Análisis de la Transmisión de Datos: Velocidades, Clasificación y Perturbaciones, Resúmenes de Redes Inalámbricas

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Transmisión de datos Principio de comunicación y redes de computadora Tabla de contenidos 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 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. = Digital: un pulso de tensión de amplitud constante = Analógico: un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantes = Velocidad en simbolos (V.) o velocidad de modulación (V,,): = Es el número máximo de simbolos que se pueden transmitir en un segundo. = Se calcula como: n* simbolos/1seg = Se mide en baudios. = Se asocia a la línea de transmisión. = Velocidad de transmisión serie o régimen binario (V, o R): = Es el número máximo de elementos binarios que pueden transmitirse por unidad de tiempo. = Se calcula como: n* de bits en un periodo/periodo = Se mide en bps (bit/s). = Se asocia al circuito de datos. Velocidad de transmisión  las velocidades de transmisión se expresan en potencias de 10, mientras que las relativas a las capacidades de almacenamiento lo hacen en potencias de 2. Problema de la velocidad de transmisión  Una compañía de comunicaciones desea realizar un estudio de requerimientos de una red de comunicación que transmita películas de video bajo la modalidad de pago de visión. Estas películas se enviarán a los abonados como una secuencia de 24 fotogramas por segundo codificados en binario. Cada fotograma es una imagen estática de 800 puntos de anchura por 600 puntos de altura, y cada uno de esos puntos codifica el color como un número de 16 bits. Se desea obtener la velocidad de transmisión sostenida que debe soportar esa red de comunicación para que pueda cumplir con esos requerimientos, sin utilizar ningún algoritmo de compresión. Clasificación de las Transmisiones = Según el sentido de la transmisión: = Simplex (simple) A H—> B = Half-duplex (semi-dúplex) A [> ” B = Full-duplex (dúplex) A > B Clasificación de las Transmisiones ( Bus Paralela | ElS paralela ¡E Asincrona — [Txorfa——>Rxor (2 relojes) X) 2 | - Tipos de 2 f” Heterosincronizada . comunicaciones Y (2 líneas: datos y reloj) | Oientada al carácter 1 Txor Rxor Serie < z Síncrona > . . (1 solo reloj) y Autosincronizada L Onentada al bit (l línea: datos+reloj) Orientada al carácter Txor e Rixor G o a X Z Transmisión paralela = Todos los bits de un dato se transmiten a la vez = Son necesarias tantas lineas como n” 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 Transmisión serie síncrona = La señal de reloj debe transmitirse: =a uo = En una línea separada (heterosincronizada) ZH-——» = Codificando dicha señal con los datos que se Tx (autosincronizada) *e a = 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 | ... a EELETTTTI].. | 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 Flag inicio bloque Flag fin bloque Emisor |... Q. DES ... | Receptor Datos Datos Transmisión serie vs. paralela = Ventajas de la transmisión serie: = Número de lineas bastante menor = Menor coste, sobre todo cuando aumentan las distancias = Ventajas de la transmisión paralela: = Mayor velocidad = Mayor simplicidad Representación de señales == Una misma señal puede ser representada de 2 formas: = En el dominio del tiempo s(t) >> representación cartesiana = En el dominio de la frecuencia S(f) > representación espectral Amplitud Amplitud A | segundo 0 Frecuencia = 7 Hz Wii Ls — | WN WI WN Tiempo 7 Frecuencia = Ambas AAA 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). Representación de señales  DISTORSIÓN: fenómeno generado por las características reactivas de los circuitos eléctricos. Es una deformación de la señal. Típica de las señales digitales, y para reparar dicha señal se utilizan repetidores regenerativos.  RUIDO: Perturbación o interferencia no deseada que se introduce en el canal de comunicaciones y se suma a la señal útil. Puede ser endógeno o exógeno. El ruido es amplificado junto con la señal y a la vez el amplificador tiene su propio ruido interno que se suma a la señal que debe amplificar. Se llega un punto en el que el ruido es tan grande que la señal original se pierde. Por eso se dice que el canal analógico es finito. En cambio, para los canales digitales, donde se coloca un repetidor regenerativo, la señal con ruido es transformada nuevamente a la señal original, lo que asegura una correcta recepción de la señal.  UMBRAL DE DETECCIÓN: debajo del umbral de detección la acción del repetidor ya no es efectiva. Es decir, es el mínimo nivel de la señal para que pueda ser identificada como tal. Representación de Señales: Ejemplos Dominio Dominio del tiempo de frecuencia A 5 3 ... | segundo Tiempo 0 Frecuencia a. Una señal con frecuencia O ARADAMAs EL, UAM AAA A js 0 b. Una señal con fre as IAMAMAMAMAAAAAMAs> CEST, II c. Una señal con frecuencia 16 Análisis de Furrier = Cualquier señal está constituida por componentes sinusoidales de distintas frecuencias: = Señales periódicas (suma finita): s(t)=C,+C,sin(21f,t+p,)+ Cosin(2refat+0,)+...+ Cosin(2rtf,t+c,) = Señales no periódicas (suma infinita): S(f)=Ís(te2rtdt S(f=Ís(t)e2rtdt = Cuantos más sumandos se consideren, más se parecerá la señal s(t) a la señal que queremos representar. 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 A Canal telefónico 300 3a00 Hz e j ml [Ito o Relación entre V, y AB del canal = Supongamos la señal correspondiente a la secuencia 1010101... = Su desarrollo en serie de Fourier es: Tiempo Amplitud de la señal > 1 s()=Ax4 x » sen(27kt,t) - e NETA T K impar K — periodo=T=111, "| 10 MANR Pan ns | = Limitando el ancho de bandaa ,, las 4 primeras componentes: os l | ) : _ | Ya a YN AN 10 SAY ol a 03 10 1.5 2=0T (4/51) [sen(2x4,8)+(1/3)sen(2 (3f)8+ (1/5)sen(2 m(5f.)6) + (1/1Msen(2 (71,301 Relación entre V, y AB del canal (11) = V,para el caso de esa señal cuadrada: V,= 2/T = 2 f, bps m Sif, =1 Mhz: = > necesitamos AB = 6 MHz en el canal = >V,=2Mbps Amplitud (V) = Sif,=2MHz: 135790 Frecuencia (MHz) = > necesitamos un AB = 12 MHz en el canal = > V, sería de 4 Mbps AB efectivo 4 componentes espectrales Amplitud (V) (f,=1MHz) |] 2 6 0. 4.0106 .2 2% Frecuencia “ ABefectivo 4 componentes espectrales (f,=2MHz) Relación V, - AB y V, - V, Se ha demostrado que: = V,=NxAB [baudios] = donde N es una constante que puede variar entre: (peor caso) 1 < N < 2 (mejor caso) = AB es el ancho de banda del canal = Enel caso ideal Vs =2x AB = Como regla práctica Vs = AB Si al codificar la información en una señal analógica 1 simbolo representa a n bits, podemos decir que: = V,=nxV, [bps] V, está limitada por el AB del canal, pero no la V, V, está limitada por el ruido del canal (Shannon) 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 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 Desvanecimiento o Fading Propio de las transmisiones por radio Se refiere a la disminución del cociente señal/ruido Potencia... SNRg= 10 log ———Séfal _ 4 [pg > SNR ¿=20 log : Potenciado N Amplitud; Amplitud... 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 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) Txor Y AA Rxor Ruido Térmico Depende de la temperatura Producido por el movimiento de los electrones en la linea de transmisión Distribución uniforme en frecuencia (ruido blanco) No se puede eliminar: = Limita las prestaciones = Esresponsable de errores de bits aislados Su potencia es proporcional a la temperatura Densidad de potencia de ruido: N,¿=kT w/Hz — K: Constante de Boltzmann = 1,3803 10-23 Julios/*k —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