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Transmision de datos

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Curso 2004/2005
ARC1
Tema 3
Transmisión de datos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
Despacho G1.47 – 1ª planta L3
http://www.dte.us.es/personal/mcromero
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Índice
„
„
Introducción
Conceptos básicos y terminología
„
„
„
„
„
„
„
„
Definiciones
Clasificación de las transmisiones
Representación de señales
Perturbaciones en la transmisión
Medios de transmisión
Transmisión de datos
Multiplexación
Interfaz RS-232
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
2
Introducción
„
La energía para transmitir datos puede ser eléctrica, ondas de radio, luminosa, etc
„
„
„
Transmisor necesita:
„
„
„
Cada tipo tendrá sus propiedades y requisitos de transmisión
Podrá utilizar diferentes medios físicos de transmisión (cobre, aire, vidrio...)
Hardware especial para transformar datos en energía
Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado
Receptor necesita:
„
„
Hardware especial para transformar energía en datos
Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado
DATOS
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
Transmisor
Medios de Tx
Receptor
DATOS
3
Conceptos básicos y terminología
„
Canal: medio de transmisión al que se le acoplan un transmisor y un receptor y,
por tanto, tiene asociado un sentido de transmisión
„
„
„
„
„
„
„
„
Analógico: información suministrada al transmisor es analógica
Digital: información suministrada al transmisor es digital
El tipo de canal lo imponen los equipos, no el medio
Circuito: canal en cada sentido de transmisión
Enlace: circuito con controladores de los equipos terminales de datos (camino de
transmisión entre Txor y Rxor)
Enlace directo: enlace en el que la señal se propaga sin usar dispositivos
intermedios que no sean amplificadores o repetidores
Configuración o enlace punto a punto: enlace directo entre dos dispositivos que
comparten un medio de transmisión
Configuración multipunto: el medio es compartido por más de 2 dispositivos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
4
Conceptos básicos y terminología
„
Símbolo o elemento de señalización:
„
Aquella parte de la señal que ocupa el intervalo más corto correspondiente a un
código de señalización.
„
„
„
Velocidad en símbolos (Vs) o velocidad de modulación (Vm):
„
„
„
„
„
Digital: un pulso de tensión de amplitud constante
Analógico: un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantes
Es el número máximo de símbolos que se pueden transmitir en un segundo.
Se calcula como: nº símbolos/1seg
Se mide en baudios.
Se asocia a la línea de transmisión.
Velocidad de transmisión serie o régimen binario (Vt o R):
„
„
„
„
Es el número máximo de elementos binarios que pueden transmitirse por unidad de
tiempo.
Se calcula como: nº de bits en un periodo/periodo
Se mide en bps (bit/s).
Se asocia al circuito de datos.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
5
Conceptos básicos y terminología
Unidades de medida
103
Kilobits (Kb)
106
Megabits (Mb) 1.000.000 bits
109
Gibabits (Gb)
1.000.000.000 bits
1012
Terabits (Tb)
1.000.000.000.000 bits
1015
Petabits (Pb)
1.000.000.000.000.000 bits
1018
Exabits (Eb)
1.000.000.000.000.000.000 bits
1021
Zettabits (Zb)
1.000.000.000.000.000.000.000 bits
1024
Yottabits (Yb)
1.000.000.000.000.000.000.000.000 bits
María del Carmen Romero Ternero
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1.000 bits
6
Clasificación de las transmisiones
„
Según el sentido de la transmisión:
„
Símplex (simple)
A
„
Half-duplex (semi-dúplex)
A
„
B
B
Full-duplex (dúplex)
A
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B
7
Clasificación de las transmisiones (II)
Bus
Paralela
E/S paralela
Asíncrona
(2 relojes)
Txor
Rxor
Heterosincronizada
(2 líneas: datos y reloj)
Tipos de
comunicaciones
Txor
Serie
Síncrona
(1 solo reloj)
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Rxor
Autosincronizada
(1 línea: datos+reloj)
Txor
Orientada al carácter
Orientada al bit
Orientada al carácter
Rxor
8
Transmisión paralela
„
„
„
Todos los bits de un dato se transmiten a la vez
Son necesarias tantas líneas como nº de bits contenga el dato a Tx
Tipos:
„
Bus
„
„
„
„
„
„
Líneas de direcciones, datos, control y alimentación
Reglas estrictas de comunicaciones
Elementos muy acoplados (CPU y memoria)
Distancias muy pequeñas (típicamente <1m)
Ejemplo: bus de datos entre CPU y memoria
E/S paralela
„
„
„
„
Menor número de líneas
Menor dependencia entre elementos
Cable plano o manguera multiconductora
Ejemplo: impresora
María del Carmen Romero Ternero
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9
Transmisión serie
„
„
„
Se transmiten los bits secuencialmente
Problema: cómo reconoce el receptor que tiene un bit válido para leer Ö es
necesario conocer el reloj con el que se generó la secuencia de bits
Tipos:
„
„
Asíncrona
Síncrona
María del Carmen Romero Ternero
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10
Transmisión serie asíncrona
„
„
„
„
Sólo se transmiten los datos; Txor y Rxor tienen su propio reloj
La señal permanece a 1 mientras no se transmite
Se delimita el envío de 1 carácter (5-10bits) con 1 bit de comienzo (START) y 1 ,
1.5 ó 2 bits de parada (STOP)
Txor y Rxor deben estar de acuerdo previamente
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
11
Transmisión serie síncrona
„
La señal de reloj debe transmitirse:
„
„
„
„
Txor
Rxor
En una línea separada (heterosincronizada)
Codificando dicha señal con los datos que se Tx (autosincronizada)
Txor
Rxor
Los datos se delimitan por una serie de caracteres o bits
Puede ser:
„
Orientada al carácter: se trata el bloque de datos como una secuencia de caracteres
(8 bits)
carácter
Emisor
„
...
...
...
Receptor
Orientada al bit: se trata el bloque de datos como una secuencia de bits (flag de inicio
de bloque-datos-flag fin de bloque)
Flag inicio bloque Flag fin bloque
Emisor
...
...
Datos
María del Carmen Romero Ternero
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Flag inicio bloque Flag fin bloque
...
Receptor
Datos
12
Transmisión serie vs. paralela
„
Ventajas de la transmisión serie:
„
„
„
Número de líneas bastante menor
Menor coste, sobre todo cuando aumentan las distancias
Ventajas de la transmisión paralela:
„
„
Mayor velocidad
Mayor simplicidad
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
13
Representación de señales
„
Una misma señal puede ser representada de 2 formas:
„
„
„
„
En el dominio del tiempo s(t) Ö representación cartesiana
En el dominio de la frecuencia S(f) Ö representación espectral
Ambas representaciones implican una misma realidad física.
Todas las señales son funciones reales y, por tanto, las transiciones
son continuas en el tiempo (aunque puedan ser muy rápidas).
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
14
Representación de señales. Ejemplos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
15
Análisis de Fourier
„
Cualquier señal está constituida por componentes
sinusoidales de distintas frecuencias:
„
Señales periódicas (suma finita):
s(t)=C0+C1sin(2πf1t+ϕ1)+ C2sin(2πf2t+ϕ2)+...+ Cnsin(2πfnt+ϕn)
„
Señales no periódicas (suma infinita):
S(f)=∫s(t)e-j2 π ftdt
„
S(f)=∫s(t)ej2π ftdt
Cuantos más sumandos se consideren, más se parecerá
la señal s(t) a la señal que queremos representar.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
16
Análisis de Fourier. Ejemplo
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
17
Espectro y ancho de banda
„
Espectro de frecuencias (frecuency spectrum)
„
„
Ancho de banda absoluto
„
„
„
Conjunto de frecuencias que constituyen una determinada señal
Anchura del espectro de frecuencias completo
Se mide en Hz (hercios) o s-1
Ancho de banda relativo
„
„
Anchura del espectro de frecuencias donde se concentra la mayor parte de la
energía de la señal
Amplitud (V)
-1
Se mide en Hz (hercios) o s
Ancho de banda absoluto
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
Frecuencia (Hz)
Ancho de
banda relativo
18
Ancho de banda y canal
„
„
Se puede hacer una representación espectral de la señal
a transmitir y del canal por donde se va a transmitir
Si ambos espectros coinciden, la señal se puede transmitir
tal cual por ese canal, si no coinciden, hay que transformar
(modular) la señal antes de transmitirla
Canal telefónico
300
3400
Hz
Hz
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
19
Relación entre Vt y AB del canal
„
Supongamos la señal
correspondiente a la secuencia
1010101...
Su desarrollo en serie de
Fourier es:
„
Σ
K=1
K impar
0
Tiempo
-A
∞
s(t)= A x 4 x
π
A
Amplitud de la señal
„
periodo=T=1/f1
sen(2πkf1t)
k
Limitando el ancho de banda a
las 4 primeras componentes:
(4/π) [sen(2πf1t)+(1/3)sen(2 π(3f1)t)+ (1/5)sen(2 π(5f1)t) + (1/7)sen(2 π(7f1)t)]
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
20
Relación entre Vt y AB del canal (II)
„
„
„
Vt para el caso de esa señal cuadrada: Vt = 2/T = 2 f1 bps
Si f1 = 1 MHz:
Amplitud (V)
„
Æ necesitamos AB = 6 MHz en el canal
„
Æ Vt = 2 Mbps
Si f1 = 2 MHz:
1
„
Æ necesitamos un AB = 12 MHz en el canal
„
Æ Vt sería de 4 Mbps
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
6
5
7
9 11 13
Frecuencia (MHz)
AB efectivo
4 componentes espectrales
(f1=1MHz)
Amplitud (V)
2
3
10
14
AB efectivo
4 componentes espectrales
(f1=2MHz)
18
22
26
Frecuencia
(MHz)
21
Relación entre Vt y AB del canal (III)
„
Suponemos que ABcanal = 12MHz, podemos (a) o (b):
„
(a) Mantener la velocidad de transmisión:
„
„
„
„
Se mantiene la frecuencia de la señal (f1)
Por el canal cabrían 7 armónicos en vez de 4
Misma velocidad y mayor ancho de banda Æ mayor calidad de la señal
(b) mantener la calidad de la señal:
„
„
„
Se mantiene el nº de ármonicos
Se aumenta la frecuencia de la señal (f1)
Misma calidad y mayor ancho de banda Æ mayor Vt
Cuanto mayor es el ABcanal, mayor puede ser la Vt de la señal
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22
Relación entre Vt y AB del canal (IV)
Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0
Pulsos antes de ser transmitidos:
Razón de bits: 2000 bps
Pulsos después de la transmisión:
Ancho de banda 500 Hz
Ancho de banda 900 Hz
Ancho de banda 1300 Hz
Ancho de banda 1700 Hz
Ancho de banda 2500 Hz
Ancho de banda 4000 Hz
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
23
Relación Vs - AB y Vs - Vt
„
Se ha demostrado que:
„
Vs = N x AB [baudios]
„
„
„
„
„
Si al codificar la información en una señal analógica 1 símbolo
representa a n bits, podemos decir que:
„
„
„
donde N es una constante que puede variar entre:
(peor caso) 1 ≤ N ≤ 2 (mejor caso)
AB es el ancho de banda del canal
En el caso ideal Vs = 2 x AB
Como regla práctica Vs = AB
Vt = n x Vs [bps]
Vs está limitada por el AB del canal, pero no la Vt
Vt está limitada por el ruido del canal (Shannon)
María del Carmen Romero Ternero
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24
Perturbaciones en la transmisión
„
„
Las señales son alteradas durante la transmisión.
Estas alteraciones provocan:
„
„
„
Degradación de calidad en señales analógicas.
Errores en señales digitales.
Las perturbaciones más significativas son:
„
„
„
„
„
Atenuación
Distorsión de retardo
Desvanecimiento o fading
Rebotes en los cables o ecos
Ruidos:
„
„
„
„
Diafonía
Térmico
De intermodulación
Impulsivo
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25
Unidad de medida de potencia
„
„
Decibelio: unidad logarítmica que expresa la relación
entre dos magnitudes (medida relativa):
dB’s = 10 log P1/P2
Se justifica:
„
„
Debido a que la energía decae de forma logarítmica
Las ganancias y pérdidas se pueden calcular con sumas y
restas
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
26
Atenuación
„
Pérdida de potencia de la señal a medida que se propaga por el medio, causada
por las características físicas del medio.
AdB= 10 log
„
„
„
PTx
AdB= 20 log
ARx
ATx
AdB < 0 si se atenúa
AdB > 0 si se amplifica
Medios guiados: pérdida de energía logarítmica (dB/Km).
Medios no guiados: función de las condiciones atmosféricas.
Se utilizan amplificadores o repetidores, de modo que:
„
„
„
PRx
La señal tenga suficiente potencia para que el receptor la detecte e interprete
adecuadamente.
La señal conserve un nivel suficientemente mayor que el ruido para ser recibida sin
error.
No todas las componentes espectrales se atenúan igual pero, en general, existe
una frecuencia de corte a partir de la cual:
„
„
Las frecuencias inferiores no presentan distorsión lineal de amplitud ni fase
Las frecuencias superiores se atenúan muy rápidamente
María del Carmen Romero Ternero
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27
Distorsión de retardo
„
„
„
„
Propia de los medios guiados
Se debe a que la velocidad de propagación no es la
misma para todas las frecuencias Æ algunos armónicos
llegan retrasados respecto a otros
Provoca interferencia entre símbolos
Depende del medio y de la anchura de los pulsos
„
„
Cuanto más pequeños sean los pulsos, se consigue más
velocidad de transmisión, pero el efecto de la distorsión puede
ser más grave
Se soluciona con técnicas de ecualización
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
28
Desvanecimiento o fading
„
„
Propio de las transmisiones por radio
Se refiere a la disminución del cociente señal/ruido
SNRdB= 10 log
Potenciaseñal
Potenciaruido
= 10 log
S
N
SNRdB= 20 log
Amplitudseñal
Amplitudruido
SNR = Signal-to-Noise Ratio
„
„
Generalmente se restablece en el Rxor con un control
automático de ganancia, a menos que la relación sea tan
pequeña que no se pueda restablecer la señal
Es causada por condiciones atmosféricas
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
29
Rebotes en los cables o ecos
„
„
Se produce cuando en un circuito se produce un cambio en las
características eléctricas de los conductores y parte de la onda
transmitida se refleja, interfiriendo con la señal que viene en sentido
contrario o incluso con ella misma después de varias reflexiones
Solución: supresores de eco, que adaptan la impedancia del cable
para que absorba la energía (resistencias conectadas a extremos
del cable)
1er eco
Txor
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2º eco
Rxor
30
Ruido térmico
„
„
„
„
Depende de la temperatura
Producido por el movimiento de los electrones en la línea de transmisión
Distribución uniforme en frecuencia (ruido blanco)
No se puede eliminar:
„
„
„
„
„
Limita las prestaciones
Es responsable de errores de bits aislados
Su potencia es proporcional a la temperatura
Densidad de potencia de ruido:
N0 = kT w/Hz
– K: Constante de Boltzmann = 1,3803 10-23 Julios/ºk
– T: Temperatura en grados kelvin
Por tanto, el ruido térmico presente en un ancho de banda B Hz:
N (w) = kTB
N (dbw) = 10 log k + 10 log T + 10 log B = -228,6 dbw + 10 log T + 10 log B
María del Carmen Romero Ternero
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31
Otros ruidos
„
„
Diafonía: acoplamiento eléctrico no deseado entre señales en un medio de
transmisión, debido a la inducción electromagnética.
Ruido de intermodulación: producido cuando se envía por el medio más de una
señal y hay componentes espectrales coincidentes entre ellas. A
„
„
„
Depende de la distancia en frecuencia de las señales
Suele deberse al mal funcionamiento de los sistemas de transmisión
f
Ruido impulsivo: pulsos o picos irregulares de corta duración y de amplitud
relativamente grande.
„
„
„
„
De comportamiento aleatorio
Originado por perturbaciones electromagnéticas, tormentas atmosféricas, fallos o
defectos en los sistemas de comunicación.
No se puede evitar
Suele generar ráfagas de bits erróneos, mayores cuanto mayor Vt
María del Carmen Romero Ternero
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32
Capacidad de un canal sin ruidos
„
„
„
Nyquist demostró que se puede reconstruir una señal de ancho de banda W Hz,
filtrando con paso bajo de frecuencia de corte W Hz y muestreando a 2W.
Para 2 niveles de tensión: C = 2W [bps]
Si en vez de señal binaria tenemos una serie de pulsos con M niveles posibles,
entonces se considera la capacidad como la máxima cantidad de información que
se puede transmitir por el canal de ancho de banda W:
C = 2Wlog2 M [bps]
„
Ejemplo: canal telefónico (3.100 Hz)
„
„
„
Usando símbolos de 2 niveles: C = 2 x 3.100 = 6.200 bps
Usando símbolos de 8 niveles: C = 2 x 3.100 x log2 8 = 18.600 bps
Por tanto, aumentando el número de niveles, podemos aumentar indefinidamente
la capacidad de un canal, siempre que no haya ruido
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
Nota: loga b = (log b)/(log a)
33
SNR
„
„
„
„
„
Indica la razón de la potencia de la señal (Signal) respecto
a la potencia de la señal de ruido (Noise)
La relación S/N debe permanecer a un determinado nivel
para mantener la señal de datos separada de la señal de
ruido
Al amplificar la señal, también se amplifica el ruido, por lo
que la elección de la distancia entre los amplificadores es
una decisión importante
Cuanto mayor S/N, mejor es el canal
SNRdB = 10log S/N
María del Carmen Romero Ternero
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34
Capacidad de un canal con ruidos
„
„
La cantidad de ruido se mide por la relación S/N.
Shannon y Hartley demostraron que la capacidad de un
canal con ruidos venía dada por:
C = Wlog2 (1+S/N) [bps]
„
„
donde S y N son la potencia en watios
Ejemplo: canal telefónico con SNR de 30 dB:
30dB = 10 log S/N Æ log S/N = 3 Æ 103 = S/N
C= 3.100 log2(1+1.000)= 30,898 kbps
María del Carmen Romero Ternero
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35
Capacidad de una canal con ruidos (II)
„
„
„
Teorema de Shannon: si la velocidad de transmisión de un canal
es menor que C, es posible encontrar un código de señal adecuado
para una transmisión con una probabilidad de error tan pequeña
como se quiera.
El teorema anterior sólo considera ruido blanco, no considera el
ruido impulsivo, la atenuación ni la distorsión de retardo, por lo que
en la práctica se consiguen razones mucho menores.
Una medida de la eficiencia de una transmisión digital es el
parámetro C/W [bps/Hz]
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36
Medios de transmisión
Par trenzado
Guiados
Coaxial
Fibra óptica
„
„
Medios físicos
Radio
No Guiados
Microondas
Satélite
Infrarrojo
María del Carmen Romero Ternero
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„
„
Guiados: existe un soporte
material que guía la señal
(cable)
No guiados: no existe tal
soporte
En ambos casos se transmiten
ondas electromagnéticas
Elección del medio:
„
„
„
Coste de los equipos
Distancia a cubrir
Velocidad o AB requerido
37
Espectro electromagnético para las
telecomunicaciones
María del Carmen Romero Ternero
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38
Características de transmisión de
medios guiados
María del Carmen Romero Ternero
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39
Par trenzado
„
„
„
„
„
Dos cables de cobre embutidos en un aislante
Trenzados para reducir interferencias (diafonía)
Es el medio de transmisión más usado
Se agrupan para formar mangueras (4 pares para LAN)
Se usa tanto para transmisión de señales analógicas como
digitales.
„
Analógica – Amplificadores cada 5-6 km
„
„
„
„
Digital – Repetidores cada 2-3 km
„
„
„
Cat5 y 5e: 100 MHz
Cat6: 200 MHz
Cat7: 475 MHz
Cat5e y superiores: Gbps
Cat7: 10 Gbps
El AB depende del grosor del cable y de la distancia a cubrir
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40
Par trenzado (II)
Tipo
Impedancia
Rigidez
Facilidad
instalación
Coste
Inmunidad a
interferencias em
Apantallado o STP
(Shielded Twisted
Pair)
150 Ω
+++
+
+++
+++
No apantallado o
UTP (Unshielded
Twisted Pair)
100 Ω
+
+++
+
+
Apantallado global o
FTP (Foil shielded
Twister Pair)
120 Ω
++
++
++
++
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41
Aplicaciones de par trenzado (TIA/EIA)
Categoría 3
1.5 Mbps IBM 3270
25 Mbps Arcnet
4.0 Mbps Token-Ring
10 Mbps 10BaseT
16 Mbps Token-Ring
25 Mbps UNI ATM
52 Mbps UNI ATM
100BaseT4
100 VG AnyLAN
Banda base para voz
Interfaz BRI de RDSI
Interfaz PRI de RDSI
Portadoras T1/E1 (1.544 Mbps)
RS-232D
RS-422
Banda base para vídeo
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Categoría 5e
Idem Cat3
25 Mbps ATM
52 Mbps ATM
100BaseTX
155 Mbps ATM
622 Mbps ATM
1000BaseT(4)
Categoría 6
Categoría 7
Idem Cat3
Idem Cat5e
1000BaseTX
1244 Mbps ATM
Idem Cat3
Idem Cat5e
Idem Cat6
2.5 Gbps ATM
10 Gbps Ethernet
Banda base para
vídeo y CATV
42
Coaxial
„
Alambre de cobre formado por núcleo y malla
„
Buena combinación de AB e inmunidad al ruido
„
„
„
Dos clases:
„
„
„
Señales analógicas: AB de hasta 400 MHz con amplificadores cada pocos kms
Señales digitales: Vt de hasta 1-2Gbps con un repetidor cada km
Cable de 50 Ω para transmisión digital o coaxial de banda base
Cable de 75 Ω para transmisión analógica o coaxial de banda ancha
Usos: TV, telefonía de larga distancia, LAN, conexión de periféricos a corta
distancia...
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43
Estándares de coaxial
„
„
Se dividen según sus clasificaciones de radio de gobierno
(RG).
Cada RG implica unas especificaciones físicas:
„
„
„
„
„
Grosor del cable del conductor interno
Grosor y tipo de aislante interior
Construcción del blindaje
Tamaño y tipo de cubierta exterior
Tipos más frecuentes:
„
„
„
RG-8, RG-9, RG-11: Ethernet de cable grueso
RG-58: Ethernet de cable fino
RG-59: TV
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44
Fibra óptica
„
„
„
„
„
„
„
Fabricada de plástico o vidrio
Transmite señales en forma de luz
Es inmune al ruido electromagnético
No presenta problemas de puesta a tierra
Anchura del espectro entre 25.000 y 30.000 GHz
La velocidad de datos y el uso del AB en cables de FO no están
limitados por el medio, sino por la tecnología disponible de
generación y recepción de la señal
Componentes de un sistema de transmisión óptico:
„
„
„
Fuente de luz (LED, láser semiconductor)
Medio de transmisión
Detector (fotodiodo)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
45
Fibra óptica. Tipos
Reflexión total
Índices de
refracción
diferentes
Aire
Sílice
„
Tipos (según modos de propagación):
„
„
Multimodo: hay múltiples rayos de luz de la fuente que se mueven por el
núcleo con modos diferentes.
Monomodo: sólo permite que exista un modo. Se consigue reduciendo el
diámetro de la fibra.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
46
Fibra óptica. Tipos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
47
Fibra óptica. Conexiones
„
Empalme mecánico
Pérdidas del 10-20%
„
Empalme pegado
Pérdidas del 10%
„
Empalme fundido
Pérdidas mínimas
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
48
Fibra óptica. Atenuación
„
„
La luz se atenúa en la fibra de distinta forma dependiendo
de la longitud de onda de la luz.
Hay tres bandas de λ para las comunicaciones:
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
49
Fibra óptica. Dispersión
„
„
„
Es el fenómeno por el cual la longitud de los pulsos de luz
transmitidos por una fibra aumentan al propagarse.
Su magnitud depende de la longitud de onda
Hay que evitar que se mezclen:
„
„
Incrementando la distancia entre los pulsos (se disminuye la
velocidad).
Que los pulsos sean proporcionales a la inversa del coseno
hiperbólico. Estos pulsos se llaman solitones.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
50
Cable de cobre vs. Fibra óptica
„
„
„
„
„
„
„
„
AB menor
Repetidor cada 5km
No inmune a interferencias
electromagnéticas ni a los
efectos corrosivos
ambientales
Tecnologías más familiar
Interfaces más baratas
Tecnología más barata
Mayor facilidad de instalación
y mantenimiento
Es menos frágil
„
„
„
„
AB superior
Repetidor cada 30km
Inmune a interferencias
electromagnéticas y efectos
corrosivos ambientales
Más flexible y ligera:
„
„
„
„
Difícil de intervenir por
escuchas
Es unidireccional:
„
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
1000 pares trenzados de 1km de
longitud: 8000Kg
2 fibras tienen más capacidad y
pesa 100Kg
„
2 fibras
2 bandas de frecuencia
51
Radio
„
„
„
„
Las señales de radio son omnidireccionales (no necesaria
alineación)
Un emisor y uno o varios receptores
Bandas de frecuencia:
„ LF, MF, HF y VHF
Propiedades:
„ Fáciles de generar
„ Pueden viajar largas distancias
„ Atraviesan paredes de edificios sin problemas
„ Son absorbidas por la lluvia
„ Sujetas a interferencia por motores y otros equipos eléctricos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
52
Radio (II)
„
„
Sus propiedades dependen de la frecuencia:
„ A bajas frecuencias cruzan bien los obstáculos, pero la potencia baja
drásticamente con la distancia
„ A altas frecuencias tienden a viajar en línea recta y rebotar en obstáculos
„ Dependiendo de la frecuencia tienen 5 formas de propagarse: superficial,
troposférica, ionosférica, línea de visión y espacial
Su alcance depende de:
„ Potencia de emisión
„ Sensibilidad en el receptor
„ Condiciones atmosféricas
„ Relieve del terreno
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
53
Microondas terrestres
„
„
Frecuencias muy altas: 1 -100 GHz
Longitud de onda muy pequeña
„
„
„
Ondas más direccionales que las de radio
„
„
„
„
Se utilizan antenas parabólicas
Txor y Rxor se tienen que “ver”
Cuanto más altas son las antenas, más distancia puede cubrir:
„
„
Es absorbida por la lluvia
No atraviesa bien edificios
Con torres a 100 m de altura, las repetidoras pueden estar espaciadas 80Km
Más barato que la FO
No necesita derecho de paso
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
54
Comunicación vía Satélite
„
„
„
„
Tipo particular de transmisiones microondas en la que las estaciones son satélites que
están orbitando la Tierra.
Amplia cobertura.
Rango de GHz.
Para la comunicación se usan dos bandas de frecuencia:
„
„
„
Los satélites utilizan transpondedores
„
„
Canal ascendente: desde Tierra a satélite
Canal descendente: desde satélite a Tierra
Un transpondedor recibe una señal microondas desde la Tierra, la amplifica y la retransmite de
regreso a una frecuencia diferente
Satélites geoestacionarios (36.000km)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
55
Infrarrojos
„
Transmisores y receptores que modulan luz infrarroja no coherente
(no tiene una frecuencia única de luz sino que posee cierto ancho en el espectro)
„
„
„
„
Transmisor y receptor deben estar alineados
No pueden atravesar paredes
No necesita permisos o licencias de uso
Es de corto alcance
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
56
Transmisión de datos
Hay que tener en cuenta:
„ Naturaleza de los datos
„
„
„
Propagación de la señal que lleva los datos
„
„
„
Datos ANALÓGICOS: toma cualquier valor dentro de un intervalo
Datos DIGITALES: toma sólo determinados valores posibles dentro de un
intervalo
Señal ANALÓGICA: onda electromagnética que varía continuamente
Señal DIGITAL: secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos.
Puede ser unipolar (1 nivel de tensión), polar (2 niveles de tensión) o bipolar
(3 niveles de tensión)
En la Tx de datos hay 4 combinaciones posibles:
„
„
„
Dato analógico – Señal analógica
Dato digital – Señal analógica
Dato analógico – Señal digital
Dato digital – Señal digital
„
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
57
Transmisión de datos (II)
„
Dato analógico – Señal analógica
„
„
Dato digital – Señal analógica
„
„
En Txor se modula la señal analógica para que lleve los datos digitales y en
Rxor se demodula (MODEM)
Dato analógico – Señal digital
„
„
Si coincide el ancho de banda ambos, se envían los datos tal cual, si no, hay
que modular los datos
En Txor se codifican los datos analógicos en digitales y en Rxor se
decodifican (CODEC)
Dato digital – Señal digital
„
Si se dispone de dos niveles de tensión, se envían los datos directamente. Si
se dispone de más niveles se convierten antes de enviar.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
58
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales digitales
„
El Transmisor debe conocer:
„
„
„
El Receptor debe conocer:
„
„
„
„
El tiempo empleado en enviar un bit: si la tasa de bits es de X bps, la duración
de un bit es 1/X segundos
La velocidad de modulación (depende del esquema de codificación elegido)
La duración de cada bit
Comienzo y fin de cada bit
Niveles de tensión utilizados para representar cada bit
Tipos de codificación:
„
Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ, Manchester NRZ
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
59
Formatos de codificación digital
Cinta perforada
1 ≡ nivel alto (A voltios)
0 ≡ nivel bajo (cero voltios)
Unipolar NRZ
(Not Return to Zero)
Polar NRZ
1 ≡ nivel alto (A voltios)
0 ≡ nivel bajo (-A voltios)
Unipolar RZ
1 ≡ transición al principio y mitad del bit
0 ≡ no hay transición (0 voltios)
Bipolar RZ
1 ≡ niveles alternantes A, -A voltios
0 ≡ no hay transición (0 voltios)
0 ≡ transición alto-bajo en mitad del bit
1 ≡ transición bajo-alto en mitad del bit
Manchester NRZ
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
(de acuerdo con IEEE 802.3)
Tiempo de 1 bit
Tiempo de 1 elemento de señalización = ½ Tiempo de 1 bit
60
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
„
„
Una señal analógica se basa en la transmisión de una señal
continua (señal portadora) con una frecuencia centrada en una zona
compatible con el medio de transmisión y de tipo Acos(2πfct+φ)
Los datos digitales se transmiten modulando la señal portadora.
Modulación: Variación de cierto parámetro de una señal en función
de otra.
„
„
„
„
Señal portadora
Señal moduladora
Señal modulada
Tipos de modulación (tasa de bits = tasa de baudios)
„
„
„
ASK: modulación de amplitud
FSK: modulación de frecuencia
PSK: modulación de fase
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
61
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
s(t)=
ASK: modulación o desplazamiento en amplitud
A1cos(2Πfct + ϕ) ≡ 1 binario
A2cos(2Πfct + ϕ) ≡ 0 binario
ABASK= (1+r)·Vs
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0 ≤ r ≤ 1)
Amplitud
A1
Ancho de banda mínimo = Vs
A2
Frecuencia
fc – Vs/2
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
fc
fc + Vs/2
62
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
s(t)=
FSK: modulación o desplazamiento en frecuencia
Acos(2Πfc1t + ϕ) ≡ 1 binario
Acos(2Πfc0t + ϕ) ≡ 0 binario
ABFSK= (fc1- fc0) + (1+r)Vs
fc1= frecuencia de la portadora para el 1 binario
fc0 = frecuencia de la portadora para el 0 binario
Típicamente, fc1 y fc0 corresponden a desplazamientos de igual
magnitud pero en sentidos opuestos de la portadora
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤1)
Amplitud
ABFSK = (fc1- fc0) + (1+r)Vs
fc1- fc0
Vs/2
Vs/2
Frecuencia
fc0
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
„
Más resistente a los ruidos que ASK
fc1
63
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
PSK: modulación o desplazamiento en fase
s(t)=
Acos(2Πfct + Π)
Acos(2Πfct)
ABPSK= (1+r)·Vs
≡ 1 binario
≡ 0 binario
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)
Amplitud
Ancho de banda mínimo = Vs
Frecuencia
fc – Vs/2
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
fc
fc + Vs/2
64
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
Otras modulaciones (tasa baudios < tasa bits):
„
Modulación MPSK (modulación en múltiples fases):
„
„
„
„
(BPSK Ö Si Vs=2400 baudios (n=1), Vbps=2400 bps)
QPSK Ö Si Vs=2400 baudios (n=2), Vbps=4800 bps
8PSK Ö Si Vs=2400 baudios (n=3), Vbps=7200 bps
16PSK Ö Si Vs=2400 baudios (n=4), Vbps=9600 bps
...
„
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)
n= nº de bits por cada símbolo
Recuerde que la relación entre la tasa de baudios y la tasa en bps venía dada por:
Vbps= n·Vs
„
Ancho de banda para modulaciones multinivel:
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
AB = Vs·(1+r)/n
65
Constelaciones PSK
QPSK o
4PSK
PSK, BSK o 2PSK
8PSK
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
66
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
„
Otras modulaciones (cont.)
„
Modulación QAM (modulación en fase y amplitud):
„
„
„
„
„
4QAM (4 fases y una amplitud)
8QAM (4 fases y dos amplitudes)
16QAM (hay varios tipos: 3 amplitudes y 12 fases, 4 amplitudes y 8 fases, 2
amplitudes y 8 fases)
32QAM
8QAM
64QAM ...
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
67
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
Tasa de baudios – Tasa de bits
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
68
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales digitales
Proceso de digitalización
Datos analógicos Æ MUESTREO Æ CUANTIFICACIÓN Æ CODIFICACIÓN Æ Señal digital
“Modulación”
CODEC
„
Teorema del muestreo:
“Si se muestrea s(t) a intervalos regulares de tiempo, con una frecuencia mayor del doble
de la frecuencia significativa más alta de s(t) (fmax), entonces las muestras obtenidas
contienen toda la información de la señal original”. fs ≥ 2fmax Æ Ts ≤ 1/2fmax
„
Tipos de “Modulación”:
„
Modulación PCM: Modulación por codificación de impulsos
„
„
Usa PAM (Modulación por amplitud de pulsos)
Modulación Delta
„
La señal analógica se aproxima mediante una función escalera que en cada intervalo de
muestreo sube o baja un nivel de cuantización
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
69
Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación PCM
(8 bits en
signo-magnitud)
-
Muestreo natural
-
Muestreo plano
PCM
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
70
Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación PCM
„
Ejemplo:
„
„
„
„
Los datos de voz se limitan a frecuencias < 4000 Hz Æ para
caracterizar una señal de voz se requieren 8000 muestras/seg
Para convertir muestras PAM a digital, se les debe asignar un
código digital a cada una de ellas
Si se usan 256 niveles diferentes Æ se requieren 8 bits por
muestra
8000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 64 Kbps se necesita para
una señal de voz
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
71
Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación Delta
„
Por cada intervalo de muestreo, la
señal analógica de entrada se
compara con el valor más reciente
de la función escalera:
„
„
„
„
„
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
si el valor > función escalera, se
genera un 1
si el valor ≤ función escalera, se
genera un 0
Çδ, ÇRuido de cuantización
(variaciones lentas de la señal)
Èδ, ÇRuido de sobrecarga en la
pendiente (variaciones rápidas de
la señal)
Más sencillo de implementar y
mejor SNR para una misma Vt que
PCM
72
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales analógicas
Datos analógicos f(t)Æ MODULADOR Æ g(t) Señal analógica
Señal moduladora
„
Señal portadora
cos 2πfct
Señal modulada
La modulación consiste en variar la amplitud, frecuencia o fase de la
portadora en función de f(t) :
„
Modulación en amplitud:
„
„
AM (Modulación en Amplitud)
ABAM= 2·B
Modulación angular:
„
FM (Modulación en frecuencia)
ABFM= 10·B
„
PM (Modulación en fase)
ABAM= 10·B
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
B = ancho de banda de la señal original
73
Datos analógicos usando Señales analógicas
Señal Portadora, Moduladora y Modulada
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
74
CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales analógicas
BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)
BWt = Ancho de banda total (radio)
fc = frecuencia de la portadora
AM
BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)
BWt = Ancho de banda total (radio)
FM
fc = frecuencia de la portadora
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
y PM
75
Multiplexión o multiplexación
En toda transmisión multiplexada se tiene un multiplexor (en Txor) y un
demultiplexor (en Rxor)
MULTIPLEXOR
„
Es el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples
señales (canales) a través de un único enlace de datos
„
1 camino
3 canales
DEMULTIPLEXOR
„
Hay tres técnicas de multiplexión:
„
FDM (Multiplexión por División en Frecuencias)
„
WDM (Multiplexión por División de Onda)
„
TDM (Multiplexión por División en el Tiempo)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
76
Multiplexión. FDM
„
Multiplexión por División en Frecuencias
„
Generalmente para señales analógicas
„
„
„
Se puede aplicar cuando el AB de un enlace es mayor que los anchos de banda
combinados de la señal a transmitir
Se usan distintas frecuencias portadoras para transmitir (que no deben interferir
con las frecuencias de los datos originales)
Se usan bandas de seguridad
Bandas de seguridad
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
Canal 5
Frecuencia (Hz)
Ancho de banda del enlace de transmisión
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
77
Multiplexión. FDM.
Dominio temporal y espectral
María del Carmen Romero Ternero
mcromer[email protected]
78
Multiplexión. WDM
„
„
Multiplexión por División de Onda
Conceptualmente igual que FDM, pero la multiplexación y
demultiplexación involucran señales luminosas a través de fibra
óptica (bandas de longitudes de ondas)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
79
Multiplexión. TDM
„
Multiplexión por División en el Tiempo
„
Generalmente para señales digitales
„
„
Se puede aplicar cuando la capacidad de tasa de datos de la transmisión es mayor que la
tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos transmisores y receptores
Se divide el enlace en el tiempo y no en frecuencia
Canal 1
Canal 2
Canal 3
...
Canal 1
Canal 2
Canal 3
...
Tiempo (s)
„
Tipos:
„
„
Síncrona: el multiplexor siempre asigna exactamente la misma ranura de tiempo para cada
dispositivo, independientemente de que los dispositivos tengan o no que transmitir.
Asíncrona o estadística: el multiplexor usa reserva dinámica bajo demanda de las ranuras. Con
un enlace de igual velocidad, esta multiplexión puede dar más servicios que la síncrona.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
80
Multiplexión. TDM. Tipos
TDM Síncrona
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
TDM Asíncrona
81
Interfaz RS-232
„
Nombres oficiales: ANSI/TIA-232F o ITU-T V.24
„
Se compone de varias especificaciones:
„
„
mecánica: ISO 2110
„
eléctrica: V.28
„
funcional y procedural: V.24
Describe las características mecánicas, eléctricas, funcionales y procedimentales que
permiten el intercambio de información binaria entre un DTE y un DCE, con transmisión
serie
„
Modos half-duplex y full-duplex
„
Permite transmisión síncrona y asíncrona
Computadora
Conector DB25 hembra
Conector DB25 macho
Línea de teléfono
Cable
del interfaz
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
82
DTE y DCE
„
DTE (Data Terminal Equipment)
„
„
„
Emisor o receptor de datos.
Terminales, computadores, fax...
DCE (Data terminal Circuits Equipment)
„
„
Equipo que transforma la información para ser enviada por la línea.
Módem
Línea de
transmisión
DTE
DTE
Fuente o
colector de datos
Controlador de
comunicaciones
DCE
DCE
Controlador de
comunicaciones
Fuente o
colector de datos
Circuitos de datos
Enlace de datos
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
83
INTERFAZ RS-232
Características mecánicas
„
Especifica el conector a utilizar
„
Conector DB-25 (síncrona y asíncrona) y conector DB-9 (asíncrona)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
1 pulgada = 23 mm
84
INTERFAZ RS-232
Características eléctricas
„
El estándar define:
„
Velocidad máxima: 20 kbps (típicas:300, 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 bps)
„
Distancia máxima: 15 m
„
código NRZ-L
„
Transmisión no balanceada
„
„
„
Referencias a 0V
Limitación de corriente a 0.5 A
Capacidad máxima 2500 pF
+25
+5
-5
„
1 lógico = [-3,-15] voltios
„
0 lógico = [15,3] voltios
“0”
+15
-15
“0”
“1”
+3
-3
“1”
Tx
-25
Rx
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
85
INTERFAZ RS-232
Características funcionales
„
„
Se describen las funciones de cada uno de los circuitos de intercambio, así como la
posición de esos circuitos en el conector (pin)
Líneas de datos
„
„
„
„
TxD y RxD
Líneas de control de flujo
„
Request to send (RTS)
„
Clear to send (CTS)
„
Data Carrier Detected (CD ó DCD)
Líneas de establecimiento de conexión
„
Data Terminal Ready (DTR)
„
Data Set Ready (DSR)
„
Ring Indicator (RI)
Líneas de referencia
„
Masa (GND)
„
Masa de protección (SGH)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
86
INTERFAZ RS-232
Características funcionales.
„
Conector DB15 (DTE)
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
87
INTERFAZ RS-232
Características procedimentales
„
Especifican la secuencia de eventos que se debe producir en la transmisión de datos,
basándose en las características funcionales del interfaz. Ejemplo de llamada:
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
[Fuente: Stallings]
88
Bibliografía
„
„
„
„
„
Behrouz A. Forouzan, “Transmisión de datos y redes de
comunicaciones”, 2ª edición, McGrawHill, 2002.
William Stallings, “Comunicaciones y Redes de Computadores”, 6ª
edición, Prentice Hall, 2000.
James Truvole, “LAN wiring”, 2ª edición, MacGrawHill, 2000.
Andrew S. Tanenbaum, “Redes de Computadoras”, 3a edición,
Prentice Hall, 1997.
ANSI/TIA-232-F (R2002), “Interface Between Data Terminal
Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing
Serial Binary Data Interchange”, 1997.
María del Carmen Romero Ternero
[email protected]
89
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