Transmision de datos Yanedis Gerardino UNAD 25/10/2012

1. Yanedis Gerardino
Redes Locales Basico
Universidad Nacional Abierta y a Distancia
Cead Valledupar
2012

2.  El éxito de la transmisión depende de:
◦ La calidad de la señal que se transmite
◦ Características de medios de transmisión
2

3.  La transmisión de datos ocurre entre un
transmisor y un receptor a través de un
medio de transmisión.
 El medio de transmisión puede ser guiado o
no guiado.
 En ambos casos la comunicación es en forma
de ondas electromagnéticas.
3

4.  Las ondas son guiadas a lo largo de un
camino físico:
 Ejemplos:
◦ Par trenzado
◦ Cable coaxial
◦ Fibra óptica
4

5.  Proveen un medio para la transmisión de
ondas electromagnéticas pero sin guiarlas:
 Ejemplos:
◦ Aire
◦ Agua
◦ Vacío
5

6.  Enlace Directo (direct link) Camino de
transmisión entre 2 dispositivos en el cual la
señal se propaga directamente del transmisor
al receptor sin dispositivos intermedios.
 Puede incluir sólo amplificadores y/o
repetidores.
6

7. Un medio guiado de transmisión es:
 Punto a punto, si provee un enlace directo
entre 2 dispositivos y estos son los únicos
dispositivos que comparten el medio.
 Multipunto, cuando más de dos dispositivos
comparten el medio.
7

8. Configuración de transmisiones guiadas
• Punto a Punto
Transmisor/ Amplificador Transmisor/
Receptor Medio o Repetidor Medio Receptor
0 o más
• Multipunto
Transmisor/ Transmisor/ Transmisor/ Transmisor/
….. …..
Receptor Receptor Receptor Receptor
Amplificador
Medio o Repetidor Medio
0 o más
8

9.  La transmisión puede ser:
◦ simplex
◦ half-duplex
◦ full-duplex
9

10. Se usa cuando los datos son
transmitidos en una sola dirección.
Ejemplo: radio.
10

11. Se usa cuando los datos transmitidos
fluyen en ambas direcciones, pero
solamente en un sentido a la vez.
Ejemplo?
11

12. Es usado cuando los datos a intercambiar
fluyen en ambas direcciones
simultáneamente. Ejemplo: ?
Teléfono
12

13.  Una señal puede ser expresada como una
función:
 s(t), en función del tiempo
 s(f), en función de la frecuencia
13

14.  Una señal s(t) es continua si:
◦ La señal varia durante el tiempo pero tiene una
representación para todo t.
 Una señal es discreta si:
◦ está compuesta de un número finito de valores
14

15. Señal Continua
Señal Discreta
15

16.  Un señal s(t) es periódica si y sólo si:
s (t + T) = s(t) - <t<+
donde T es el periodo de la señal.
16

17.  Las 3 características más importantes de una
señal periódica son:
1. Amplitud
2. Frecuencia
3. Fase
17

18.  Amplitud.
◦ Es el valor instantáneo de una señal en cualquier
momento.
◦ En transmisión de datos, la amplitud está medida
en volts.
18

19.  Frecuencia.
◦ Es el inverso del perido (1/T)
◦ Representa el número de repeticiones de un
periodo por segundo.
◦ Expresado en ciclos por segundo, o hertz (Hz).
19

20. Señales periódicas
A
t
T
1/f1
T : periodo
A : frecuencia
f : Amplitud
1
A
t
T
1/f1
20

21.  Fase.
◦ Es una medida de la posición relativa en el tiempo
del periodo de una señal.
21

22. Ejemplo de una diferencia de fase
t
/2
2
La diferencia de fase es de /2 radianes
22

23.  Una señal senoidal puede ser expresada
como:
s(t) = A sin (2 f1t + )
A es la amplitud máxima
f1 es la frecuencia
es la fase
Recordemos que:
2 radianes = 360º = 1 periodo
A s(t) = A sin (2 f1t) ó
t
T s(t) = A cos (2 f1t - /2)
1/f1 23

24.  Por ejemplo, para la señal:
s(t) = sin (2 f1t) + 1/3 sin (2 (3f1)t)
los componentes de esta señal son ondas
senoidales de frecuencias f1 y 3f1
respectivamente.
24

25. 1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0 sin (2 f1t)
0.5 1.0 1.5 2.0T
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0 1/3 sin (2 (3f1)t)
0.5 1.5 2.0T
1.0
0.5
0.0
-0.5
s(t) = sin (2 f1t) + 1/3 sin (2 (3f1)t)
-1.0
0.5 1.0 1.5 2.0T
25

26.  La segunda frecuencia es múltiplo de la
primera.
 Cuando todas las frecuencias en los
componentes de una señal son múltiplos de
una frecuencia, a esta última se le conoce
como frecuencia fundamental.
26

27.  El periodo de la señal total es igual al periodo
de la frecuencia fundamental.
 Como el periodo del componente
sin (2 f1t) es T = 1/ f1, entonces el periodo
de s(t) es también T.
27

28.  El análisis de Fourier, permite demostrar que
cualquier señal está formada por
componentes de diferentes frecuencias, en
donde cada componente es una senoidal.
28

29.  El espectro de una señal es el rango de
frecuencias que ésta contiene.
 Para el ejemplo anterior, el espectro va de f1
a 3f 1 .
 El ancho de banda absoluto de una señal está
dado por el tamaño del espectro. En el
ejemplo, el ancho de banda es de 2f1.
29

30.  Los componentes de frecuencia en una señal
cuadrada están dados por:
s(t) = A x k=1 1/k sin (2 kf1t)
para k impar.
 Entonces, el número de componentes de
frecuencia es infinito; por lo tanto, el ancho
de banda también es infinito.
30

31.  Sin embargo, la amplitud del k-ésimo
componente de frecuencia kf1, es 1/k.
 Por lo tanto, la mayor parte de la energía en
este tipo de onda está en los primeros
componentes de frecuencia.
31

32.  Supongamos que un sistema transmite
señales con un ancho de banda de 4 MHz.
 Queremos transmitir una secuencia de 1s y
0s usando los primeros 3 componentes de la
señal cuadrada.
 ¿Qué tasa de transmisión de datos es posible
alcanzar?
32

33.  Primeramente, ¿Cuál sería la representación
de la señal a transmitir?
 ¿Cuál es la frecuencia fundamental f1 para un
ancho de banda de 4Mhz
 f1 = 106 ciclos/segundo = 1 MHz?
33

34.  T = 1/10 =10 = 1 sec.
 Tasa de transmisión = 2b/T
6 -6
 Tx= 2 Mbps.
 Entonces, con un ancho de banda de 4
Mhz, es posible alcanzar una tasa de
transmisión de 2 Mbps.
34

35.  Realizar el mismo análisis con un sistema
capaz de transmitir con un ancho de banda
de 8 MHz.
 Primeramente, buscar el valor de f1 máximo.
 En este caso, si duplicamos el ancho de
banda, duplicamos la tasa de transmisión
posible.
35

36.  Usando los 2 primeros componentes de
frecuencia de la señal cuadrada, calcular la
tasa de transmisión y el ancho de banda
resultantes, con f1 = 2 MHz.
36

37. Componentes de Frecuencia Ancho de Banda Tasa de
la señal cuadrada transmisión
3 1 MHz 4 MHz 2 Mbps
3 2 MHz 8 MHz 4 Mbps
2 2 MHz 4 MHz 4 Mbps
37

38.  Una señal digital tiene un ancho de banda
infinito.
 Si intentamos transmitir esta señal sobre
un medio, la naturaleza del mismo limitará
el ancho de banda que puede ser
transmitido.
 Para cualquier medio, entre mayor es el
ancho de banda que permite, mayor su
costo.
38

39.  La información digital debe ser
aproximada por una señal con un ancho
de banda limitado.
 Limitar el ancho de banda, genera
distorsión de la información.
 Si la tasa de transmisión de la señal digital
es de W bps, entonces, una buena
representación de la señal puede ser
alcanzada con un ancho de banda de 2W
Hz.
39

40.  Entre mayor sea el ancho de banda de un
sistema de transmisión, mayor será la tasa
de transmisión alcanzable por dicho
sistema.
40

41.  Atenuación: Una señal, al ser propagada por
un medio, sufre de pérdida o atenuación de
su potencia.
 Es necesario el uso de amplificadores.
41

42.  Para expresar pérdidas y ganancias se
utilizan los decibeles.
 El decibel es la medida de la diferencia de
dos niveles de potencia.
Ndb = 10 log10 (P2 / P1)
42

43.  Calcule la pérdida en decibeles de una
señal cuya potencia inicial es de 10 mW.
Esta potencia después de cierta distancia
es de 5 mW.
 Una pérdida de 1000 W a 500 W es
también de -3dB.
 Entonces, una pérdida de 3 dB reduce a la
mitad la magnitud y una ganancia de 3 dB
duplica la magnitud.
43

44.  El decibel es usado también para medir
diferencias de voltaje. (P = V2 / R.)
Ndb = 20 log10 (V2 / V1)
44

45.  El decibel hace referencia a magnitudes
relativas o cambios en la magnitud y no a
un nivel absoluto.
 Es importante poder hacer referencia a
valores absolutos de potencia y voltaje en
decibeles y así facilitar los cálculos de
pérdidas y ganancias.
45

46.  El dBW (decibel-watt) es usado para
referirse al nivel absoluto de potencia en
decibeles, y se define como:
Power(dBW) = 10 log (Power(W)/ 1W)
 El valor de 1 W es escogido como
referencia y definido como 0 dBW.
46

47.  Por ejemplo:
 Una potencia de 1000 W es equivalente a
__ dBW.
 Una potencia de 1 mW es equivalente a __
dBW.
47

48.  El dBmV (decibel-milivolt) es usado para
referirse al nivel absoluto de voltaje en
decibeles, y se define como:
Power(dBmV) =
20 log (Voltage(mV)/ 1mV)
 El valor de 1 mV es escogido como
referencia y definido como 0 dBmV.
48

49.  Considere un enlace punto a punto que
consiste de una línea de transmisión y un
amplificador en medio. Si la pérdida en la
primera parte de la línea es de 13 dB, la
ganancia del amplificador es de 30 dB, y la
pérdida en la segunda parte de la línea es
de 40 dB, calcule la pérdida (o ganancia)
total en dB.
49

50. 1mW
-13 dB -40 dB
30 dB
50

51. R=50 ohms
V1= 8 v V2= 4v V3= 16v V4= ? V5= 30v V6= ?
P1=? P2=? P3=? P4= 2 w P5=? P6= 0.4 w
NdB=? NdB=? NdB=? NdB=? NdB=?
a) ¿Cuál es la pérdida o ganancia total del sistema?
b)
51

52. Analógico Continuo
Digital Discreto
52

53.  Datos: Entidades que poseen un significado.
 Señales: Codificación eléctrica o
electromagnética de datos.
 Señalización: Es el acto de propagar la señal a
lo largo de un medio.
 Transmisión: Es la comunicación de datos a
partir de la propagación y procesamiento de
señales.
53

54.  Datos analógicos: Toman valores continuos
en un intervalo dado.
 Ejemplo: voz y video.
 Datos digitales: Toman valores discretos.
 Ejemplo: código ASCII.
54

55.  En un sistema de comunicaciones, los datos
son propagados de un punto a otro a través
de señales eléctricas.
 Una señal analógica es una onda
electromagnética propagada a través de
diferentes medios, dependiendo de su
espectro.
55

56.  Una señal digital es una secuencia de pulsos
de voltaje transmitido a través de un medio
guiado.
56

57. Señales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y
Digitales
Señales analógicas Representan datos con ondas
electromagnéticas que varían
constantemente
Datos analógicos
Voz Teléfono Señal Transmisión
(Ondas de Sonido) Analógica Analógica
Datos digitales
Pulsos de Módem Señal Transmisión
Voltaje Binario Analógica Analógica
(Frecuencia Transmisión
Portadora) Digital
57

58. Señales Digitales y Analógicas de Datos Analógicos y
Digitales
Señales digitales Representan datos con secuencia
de pulsos de voltaje
Datos analógicos
Señales CODEC Señal
Analógicas Digital
(voz)
Transmisión
Datos digitales Digital
Datos Transmisor Señal
Digitales digital Digital
58

59.  Se transmiten señales analógicas sin
importar su contenido.
 Las señales analógicas transmitidas
pueden representar:
◦Datos analógicos (e.g., voz).
◦Datos digitales (e.g., datos
binarios
que pasan por un módem).
59

60.  Después de cierta distancia, la señal
analógica pierde potencia (atenuación).
 Es necesario el uso de amplificadores.
 Desventaja: amplifican también el ruido.
 Lo anterior no representa mayor problema
en el caso de datos analógicos, y sí en el
caso de datos digitales.
60

61.  En este tipo de transmisión el contenido de
la señal es de vital importancia.
 Al transmitir una señal digital, el problema
de atenuación es resuelto con repetidores.
 Un repetidor recupera el patrón de 1’s y 0’s
y retransmite una nueva señal digital.
61

62.  La misma técnica es usada para transmitir
digitalmente una señal analógica. Se
asume que codifica datos digitales.
 El sistema de transmisión cuenta con
repetidores en lugar de amplificadores.
62

63.  El repetidor recupera los datos digitales de
la señal analógica y genera una nueva
señal analógica; de esta manera el ruido
no se acumula.
63

64. Transmisión Digital y Analógica
a) Datos y Señales
Señal Analógica Señal Digital
Dos alternativas:
1. La señal ocupa el mismo Los datos analógicos son
Datos Analógicos
espectro que los datos codificados utilizando un
analógicos codec para producir un flujo
2. Los datos analógicos están de bits digital.
codificados para ocupar una
porción diferente del espectro.
Dos alternativas:
Los datos digitales son
1. La señal consiste de dos
codificados utilizando un
módem para producir una
niveles de voltaje para representar
los dos valores binarios.
señal analógica.
2. Los datos digitales están
codificados para producir una
señal digital con propiedades
deseadas.
64

65. 1 Atenuación
2 Distorsión por retraso
3 Ruido
66

66.  La potencia de la señal se debilita con la
distancia al viajar a través de cualquier medio
de transmisión.
67

67.  Es un fenómeno particular propio de los
medios guiados de transmisión.
 El tiempo de propagación de una señal varía
con la frecuencia.
 La velocidad es mayor cerca de la frecuencia
central y menor en las orillas de la banda.
68

68.  Por lo tanto algunos componentes de
frecuencia de una señal llegan al receptor
en tiempos diferentes.
 A este fenómeno se le conoce como
interferencia entre símbolos el cual es una
limitante mayor para alcanzar máximas
tasas de transmisión.
69

69.  Es una señal no deseada que acompaña la
transmisión de una señal.
 Es el factor principal que limita el desempeño
de un sistema de comunicaciones.
70

70.  Ruido térmico
 Ruido intermodular
 Crosstalk
 Ruido por impulsos
71

71.  Está en función de la temperatura.
 Es causado por una agitación térmica de los
electrones en un conductor.
 Está presente en todos los dispositivos
electrónicos.
72

72.  Está distribuido de manera uniforme a través
del espectro de frecuencias.
 Es conocido como ruido blanco.
 No puede ser eliminado; por lo tanto impone
una cota superior en el desempeño de un
sistema de comunicaciones.
N=kTW (Ruido en Watts)
k=Boltzmann´s constant=1.3803x10-23 J/°K
T= Temperatura en Kelvin
W= Ancho de Banda
N=10logk+10logT+10logW (Ruido en Decibel-Watts)
N= -228.6dBW+10logT+10logW
73

73.  Calcular el ruido en decibeles/watts que se
mide en la salida de una transmisión si se
tiene una temperatura de 100 °k y un ancho
de banda de 10 Mhz.
-138.6 dBw
74

74.  Ocurre cuando señales a diferentes
frecuencias comparten el mismo medio de
transmisión.
 Este tipo de ruido produce señales a una
frecuencia que puede ser la suma o la
diferencia de las 2 frecuencias originales o
múltiplos de esas frecuencias.
75

75.  Por ejemplo, la combinación de las señales
con las frecuencias f1 y f2 pueden producir
una señal con frecuencia f1 + f2. Esta señal
puede interferir con la señal intencionada
con frecuencia f1 + f2.
76

76. Ruido por Intermodulación
f1
0.5 1.0 1.5 2.0T mix
f2
0.5 1.5 2.0T
La mezcla de f1 y f2 puede interferir con f1 + f2
f1+f2
77

77.  Ejemplo: Cuando una tercera conversación no
deseada entra durante una llamada
telefónica.
 Se debe al acoplamiento eléctrico de las
señales.
78

78.  No continuo, compuesto por pulsos
irregulares de poca duración y de gran
amplitud.
 Causada por factores electromagnéticos
externos como relámpagos y por
deficiencia en el sistema de
comunicaciones.
 Es la principal fuente de error en la
transmisión de señales digitales.
79

79.  Nos interesa saber de qué manera los
problemas de transmisión previamente
mencionados afectan la tasa de transmisión
de un sistema de comunicaciones.
 Definimos la capacidad del canal como la
tasa a la cual pueden ser transferidos los
datos, a través de dicho canal.
80

80.  Parámetros que afectan:
◦ Tasa de transmisión (bps)
◦ Ancho de Banda (Hz)
◦ Ruido
◦ Tasa de error
81

81.  Considere un canal libre de errores.
 La tasa de transmisión está limitada por el
ancho de banda de la señal.
 La formula de Nyquist:
Dado un ancho de banda W, la máxima tasa de
transmisión que puede ser alcanzada es 2W.
 Esta limitante se debe a la distorsión por
retraso.
82

82.  Considere la transmisión vía módem de
datos digitales. Asuma un ancho de banda
de 3100 Hz. Entonces la capacidad C del
canal es de
2W = 6200 bps.
 Si usamos una señal con 4 niveles de
voltaje entonces, cada nivel de la señal
puede representar 2 bits.
83

83.  Por lo tanto, con señalización multinivel, la
fórmula de Nyquist queda:
C = 2W log2M
donde M es el número de niveles de
voltaje.
 Para M = 8, entonces C = 18,600 bps.
84

84.  Para un ancho de banda dado, la tasa de
transmisión se puede incrementar
aumentando el número de señales
diferentes.
 Sin embargo, esto ocasiona problemas en
el receptor: tiene que distinguir entre las
M posibles señales.
 Los valores prácticos de M están limitados
por los problemas de transmisión
mencionados.
85

85.  Si la tasa de transmisión crece, más bits son
afectados por un patrón de ruido existente.
 A un nivel de ruido dado, un incremento en la
tasa de transmisión, ocasiona un incremento
en la tasa de error.
86

86.  La fórmula de Claude Shannon expresa:
(S/N)db = 10 log S
N
S=Potencia de la señal
N=Potencia de Ruido
 Representa la relación de la potencia de
una señal con respecto a la potencia de
ruido presente en un punto particular de
la transmisión.
87

87.  Es medida en el receptor.
 Expresa la cantidad en decibeles por la
cual la señal deseada excede el nivel de
ruido.
 Una relación alta (S/N) significa una alta
calidad de señal y un número bajo de
repetidores intermedios requeridos.
88

88.  La relación señal-ruido es importante en la
transmisión de datos digitales ya que
representa una cota superior para la tasa
de transmisión alcanzada.
89

89.  El resultado de Shannon muestra la máxima
capacidad del canal en bits por segundo y
obedece la siguiente ecuación:
C = W log2 (1 + S )
N
En donde: C es la capacidad del canal en
bps y W es el ancho de banda en Hz.
90

90.  Considere un canal de voz para transmitir
datos digitales vía módem.
 Asuma un ancho de banda de 3100 Hz.
 Un valor típico para una línea VG (voice
grade) es de 30 dB o una relación de 1000:1.
91

91. W = 3100 Hz
 (S/N)db = 30 dB
 C = 3100 log2 (1 + 1000)
= 30, 898 bps
92

92.  Si se tiene un canal cuyo espectro esta entre
3Mhz y 4Mhz y la relación (S/N)db de
potencias entre señal y ruido es del 24dB
encontrar la capacidad máxima del canal de
acuerdo a la consideración de Shanon.
 S/N=251
 C=8Mbps
93

93.  Considerando que la tasa anterior puede
alcanzarse y de acuerdo a la fórumula de
Nyquist´s, ¿cuantos niveles de señalización
serían necesarios?
 M=16
94

94.  Lo anterior representa el máximo teórico que
puede ser alcanzado.
 En la práctica, sólo es posible alcanzar tasas
inferiores.
95

95.  Esto, debido a que la fórmula de Shannon
sólo asume ruido blanco; no incluye:
◦ Ruido por impulsos
◦ Atenuación
◦ Distorsión por retraso
96

96.  La eficiencia está dada por la relación C/W
(bits por hertz alcanzados).
97