Tema 1

(1)

LOGO

TEMA I

TRANSMISIÓN DIGITAL Y DEFINICIONES

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“

(2)

Sumario

1.

1.¿Que estudiaremos en el Curso?¿Que estudiaremos en el Curso?

2.

2.Conceptos Básicos de las ComunicacionesConceptos Básicos de las Comunicaciones

3.

3.Perturbaciones del Medio de TransmisiónPerturbaciones del Medio de Transmisión

4.

(3)

¿Que veremos en este curso?

DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS

PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES

TRANSMISIÓN DE

INFORMACIÓN INTERFASES

DE DATOS CORRECCIÓN DE

ERRORES

APLICACIONES

EMPLEANDO MODEMS ESTÁNDARES

MULTICANALIZACIÓN

(4)

Modulaciones Analógicas

Técnicas de Modulación analógicas:

a. Modulación en amplitud

b. Modulación en Frecuencia

c. Modulación de Fase

d. Modulación de amplitud de pulsos

e. Modulación de ancho de pulsos

(5)

Modulaciones Digitales

Técnicas de Modulación Digitales:

a. Modulación por conmutación de amplitud

b. Modulación por conmutación de frecuencia

c. Modulación por conmutación de fase

d. Modulación 4PSK, 8-PSK y 16_PSK

(6)

¿Cuál sería la(s) razón o razones para

emplear

preferentemente

la

información en formato digital?

(7)

Modelo para las Comunicaciones de Datos

Ejemplo: Aplicación usando email para el envío de la información en forma de texto

) ( ' )

( '

: ión

(8)

Debe tenerse en cuenta lo siguiente:

• El mensaje enviado puede ser alterado durante todo su recorrido o en parte de él.

• Al destino puede o no llegar la información correcta.

• Debe tenerse una forma de saber si la información que llegó, es correcta o no (Detección de errores).

• Debe considerarse la posibilidad de corregir los errores cuando se presenten (Corrección de errores).

• Si la velocidad del destino y fuente son diferentes, es recomendable poder sincronizar el sistema (Control de Flujo).

(9)

 _{Señal Periódica:} _{es aquella que posee un patrón}

que se repite en el tiempo, puede ser contínua o discreta.

 _Una_{Señal No Periódica se puede considerar como}

una señal periódica de período infinito.

(10)

Señal Contínua Señal Contínua

Señal Discreta Señal Discreta

(11)

 _{Parámetros de una Señal Periódica:} _Amplitud,

Frecuencia, Período, Fase.

f(t)

wt A

-A

T

f(t)

wt A

-A

T

θ

(12)

 _{Longitud de Onda de la Señal:}_{es la distancia que}

ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a una velocidad ν.

f

c





donde:

c: Velocidad de la Luz, 3x108 m/s

f: frecuencia de la señal.

(13)

 _{Señal en el Dominio de la Frecuencia:}

Representación de la señal utilizando como variable independiente la frecuencia.

 _{Frecuencia Fundamental: es el primer armónico}

de la señal y está representado por la frecuencia natural de la misma.

(14)

_Componentes

Espectrales de una señal

La sumatoria de

señales de varias

frecuencias,

contiene todas las

frecuencias frecuencias involucradas en involucradas en los sumandos. los sumandos. ) 2 ( )

(t sen ft f  

) ) 3 ( 2 ( 3 / 1 )

(t sen f t f  

] ) 3 ( 2 ( ) 3 / 1 ( ) 2 ( [ / 4 )

(t sen ft sen f t f     

(15)

 _{Espectro Discreto y Contínuo:} _{el espectro de la}

señal es el conjunto de frecuencias que la constituyen.

 _{Conocer el espectro de la señal facilita el análisis}

de los sistemas de comunicaciones, fundamentalmente en lo que respecta a su ancho de banda.

(16)

Espectro Discreto y Contínuo

(17)

 _{Ancho de banda:}

 _{a) El ancho de banda de una} _Señal_{se puede}

entender como la anchura del espectro de la señal.

 _{b) Si se trata del ancho de banda de un}_Canal_{, el}

ancho de banda es la gama de frecuencias que dicho canal permite que pasen a través de él sin ser distorsionadas.

 _{Se puede determinar como:}

menor mayor

-

f

B



f

mayor

-

f

menor

B



(18)

Información en Formato Digital

En las comunicaciones digitales la

modulante es información digital, la cual se modulante es información digital, la cual se

representa en forma binaria, 1´s y 0´s. representa en forma binaria, 1´s y 0´s.

0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1

Código Binario: Se denomina código

binario porque utiliza 2 símbolos, el 0 y el 1.

(19)

Tipos de Códigos

Códigos de uso como son: Códigos de uso como son:

BINARIO

GRAY

BCD

ASCII

(20)

Como regla general, antes de

transmitir el mensaje, se determina si

el sistema de comunicaciones a

emplear es capaz de soportar el manejo

de la información en este formato, para

así poder determinar si se puede enviar

la información a través de él.

Veamos una simulación que considera Veamos una simulación que considera el ancho de banda a emplear por el el ancho de banda a emplear por el sistema. Se considera el análisis de sistema. Se considera el análisis de

Fourier. Fourier.

(21)

Cociente Eb/No

Es la fracción entre la energía de la señal

por bits y la densidad de potencia del ruido

por hertzio, Eb/No.

Este es un parámetro más adecuado para

determinar las tasas de error y la velocidad

de transmisión.

(22)

Cálculo del Cociente Eb/No

Se puede determinar por: Se puede determinar por:

Donde: Eb=STb, S es la potencia de la señal y Donde: Eb=STb, S es la potencia de la señal y Tb es el tiempo necesario para enviar un bit. Tb es el tiempo necesario para enviar un bit.

La velocidad de transmisión es R=1/Tb.

La velocidad de transmisión es R=1/Tb. kk es es la constante de Boltzmann y T la la constante de Boltzmann y T la

temperatura. temperatura.

 

kTR S R N S N R S N ST N E o o o b o

b    

1

 

kTR S R N S N R S N ST N E o o o b o

b    

(23)

Cálculo del Cociente Eb/No

Se puede expresar en dB:

T k R S N E dBW dB o

b  ₁₀_log ₁₀_log ₁₀ _log

      T k R S N E dBW dB o

b  ₁₀_log ₁₀_log ₁₀_log       T dBW R S N E dBW dB o

b  ₁₀_log  ₂₂₈_.₆ ₁₀ _log       T dBW R S N E dBW dB o

b  ₁₀ _log  ₂₂₈_.₆ ₁₀_log

(24)

Comparación entre C/No y E

b

/N

o

C/No

Eb/No

_Eb/No

Relación expresada

en dB entre el nivel

máximo de la

portadora (carrier)

a la densidad de

ruido (noise).

Relación expresada

en dB entre la

energía consumida

por bit a la

densidad de ruido,

o sea, la energía

ocupada por la

portadora

modulada.

En la práctica es aceptado que Eb/No

sea 3 dB menos que C/No

(25)

Bits y Baudio

Razón de Bits:

Razón de Bits: es la razón de cambio es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene

en la entrada del modulador y tiene

como unidades bits por segundos

(bps)

Razón de Baudio:

Razón de Baudio: es la razón de es la razón de cambio en la salida del modulador y

cambio en la salida del modulador y

es igual al reciproco del tiempo de un

elemento de señalización de salida.

(26)

Capacidad de Información de un

Sistema de Comunicación

La capacidad de información es una medida

del número de símbolos independientes

que pueden enviarse por un sistema de

comunicaciones por unidad de tiempo.

(27)

Según la ley de HARTLEY, se tiene que la

capacidad de información esta dada por:

donde:

I: capacidad del canal de información del

sistema

B: ancho de banda disponible (Hz).

T: línea de transmisión (seg).

T

x

B

I



Capacidad de Información de

un Sistema de Comunicación

(28)

Limite de Shannon

Una relación mucho más útil que la

que formuló Hartley, es el Limite de

Shannon.

Relaciona la capacidad de información de un canal Relaciona la capacidad de información de un canal de comunicaciones al ancho de banda y a la de comunicaciones al ancho de banda y a la

(29)

Limite de Shannon

Esto es, en forma de ecuación:

donde:

I: capacidad de información (bps). I: capacidad de información (bps).

B: ancho de banda (Hz). B: ancho de banda (Hz).

S/N: relación señal a ruido (sin unidades). S/N: relación señal a ruido (sin unidades).

I  B log (₂ 1 S N/ )

(30)

Relación entre Velocidad de

Transmisión y el Ancho de Banda.

 _Se _pueden _establecer _las _siguientes

comparaciones:

1. La velocidad a la cual se puede transmitir la información por el medio de transmisión, depende del ancho de banda de este último.

2. Si el ancho de banda no es suficiente para la velocidad de los datos, estos serán distorsionados y en el receptor será muy difícil recuperar la información.

(31)

(32)

_{Consideremos el siguiente ejemplo:}

Se tiene un sistema de transmisión digital capaz de transmitir señales con un ancho de banda de 4 MHz. Si se desea transmitir una secuencia de 1´s y 0´s alternados, ¿Qué velocidad de transmisión se puede conseguir?

(33)

CONCLUSION:

Para una mejor

transmisión de

la información

digital, es

necesario que

el ancho de

banda

disponible sea

suficiente para

dejar pasar la

mayor cantidad

de armónicos

posibles de los

pulsos

digitales.

(34)

Transmisión de Datos

Digitales

Los sistemas digitales operan con datos Los sistemas digitales operan con datos binarios, por lo cual mucha de la información binarios, por lo cual mucha de la información que los humanos deben transmitir por un que los humanos deben transmitir por un sistema digital es representado previamente por sistema digital es representado previamente por

códigos. códigos.

Los códigos representan los caracteres en Los códigos representan los caracteres en forma binaria, son secuencias de bits prescritas, forma binaria, son secuencias de bits prescritas,

(35)

Códigos de Comunicación

de Datos

Poseen tres grupos:

1.

1. Caracteres de Control de Enlace de _{Caracteres de Control de Enlace de}

Datos: facilitan el flujo ordenado de la

información.

2.

2. Caracteres de Control Grafico: _{Caracteres de Control Grafico:}

presentación de la información en el

terminal de recepción.

(36)

Poseen tres grupos: (Cont.)

3.

3. Caracteres _Caracteres Alfanuméricos: _{Alfanuméricos:}

representación números y letras.

El primer código de uso amplio fue el

código Morse, el cual usaba tres

símbolos: punto, guión y espacio

Códigos de Comunicación

de Datos

(37)

Los tres códigos más utilizados en el

campo de la transmisión de datos, son:

1.

1. Código BaudotCódigo Baudot

2.

2. Código Estándar Americano para el _{Código Estándar Americano para el}

Intercambio de Información, ASCII

3.

3. Código de Intercambio de Decimal Código de Intercambio de Decimal Codificado en Binario Extendido,

Codificado en Binario Extendido,

EBCDIC

Códigos de Comunicación

de Datos

(38)

CODIGO IRA

Uno de los códigos más utilizados, es el

Alfabeto de Referencia Internacional

(IRA), también conocido como Alfabeto

Internacional número 5, (IA5).

Posee 7 bits, pudiendo representar hasta

128 caracteres.

Los 128 caracteres están formando 4

grupos.

(39)

1.

1. Grupo: Control de Formato: 6 _Grupo: Control de Formato: 6

caracteres.

2.

2. Grupo: Control de Transmisión: 9 Grupo: Control de Transmisión: 9

caracteres

3.

3. Grupo: Separadores de Información: 4 Grupo: Separadores de Información: 4

caracteres

4.

4. Grupo: Miscelánea: 15 caracteres_Grupo: Miscelánea: 15 caracteres

(40)

(41)

CODIGO IRA

Se puede agregar un bit adicional para

tener grupos de 8 bits, llamados byte.

El octavo bit se puede utilizar para

chequeo de paridad en el proceso de

transmisión y así poder detectar errores

de un bit.

La paridad puede ser par o impar, según

el número de 1’s se par o impar.

(42)

Transmisión de datos

analógicos y digitales

SEÑALES: en un sistema de

comunicaciones, los datos se propagan en

forma de señales eléctricas.

DATOS

DATOS SEÑALESSEÑALES ELECTRICAS ELECTRICAS SISTEMA DE

SISTEMA DE

COMUNICACIONES

(43)

Perturbaciones en la Transmisión

Las perturbaciones más significativas son:

1.

1. La atenuación y la distorsión de La atenuación y la distorsión de atenuación

atenuación

2.

2. La distorsión de retardo_{La distorsión de retardo}

3.

(44)

Perturbaciones en la

Transmisión

Capacidad del Canal:

Es la velocidad a la que se pueden

transmitir los datos en un canal o ruta

de comunicación de datos.

Está relacionada con:

Velocidad de Transmisión de los datos

(R), el Ancho de Banda (B), el Ruido, la

Tasa de Errores.

(45)

Capacidad del Canal

Velocidad de Transmisión de los Datos

Velocidad de Transmisión de los Datos: es : es

la velocidad expresada en bits por

segundo (bps), a la que se pueden

transmitir los datos.

Ancho de Banda:

Ancho de Banda: es el ancho de banda de es el ancho de banda de la señal transmitida que estará limitado

la señal transmitida que estará limitado

por el transmisor y la naturaleza del

medio de transmisión, se mide en ciclos

por segundos o Hz.

(46)

Capacidad del Canal

Ruido:

Ruido: es el nivel medio de ruido a través es el nivel medio de ruido a través del camino de transmisión.

del camino de transmisión.

La Tasa de Errores:

La Tasa de Errores: es la tasa a la que es la tasa a la que ocurren los errores. Se considera que ha

ocurren los errores. Se considera que ha

habido un error cuando se recibe “1”

habiendose transmitido un “0” o

visceversa.

(47)

Capacidad del Canal

Factores que limitan la capacidad de un

canal:

 Perdida de intensidad de la señal a _{Perdida de intensidad de la señal a}

medida que se difunde y ruido

proveniente de diferentes fuentes.

(48)

Capacidad del Canal

Factores que limitan la capacidad de un

canal: (Cont.)

 _Normalmente_Normalmente _un_un _medio_medio _puede_puede

transmitir las frecuencias desde 0 hasta

algún límite f

algún límite f_c_c; las frecuencias mayores ; las frecuencias mayores se atenúan fuertemente. Entonces, el

se atenúan fuertemente. Entonces, el

ancho de banda de un canal determina

la velocidad de la transmisión de datos,

aun cuando el canal sea perfecto.

(49)

Ancho de Banda de

Nyquist

“

“Si la velocidad de transmisión de la señal Si la velocidad de transmisión de la señal es 2B, entonces una señal con

es 2B, entonces una señal con

frecuencias no superiores a B es

suficiente para transportar ésta

velocidad de transmisión de la señal y

viceversa.”

Entonces:

Entonces: C = 2B bps_{C = 2B bps}

donde se ha considerado B Hz y una señal de dos

niveles de tensión.

(50)

Ancho de Banda de

Nyquist

Para una señal multinivel se tiene:

M

B

C



2 B

log

₂

M

C



2 log

₂

donde M es el número de niveles

(51)

El Decibel: dB

La ganancia de Potencia G de un

amplificador es la razón entre la potencia

de salida a la potencia de entrada.

G = P

G = P₂₂/ P/ P₁₁

La

La ganancia de potencia en decibelesganancia de potencia en decibeles se se define como:

define como:

G'(dB) = 10*log

(52)

Formatos de codificación digital de señales

Definició

n de cada

uno de

los

CODIGOS

más

empleado

s

(53)

(54)

No Retorno a Cero (NRZ, Nonreturn to zero)

El nivel de tensión se mantiene constante durante la

duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la

tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo.

(55)

No Retorno a Cero con

Inversión de unos

(NRZI)

El nivel de tensión se mantiene constante durante la

duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la

tensión. “0” no cambia el nivel, el “1” cambia

alternadamente el nivel.

(56)

No Retorno a Cero con

Inversión de unos

(NRZI)

El caso de NRZI, es una codificación diferencial.

Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el

nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la

señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior.

Este esquema de polarización no es vulnerable a la

inversión de cables en el proceso de transmisión, es

decir la inversión de la polaridad en los cables de

transmisión no afecta los datos.

(57)

No Retorno a Cero con

Inversión de unos

(NRZI)

Representación

Espectral

de la

Codificación

(58)

Binarios Multinivel

Estos códigos usan más de dos Estos códigos usan más de dos

niveles de señal. niveles de señal.

Los casos son: Los casos son:

1.

1. Bipolar AMI (Alternate Mark Bipolar AMI (Alternate Mark

Inversion)

2.

(59)

BIFASE

Engloba todo un conjunto de técnicas de

codificación alternativas, diseñadas para

superar las dificultades encontradas en

los códigos NRZ.

Dos de estas técnicas, son:

1.

1. ManchesterManchester

2.

(60)

Manchester y Manchester Diferencial

Representación

Espectral

de la

Codificación

(61)

Velocidad de Modulación y Transmisión

Es deseable establecer una diferencia entre Es deseable establecer una diferencia entre velocidad de transmisión de los datos velocidad de transmisión de los datos (expresada en bits por segundo, bps) y la (expresada en bits por segundo, bps) y la velocidad de modulación (expresada en velocidad de modulación (expresada en

baudios). baudios).

Velocidad de transmisión, tasa de bits Velocidad de transmisión, tasa de bits

T

T_b_b: duración de un bit: duración de un bit

B

T

(62)

Velocidad de Modulación

La velocidad de modulación es aquella con la La velocidad de modulación es aquella con la

que se generan los elementos de señal. que se generan los elementos de señal.

D: velocidad de modulación en baudios

R: velocidad de transmisión en bps

B: número de bits por elemento de señal

(63)

(64)

(65)

Técnicas de < <Scrambling> >

La idea que se sigue es:

Reemplazar

Reemplazar las secuencias de bits que den las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante

lugar a niveles de tensión constante por por otras secuencias que proporcionen

otras secuencias que proporcionen

suficiente número de transiciones

suficiente número de transiciones, de _{, de}

forma tal que el reloj del receptor pueda

mantenerse sincronizado.

(66)

Técnicas de < <Scrambling> >

En el receptor:

Se debe identificar la secuencia

reemplazada y sustituirla por la secuencia

original.

La secuencia reemplazada tendrá la

misma longitud que la original, por lo cual

no se produce cambio de velocidad

(67)

Técnicas de < <Scrambling> >

Los objetivos son

1.

1. Evitar la componente en continuaEvitar la componente en continua 2.

2. Evitar las secuencias largas que Evitar las secuencias largas que correspondan a señales de tensión nula

correspondan a señales de tensión nula

3.

3. No reducir la velocidad de transmisión de No reducir la velocidad de transmisión de los datos

los datos

4.

4. Tener cierta capacidad para detectar Tener cierta capacidad para detectar errores

(68)

Técnicas de < <Scrambling> >

Reglas de Codificación

1.

1. B8ZS

_B8ZS

(Bipolar

_(Bipolar

with

_with

8-Zeros

_8-Zeros

Substitution)

utilizado

en

Substitution)

utilizado

en

Norteamérica.

2.

2. HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

utilizado en Europa y Japón.

(69)

Técnicas de <Scrambling>

B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)

Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:

a)

a) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho

último valor de tensión anterior a dicho

octeto fue positivo, codificar dicho octeto

con

0 0 0 + - 0 - +

b)

b) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho

último valor de tensión anterior a dicho

octeto fue negativo, codificar dicho octeto

como

(70)

-Técnicas de <Scrambling>

V: violación de secuencia bipolar

B: bit bipolar valido

Estrategia

Estrategia::

Pulso anterior: +

Pulso anterior: + → → 0 0 0 + - 0 - +0 0 0 + - 0 - + Pulso anterior: → 0 0 0 + 0 +

(71)

-Técnicas de <Scrambling>

Con este procedimiento se fuerzan dos

violaciones de código del código AMI,

combinaciones de señalización no

permitidos por el código.

El receptor identificará ese patrón y lo

interpretará convenientemente como un

octeto todo ceros.

(72)

HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

Se basa en la codificación AMI.

Se reemplaza las cadenas de cuatro

ceros por cadenas que contienen uno

o dos pulsos.

El cuarto cero se sustituye por una

violación del código.

(73)

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

Numero de Pulsos Bipolares (unos) desde la última sustitución

Polaridad del

pulso anterior Impar Par

- 000- +00+

+ 000+

-00-La sustitución dependerá:

a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar.

(74)

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

(75)

LOGO

Fin del Tema I

Gracias

(76)

Bipolar AMI

_{El “0” binario se representa por ausencia de señal}

y el “1” binario se representa como un pulso positivo o negativo.

_{Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener}

una polaridad alternante.

(77)

Bipolar AMI

Representación

Espectral

de la

Codificación

(78)

Bipolar AMI

 _Ventajas:

1. Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.

2. No hay componente CD

3. El ancho de banda es, menor que para NRZ

4. Se puede usar la alternancia para los “1” como una forma de detectar errores.

 _Desventajas:

(79)

Pseudoternario

_{Se tiene una codificación con tres niveles.}

_{Para este caso el bit “1” se representa por la}

ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos de polaridad alternante.

(80)

Pseudoternario

Representación

Espectral

de la

Codificación

(81)

Pseudoternario



_Ventajas

1. Se puede enviar la señal de sincronismo con la información.

2. No se tiene componente contínua.

3. Se disminuye el ancho de banda

(82)

Pseudoternario



_Desventajas

1. Una larga cadena de “1” hace perder el sincronismo.

(83)

Código Pseudoternario: Comparación de Potencia

Para la misma

probabilidad

de error, las

señales de un

código

multinivel

requieren 3 dB

(84)

Codificación Manchester

 _{Siempre hay una transición en mitad}

del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización.