión directa.
FTP: protocolo para transferencia de archivos y servicios de directorio entre terminales
remotas.
SMTP: protocolo para correo electrónico.
Kerberos: protocolo que ofrece servicios de encriptación y codificación de información y
otros esquemas de seguridad para aplicaciones de usuario.
TNS: este protocolo permite mapear las direcciones lógicas de una Terminal a un nombre
simbólico más fácilmente identificable pro los usuarios de la red. Ese servicio a su vez es
utilizado por otros servicios como el de correo electrónico y FTP.
Todos estos servicios están basados en TCP a nivel capa de transporte y aunque son más
simples se usar no son tan seguros, entre ellos están:
RCP: éste protocolo se utiliza para que los programas de usuario estén accesibles a otros
usuarios en la red ofreciendo a estos últimos una interfaz con el primero.
TFTP: idéntico a ftp pero sin verificación de errores.
Existe además un servicio orientado a los administradores de red, conocido como SNMP
que permite monitorear a las terminales en red, a los usuarios, a los servicios y finalmente
a los recursos existentes en la red.
TEORÍA DE COLAS
Las "colas" son un aspecto de la vida moderna que nos encontramos continuamente en
nuestras actividades diarias. En el contador de un supermercado, accediendo a Internet,...
el fenómeno de las colas surge cuando unos recursos compartidos necesitan ser accedidos
para dar servicio a un elevado número de trabajos o clientes.
El estudio de las colas es importante porque proporciona tanto una base teórica del tipo de
servicio que podemos esperar de un determinado recurso, como la forma en la cual dicho
recurso puede ser diseñado para proporcionar un determinado grado de servicio a sus
clientes.
Debido a lo comentado anteriormente, se plantea como algo muy útil el desarrollo de una
herramienta que sea capaz de dar una respuesta sobre las características que tiene un
determinado modelo de colas.
Resumen del Proceso de Poisson
Se define “P(k,t)” como la probabilidad de exactamente “k” llegadas en un intervalo de
tiempo de longitud “t” [7, Deitel].
Un proceso es de Poisson si y solo si:
t:
P(k,t) =
t
tasa promedio de llegadas).
1t para k = 0.
0 para k > 1.
Cualesquiera eventos definidos para tener lugar en intervalos de tiempo no superpuestos
son mutuamente independientes.
Un proceso también es de Poisson si los tiempos entre llegadas sucesivas (tiempos entre
llegadas de primer orden):
Son variables aleatorias exponenciales.
Idénticamente distribuidas.
Si la variable aleatoria “k” indica el número de llegadas:
La probabilidad de, exactamente, “k” llegadas en un intervalo de longitud “t” es:
P(k; t) = [( t)k e- t]/k!; t
0; k = 0; 1; 2; ....
El valor esperado o valor medio de “k” es:
La varianza de “k” es:
2
k)
La suma de dos variables de Poisson aleatorias independientes “x”e “y” también
describen un proceso de Poisson:
Los valores esperados son:
2
2t.
1
1t.
La probabilidad de “k” llegadas en el tiempo “t” es:
P(k; t) = [(
P(k; t) = [(
P(k; t) = [(
P(k; t) = [(
k -( 1t+ 2t)
+
]/k!; t 0; k = 0; 1; 2; ....
2) e
k -( 1 + 2)
]/k!:
1+
2) e
k - s
e
]/k!;
=
s
s
1+
2:
k - st
]/k!; s = 1 +
st) e
2
1
La suma de “n” procesos de Poisson independientes resulta en un proceso de Poisson
con una tasa de llegada:
n
i =1
i
Para un
se puede formar un nuevo
proceso de Poisson utilizando borradas aleatorias independientes:
Cada llegada al proceso original:
Se acepta al nuevo proceso con probabilidad “P”.
Se rechaza con probabilidad “1 - P”.
La tasa de llegada del nuevo proceso derivado es
[7, Deitel].
La generalización para la descomposición de un proceso de Poisson en “n” procesos
derivados independientes, cada uno con una probabilidad asociada “ pi” resulta:
n = pn
n
i = 1 pi = 1.
n
n
n
i =1 i
i = 1 pi
i = 1 pi
En un proceso de Poisson:
La probabilidad de que no haya llegadas en un intervalo de longitud “t” es:
-
]/0! = e- .
La probabilidad de una o más llegadas en un intervalo de longitud “t” es:
1 - P(0; t) = 1 - e- .
La función de densidad de probabilidad para el tiempo entre llegadas de primer orden
(tiempo hasta la primera llegada) es:
ft
El valor esperado “t” es:
La varianza es:
2
t
La función de densidad de probabilidad para el tiempo entre llegadas de orden r-ésimo
(tiempo hasta la r-ésima llegada) es:
ft(t) = ( rtr-1e- t) / (r - 1)!; (t
0; r = 1; 2; ...).
El valor esperado “t” es:
La desviación estándar es:
2
t
Las instalaciones de servicio pueden proporcionar tiempos de servicio exponenciales:
La probabilidad de que el tiempo de servicio sea menor o igual a “t” es:
- eLa
El ti
La función de densidad de probabilidad para el tiempo de servicio “t” es:
ft
-
La media del tiempo de servicio es:
La varianza es
2
”.
Un servidor que opera de esta manera se denomina servidor exponencial.
Análisis de un Sistema de Colas M/M/1
Las fórmulas de estado para el sistema de colas M/M/c son las siguientes [7, Deitel]:
Intensidad de tráfico:
u=
Utilización del servidor:
Probabilidad de que todos los servidores estén en uso, por lo que un cliente que llega
debe esperar:
C(c,u) = [(uc )/c!] / [[(uc )/c!]+(1 -
n=0
c-1
[un /n!]]].
Tiempo promedio en la cola:
Wq = [C(c,u)E(s)] / [c(1 Tiempo promedio en el sistema:
W = Wq + E(s).
Percentil 90 de tiempo de espera en la cola:
q(90)
= {[E(s)] / [c(c -
Las fórmulas de estado para el sistema de colas M/M/1 son las siguientes:
Se deducen de las anteriores:
C(c,u) = = E(s).
Wq = [ E(s)] / (1 - ).
W = E(s) / (1 - ).
q
Seguidamente se detalla un ejemplo para el análisis:
Los operadores de una empresa precisan usar un equipo especial.
La empresa opera las 24 hs. del día.
Los 48 operadores (como promedio) necesitan usar el equipo una vez al día.
Los operadores llegan al equipo en forma aleatoria (llegadas de Poisson).
El tiempo que cada operador utiliza el equipo es exponencial y como promedio es de 20
minutos.
Utilizando un sistema de colas m/m/1 para modelar el uso del equipo especial del ejemplo
se obtiene:
Utilización del equipo:
u=
Tiempo promedio de espera de un operador antes de usar el equipo:
Wq
-
Tiempo total que un operador utiliza el equipo:
W = Wq + E(s) = 40 min. + 20 min. = 60 minutos.
Percentil 90 de tiempo de espera en la cola:
q
= 60 ln (6,667) = 113,826 minutos:
Un 10 % de los operadores (unos 5 por día) sufre prolongadas esperas de casi 2 horas.
Según el resultado de Little:
Tasa de llegada de operadores al equipo:
= 48 / 24 (60) = 1 / 30 operadores por minuto.
Operadores en espera:
Lq = (1 / 30) . 40 = 1,33 operadores en espera.
Operadores en el sistema:
L = (1 / 30) . 60 = 2 operadores en el cuarto del equipo.
Conclusión:
Un solo equipo no es suficiente para hacer frente a las necesidades de los operadores sin
provocar esperas excesivas.
ATM("Asynchronous Transfer Mode")
Las redes basadas en ATM están teniendo un creciente interés para las aplicaciones, tanto
LAN como WAN. Ya hay algunos productos disponibles para construir una red física
ATM propia. La arquitectura ATM es nueva y distinta de las arquitecturas LAN estándar.
Por este motivo, son necesarios cambios para que los productos LAN tradicionales
funcionen en entornos ATM. En el caso de TCP/IP, el principal cambio está en la interfaz
de red para que soporte ATM.
Existen ya varios enfoques del problema, dos de los cuales son importantes para el
transporte del tráfico TCP/IP. Se describen en IP clásico sobre ATM y Emulación LAN
con ATM. También se comparan en IP clásico sobre ATM versus emulación LAN.
GLOSARIO
Alambre, filamento o barra fina de un metal flexible que tiene una sección
uniforme. Los metales que suelen utilizarse para hacer alambres son cobre,
aluminio, acero, latón, hierro, oro, plata y platino.
Amplitud es la característica de las ondas sonoras que percibimos como
volumen. La amplitud es la máxima distancia que un punto del medio en que
se propaga la onda se desplaza de la posición de equilibrio; esta distancia
corresponde al grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda
sonora. Al aumentar su movimiento, golpean el tímpano con una fuerza
mayor, por lo que el oído percibe un sonido más fuerte. Un tono con
amplitudes baja, media y alta demuestra el cambio del sonido resultante.
Automatización, sistema de fabricación diseñado con el fin de usar la
capacidad de las máquinas para llevar a cabo determinadas tareas
anteriormente efectuadas por seres humanos, y para controlar la secuencia de
las operaciones sin intervención humana.
Campo magnético, región del espacio donde se ponen de manifiesto los
fenómenos magnéticos. Se representa por el vector B, inducción magnética.
Cibernética, ciencia interdisciplinar que trata de los sistemas de
comunicación y control en los organismos vivos, las máquinas y las
organizaciones. El término cibernética, que proviene del griego kybernēeēs
(‘timonel’ o ‘gobernador’), fue aplicado por primera vez en 1948 por el
matemático estadounidense Norbert Wiener a la teoría de los mecanismos de
control.
Circuito integrado, pequeño circuito electrónico utilizado para realizar una
función electrónica específica, como la amplificación. Se combina por lo
general con otros componentes para formar un sistema más complejo y se
fabrica mediante la difusión de impurezas en silicio monocristalino, que
sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con
un haz de flujo de electrones.
Conductor eléctrico, cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo
de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal
conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que
todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un
buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una
conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como
el vidrio o la mica. El fenómeno conocido como superconductividad se
produce cuando al enfriar ciertas sustancias a una temperatura cercana al
cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los
conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento
de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.
Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia
posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación
con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee
energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda.
Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe
de la materia cuando emite radiación.
Ethernet, en informática, especificación de red de área local (LAN)
desarrollada en 1976 por Xerox, en cooperación con DEC e Intel,
originalmente para conectar los mini ordenadores del Palo Alto Research
Center (EEUU). Se trata de una red muy difundida, de la cual se derivó la
norma (o estándar) IEEE 802.3 para redes de conexión.
Gateway, conjunto de hardware y software que conecta redes que utilizan
protocolos de comunicación diferentes, o que transmite datos por una red
entre dos aplicaciones no compatibles. El gateway cambia el formato de los
datos de manera que los pueda entender la aplicación que los recibe. El
término se suele usar para describir cualquier computadora que transmite
datos de una red a otra, pero esta acepción, técnicamente, no es correcta.
Hardware, equipo utilizado para el funcionamiento de una computadora. El
hardware se refiere a los componentes materiales de un sistema informático.
La función de estos componentes suele dividirse en tres categorías
principales: entrada, salida y almacenamiento. Los componentes de esas
categorías están conectados a través de un conjunto de cables o circuitos
llamado bus con la unidad central de proceso (CPU) del ordenador, el
microprocesador que controla la computadora y le proporciona capacidad de
cálculo.
Informática o Computación, conjunto de conocimientos científicos y de
técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por
medio de computadoras. La informática combina los aspectos teóricos y
prácticos de la ingeniería, electrónica, teoría de la información, matemáticas,
lógica y comportamiento humano. Los aspectos de la informática cubren
desde la programación y la arquitectura informática hasta la inteligencia
artificial y la robótica.
Inteligencia artificial, término que, en su sentido más amplio, indicaría la
capacidad de un artefacto de realizar los mismos tipos de funciones que
caracterizan al pensamiento humano. La posibilidad de desarrollar un
artefacto así ha despertado la curiosidad del ser humano desde la antigüedad;
sin embargo, no fue hasta la segunda mitad del siglo XX, cuando esa
posibilidad se materializó en herramientas tangibles.
Intensidad de corriente, magnitud fundamental del Sistema Internacional
de unidades que representa la carga que circula por unidad de tiempo a
través de una sección determinada de un conductor. Su símbolo es I, y se
mide en amperios (A).
Interfaz, punto en el que se establece una conexión entre dos elementos, que
les permite trabajar juntos. La interfaz es el medio que permite la interacción
entre esos elementos. En el campo de la informática se distinguen diversos
tipos de interfaces que actúan a diversos niveles, desde las interfaces
claramente visibles, que permiten a las personas comunicarse con los
programas, hasta las imprescindibles interfaces hardware, a menudo
invisibles, que conectan entre sí los dispositivos y componentes dentro de los
ordenadores o computadoras.
Internet, interconexión de redes informáticas que permite a los ordenadores
o computadoras conectadas comunicarse directamente, es decir, cada
ordenador de la red puede conectarse a cualquier otro ordenador de la red. El
término suele referirse a una interconexión en particular, de carácter
planetario y abierto al público, que conecta redes informáticas de organismos
oficiales, educativos y empresariales. También existen sistemas de redes más
pequeños llamados intranets, generalmente para el uso de una única
organización, que obedecen a la misma filosofía de interconexión.
Magnetismo, uno de los aspectos del electromagnetismo, que es una de las
fuerzas fundamentales de la naturaleza. Las fuerzas magnéticas son
producidas por el movimiento de partículas cargadas, como por ejemplo
electrones, lo que indica la estrecha relación entre la electricidad y el
magnetismo. El marco que aúna ambas fuerzas se denomina teoría
electromagnética (véase Radiación electromagnética).
Microondas, ondas electromagnéticas de radio situadas entre los rayos
infrarrojos (cuya frecuencia es mayor) y las ondas de radio convencionales.
Su longitud de onda va aproximadamente desde 1 mm hasta 30 cm.
Módem, inicialmente del término inglés MODEM, es un acrónimo de
‘modulador/demodulador’. Se trata de un equipo, externo o interno (tarjeta
módem), utilizado para la comunicación de computadoras a través de líneas
analógicas de transmisión de voz y/o datos.
Ordenador o Computadora, dispositivo electrónico capaz de recibir un
conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos
numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información.
Paralelo, en informática, se refiere al proceso o transferencia de datos de
forma simultánea, en oposición al proceso o transferencia en serie. En la
transferencia de datos en paralelo, la información se envía simultáneamente
en grupos. Por ejemplo, los ocho bits de un byte de datos se transmiten a la
vez, a través de ocho hilos independientes de un cable. En el proceso en
paralelo y en otras operaciones similares se realiza más de un proceso a la
vez. Por ejemplo, varios microprocesadores de un solo ordenador o
computadora pueden estar manejando diferentes aspectos de un proceso
(tales como un cálculo complicado) al mismo tiempo.
PCI, en informática, acrónimo de Peripheral Component Interconnect,
especificación creada por Intel para la conexión de periféricos a
computadoras personales. Permite la conexión de hasta 10 periféricos por
medio de tarjetas de expansión conectadas a un bus local. La especificación
PCI puede intercambiar información con la CPU a 32 o 64 bits dependiendo
del tipo de implementación. El bus está multiplexado y puede utilizar una
técnica denominada bus mastering, que permite altas velocidades de
transferencia. Otra ventaja del PCI bus local consiste en que puede coexistir
en el mismo equipo con buses de tipo ISA, EISA o MCA.
Protocolo de intercambio, en informática, como en las relaciones humanas,
señal mediante la cual se reconoce que puede tener lugar la comunicación o
la transferencia de información.
Radiación, proceso de transmisión de ondas o partículas a través del espacio
o de algún medio; el término también se emplea para las propias ondas o
partículas. Las ondas y las partículas tienen muchas características comunes;
no obstante, la radiación suele producirse predominantemente en una de las
dos formas.
Red, conjunto de técnicas, conexiones físicas y programas informáticos
empleados para conectar dos o más computadoras. Los usuarios de una red
pueden compartir ficheros, impresoras y otros recursos, enviar mensajes
electrónicos y ejecutar programas en otros ordenadores.
Resistencia, propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u
oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito
eléctrico determina —según la llamada ley de Ohm— cuánta corriente fluye
en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado.
Ruido, en física, señal acústica, eléctrica o electrónica formada por una
mezcla aleatoria de longitudes de onda. En teoría de la información, el
término ruido designa una señal que no contiene información. En acústica, el
llamado ruido blanco está formado por todas las frecuencias audibles, igual
que la luz blanca está formada por todas las frecuencias visibles. El ruido
también es una noción subjetiva aplicada a cualquier sonido no deseado. La
contaminación acústica debida al ruido es un grave problema
medioambiental, sobre todo si se considera que los niveles de sonido
superiores a una determinada intensidad pueden causar daños físicos.
Serie (informática), en informática, y en lo referente a la transferencia de
datos, la transmisión en serie consiste en el envío de información de bit en
bit a través de un único cable. En otros campos de la informática, el acceso
en serie (o secuencial) hace referencia a la búsqueda de información en
función de la posición del último elemento encontrado. Un ordenador o
computadora en serie es el que posee una unidad aritmética sencilla en la
cual la suma en serie es un cálculo dígito a dígito (al contrario que en la
suma en paralelo, en la que todos los dígitos se suman a la vez).
Software, programas de computadoras. Son las instrucciones responsables
de que el hardware (la máquina) realice su tarea. Como concepto general, el
software puede dividirse en varias categorías basadas en el tipo de trabajo
realizado. Las dos categorías primarias de software son los sistemas
operativos (software del sistema), que controlan los trabajos del ordenador o
computadora, y el software de aplicación, que dirige las distintas tareas para
las que se utilizan las computadoras.
Tecnología, término general que se aplica al proceso a través del cual los
seres humanos diseñan herramientas y máquinas para incrementar su control
y su comprensión del entorno material. El término proviene de las palabras
griegas tecné, que significa 'arte' u 'oficio', y logos, 'conocimiento' o 'ciencia',
área de estudio; por tanto, la tecnología es el estudio o ciencia de los oficios.
Telecomunicación, transmisión de palabras, sonidos, imágenes o datos en
forma de impulsos o señales electrónicas o electromagnéticas. Los medios de
transmisión incluyen el teléfono (por cable óptico o normal), la radio, la
televisión, las microondas y los satélites. En la transmisión de datos, el
sector de las telecomunicaciones de crecimiento más rápido, los datos
digitalizados se transmiten por cable o por radio.
Terminal, en informática, dispositivo de entrada/salida para un ordenador o
computadora; habitualmente está formado por un monitor y un teclado. Un
terminal no hace prácticamente ningún procesamiento por sí solo, sino que
está conectado a una computadora con un enlace de comunicaciones a través
de un cable. La entrada a través del teclado se envía desde el terminal a la
computadora, y la salida de vídeo se envía desde la computadora al terminal.
Otros ejemplos de terminales utilizan para la entrada un escáner o una
cámara de vídeo y para la salida, una impresora. Los terminales se usan
sobre todo en sistemas multiusuario y no se utilizan hoy día en
computadoras personales de un solo usuario.
Transformador, dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable
situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más
circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre
las bobinas.
Transistor, en electrónica, denominación común para un grupo de
componentes electrónicos utilizados como amplificadores u osciladores en
sistemas de comunicaciones, control y computación.
BIBLIOGRAFIA
www.google.com.mx
www.altavista.com
www.wikipedia.com
Enciclopedia Encarta 2001