REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICA

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA CÁTEDRA: TRANSMISIÓN DE DATOS TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DIGITAL Y CONCEPTOS BÁSICOS. Profesor: Ing. Henry Romero. Loyo Mora, Eduardo José. C. I: 18. 246. 759 Narváez Rojas, Carlos Alberto C. I: 19. 095. 897

Sumario 1. Conceptos generales de Sistemas de Comunicaciones. 2. Digital vs analógico. Características. 3. Información en formato digital. 4. Representación binaria de señales. 5. Técnicas de modulación digital. 6. Capacidad del canal de transmisión. 7. Multiplexión digital. 8. Perturbaciones en la Transmisión. 9. Codificación de línea.

Mundo analógico y digital: Características La información se puede propagar a través de sistemas de comunicaciones en forma de símbolos que pueden ser analógicos (proporcionales) o bien pueden ser digitales (discretos), debido a la existencia de información digital, existe la necesidad de desarrollar distintas técnicas de modulación que permitan una óptima transmisión de estos datos. Para este propósito existen tanto técnicas de modulación analógica como digital.

Mundo analógico y digital Modulaciones Analógicas: 1) Modulación de Amplitud 2) Modulación de Frecuencia 3) Modulación de Fase 4) Modulación de Amplitud de Pulsos 5) Modulación de Ancho de Pulsos 6) Modulación de Posición de Pulsos Modulaciones Digitales: 1) Modulación por Conmutación de Amplitud 2) Modulación por Conmutación de Frecuencia 3) Modulación por Conmutación de Fase 4) Modulación 4 -PSK, 8 -PSK y 16 -PSK 5) Modulación 8 -QAM y 16 -QAM

Cabe destacar que la información analógica como la digital pueden ser codificadas mediante señales analógicas o digitales. Datos digitales, señales analógicas: Los módems convierten los datos digitales en señales analógicas de tal manera que se puedan transmitir a través de líneas analógicas. Entre las técnicas básicas se encuentran: 1. Desplazamiento de amplitud (ASK - Amplitude Shift Keying) 2. Desplazamiento de frecuencia (FSK - Frequency Shift Keying) 3. Desplazamiento de fase (PSK - Phase Shift Keying)

Datos analógicos, señales analógicas: Los datos analógicos se modulan mediante una portadora para generar una señal analógica en una banda de frecuencias distinta. Algunas técnicas: 1. Modulación en Amplitud ( AM - Amplitude Modulation) 2. Modulación en Frecuencia ( FM - Frequency Modulation) 3. Modulación en Fase ( PM - Phase Modulation)

Datos digitales, señales analógicas: Una situación habitual, la transmisión de datos digitales a través de la red telefónica donde es posible trabajar con frecuencias de voz entre 300 y 3. 3 khz, no es por ende adecuada para la transmisión de señales digitales. Pero se pueden conectar dispositivos digitales mediante el uso de dispositivos módem (modulador-demulador) que convierten los datos digitales en señales analógicas y viceversa. Algunas técnicas: 1. 2. 3. Desplazamiento de amplitud (ASK) Desplazamiento de frecuencia (FSK) Desplazamiento de fase (PSK)

Comparación entre Analógico y Digital 1) La naturaleza de la modulante y la portadora: La modulante en las comunicaciones digitales es información digital la que se representa en forma binaria, a diferencia de la analógica. 2) Facilidad de generación: en comunicaciones a largas distancia, pueden ser regeneradas por completo en estaciones repetidoras intermedias ya que la información está en el código. 3) Ancho de banda: ocupa un gran ancho de banda en comparación con la señal analógica original, pero disminuye enormemente el ruido y los errores.

4) Influencia del ruido: No se acumulan los efectos del ruido gracias a que en cada repetidora se transmite una señal libre de ruido, también una codificación adecuada reduce la interferencia y los efectos del ruido. La atenuación se elimina. 5) Facilidad de multiplexado 6) Gran confiabilidad y estabilidad, aparte de todo eficiente ya que puede reducir la repetición innecesaria de información. 7) Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación de señales, por lo tanto producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica.

Bits y Baudios Un bit es el acrónimo de Binary Digit (Dígito binario), en los sistemas de comunicación digitales se define la “razón de bits”, bits que es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps). Un baudio es una unidad de medida, que es usada en telecomunicaciones, que representa el número de símbolos transmitidos por segundo en una red analógica, en los sistemas de comunicación digitales se define la “razón de baudio”, baudio que es la razón de cambio en la salida del modulador y es igual al recíproco del tiempo de un elemento de señalización de salida.

Bits y Baudios Entonces el baudio es el número de cambios de altos/bajos que se hacen en línea de transmisión por segundo. Como tal, describe la cantidad de veces que la línea de transmisión cambia de estado por segundo. Velocidad de transmisión: Es el número de bits transmitidos por segundo cuando se envía un flujo continuo de datos.

Velocidad de Transmisión Algunos valores de velocidad de transmisión standard son 2400, 4800, 9600, 19200 bps. Ejemplo: Si se tienen símbolos de 4 bits c/u, y deseamos determinar la velocidad de transmisión de un módem de 4800 baudios/seg se hace lo siguiente: 4800 baudios/seg * 4 bits = 19. 200 bps

Longitud de Onda La longitud de onda de la señal es la distancia que ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a una velocidad "v". Donde: c: Constante de la velocidad de la luz (3*10^8 m/s) f: Frecuencia de la señal

Longitud de Onda Ejemplo: La profundidad en el océano a la que se detectan las señales electromagnéticas generadas desde aeronaves crece con la longitud de onda. Por tanto, los militares encontraron que usando longitudes de onda muy grandes, correspondientes a 30 Hz, podrían comunicarse con cualquier submarino alrededor del mundo. La longitud de antena es deseable que sea del orden de la mitad de la longitud de onda. ¿Cuál debería ser la longitud típica de las antenas para operar a esas frecuencias? .

Espectro y ancho de banda Espectro: Es el margen de frecuencias contenidas en la señal. Existe el discreto y el continuo, conocer el espectro de la señal facilita el análisis de los sistemas de comunicaciones, en especial lo relacionado a su ancho de banda.

Espectro y ancho de banda 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 determina como: B = fmayor - fmenor

Relación entre ancho de banda y velocidad de transmisión El medio de transmisión limita mucho las componentes de frecuencia a las que puede ir la señal. Entonces el medio solo permite la transmisión de una cierta porción del ancho de banda. En el caso de ondas cuadradas, se pueden simular con ondas senoidales en las que la señal contenga solamente múltiplos impares de la frecuencia fundamental. Cuanto más ancho de banda, mucho más se parecerá la función seno a la onda cuadrada.

Relación entre ancho de banda y velocidad de transmisión Siendo que el ancho de banda de una señal está concentrado sobre una frecuencia central, al aumentar esta aumenta al mismo tiempo la velocidad potencial para transmitir la señal. El problema radica en que aumenta el coste de la transmisión pero obteniendo los beneficios de que disminuye la distorsión y la posibilidad de que ocurran errores.

Efecto del ancho de banda Para una mejor transmisión de la información digital, es necesario que el ancho de banda sea el suficiente para dejar pasar la mayor cantidad de armónicos posibles de los pulsos digitales

Simulación del ancho de banda mediante coeficientes de Fourier

Capacidad de información Esta representa el número de símbolos independientes que pueden pasarse, a través de un sistema, en una unidad de tiempo determinado. Como tal, este símbolo fundamental es el bit. A la hora de expresar la capacidad de información es conveniente hacerlo en bits por segundo (bps). En los Laboratorios de Teléfonos Bell, Hartley en 1928 desarrolló una relación que resultó bastante útil, donde englobaba el ancho de banda, la línea de transmisión y la capacidad de información.

Capacidad de información Esta es conocida como la Ley de Hartley: Hartley I: Es la capacidad del canal de información del sistema B: Es el ancho de banda disponible (Hz) T: Línea de transmisión (s) Con esta ecuación se puede concluir que la capacidad de información es una función lineal del acho de banda (B) y de la línea de transmisión (T), y es directamente proporcional a ambos. Si se llega a cambiar entonces, el B o el T ocurrirá un cambio directamente proporcional en la capacidad de información.

Capacidad de información Luego en 1948, Shannonm, relacionó la capacidad de información de un canal de comunicación al ancho de banda y a la relación señal-ruido. Esta relación, mucho más útil que la anterior, es conocida como Límite de Shannon, es como sigue: Donde: I: Capacidad de información (bps) B: Ancho de banda (Hz). S/N: Relación señal a ruido S/N (no posee unidades).

Coeficiente Eb/No Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio. Este resulta ser un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisión. Es medido en decibelios. Donde: Eb: Es la energía de señal por bit (Eb = S*Tb = S/R) Siendo S la potencia de señal, Tb el tiempo de un bit, y R vendría siendo bits/seg No: Densidad de potencia de ruido por Hz.

En donde se demuestra que: O en otras palabras: Donde K vendría siendo la constante de Boltzmann, cuyo valor es: y T la temperatura absoluta en grados Kelvin

Ejemplo: Si el nivel recibido de una señal en un sistema digital es de -151 d. Bw y la temperatura efectiva de ruido en el receptor es de 1500 K. ¿Cuál es el cociente de Eo/No para un enlace que transmite a 2400 bps?

Multiplexión Digital La multiplexión es la transmisión de información proveniente de varias fuentes, a través de un mismo medio de transmisión a diferentes destinos. (UNIÓN INTERNACIONAL DE TELECOMUNICACIONES).

Multiplexión Digital Es más práctico la utilización de sistemas combinados o multiplexores digitales que agrupa un gran número de sistemas individuales de Modulación por Código de Pulsos (PCM) en una sola línea de transmisión, a grandes distancias, donde se necesita una alta capacidad de canal.

Multiplexión Digital: Objetivo: El objetivo de los multiplexores digitales es combinar un número de flujos de impulsos de entrada, tributarios, en un solo flujo de impulsos de salida, con una velocidad digital bruta que es algo mayor que la suma de las velocidades de los tributarios y viceversa.

Perturbaciones en la Transmisión. 1) Atenuación 2) Distorsión de retado. 3) RUIDOS.

1) Atenuación y Distorsión de Atenuación: Es la reducción de la densidad de potencia de una onda electromagnética. Tipo de atenuación: a) Atenuación en el vacio: La que se produce cuando las ondas se propagan por el espacio y tienden a dispersarse. b) Atenuación por pérdida de absorción: Ocasionada por partículas que pueden absorber energía electromagnética. Ocurre cuando las

1) Atenuación y Distorsión de Atenuación : Es la diferencia entre la ganancia del circuito a determinada frecuencia, entre la ganancia correspondiente a una frecuencia de referencia.

2) Distorsión de Retardo de Envolvente ØEs un método indirecto para evaluar las características de retardo de un circuito, es decir , evalúa la relación entre la fase y frecuencia de un circuito. ØPara que la transmisión de datos no tenga errores se requiere una relación lineal entre la fase y la frecuencia.

3) Ruido Concepto: Es toda energía indeseable presente en la pasabanda útil de un canal de comunicaciones.

3) Ruido Tipos de ruido: a) Ruido correlacionado: es una relación entre la señal y el ruido. Es energía no deseada que se presenta como resultado directo de la señal. Ejemplo: Distorsión armónica y de intermodulación. b) Ruido no correlacionado: es la energía que hay en ausencia de una señal. Ejemplo: ruido térmico o de Gauss. El cual está presente en forma inherente , en un circuito debido a la estructura eléctrica del mismo.

Códigos de Comunicación de Datos: Concepto Los códigos de comunicación de datos son secuencias predeterminadas de BIT que se usan para codificar caracteres y símbolos. Clases de caracteres a) Caracteres de control de eslabón de datos b) Caracteres de control gráfico c) Caracteres alfa/numéricos

Códigos de Comunicación de Datos 1) Código de Baudot Ø 5 Bits. 25=32. ØCaracteres de paso a figuras. ØCaracteres de paso a letras. Ø 58 caracteres.

Códigos de Comunicación de Datos Código de Baudot

Códigos de Comunicación de Datos 2) Código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ü 7 Bits. 27= 128. ü LSB b 0. ü MSB b 6. ü b 7 BIT de paridad.

Códigos de Comunicación de Datos Código ASCII

Códigos de Comunicación de Datos Código ASCII

Códigos de Comunicación de Datos 3) Código EBCDIC ( Extended-binary-Coded Decimal Interchange Code) Ø 8 Bits. 28=256. ØLSB b 7. ØMSB b 0. ØSin bit de paridad.

Códigos de Comunicación de Datos

Códigos de Comunicación de Datos

Código IRA Alfabeto de Referencia Internacional (IRA), ó Alfabeto Internacional número 5, (IA 5). • 7 bits. 27=128 caracteres. 4 grupos. • Bit de paridad. • Detectar errores de un bit.

Código IRA ü Grupo 1: Control de Formato: 6 caracteres. ü Grupo 2: Control de Transmisión: 9 caracteres. ü Grupo 3: Separadores de Información: 4 caracteres ü Grupo 4: Miscelánea: 15 caracteres

Código IRA

Codificación de línea: Concepto (TOMASY, 2003). Consiste en convertir niveles lógicos normalizados a una forma más adecuada para su transmisión por línea telefónica.

Codificación de línea: Concepto (Stallings, 2007). En la señalización digital una fuente de datos g(t), (analógica o digital) se codifica en una señal digital x(t). La forma de onda de x(t) dependerá de la técnica de codificación empleada. Su elección busca optimizar el uso del medio de transmisión; minimizando el ancho de banda o la tasa de errores.

Factores para la selección de un formato de codificación de línea. Factores • Voltaje de transmisión y componentes de CD. • Ciclo de trabajo. • Ancho de banda. • Recuperación de reloj • Detección de errores. • Facilidad de detección y decodificación.

Cont. . Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 1)Voltaje de transmisión y componentes de CD. Los voltajes de transmisión pueden ser: a) Unipolares: Se transmite un solo nivel de voltaje distinto de cero. b) Bipolares: Se transmiten dos niveles de voltaje distintos de cero.

Cont. . Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 2) Ciclo de trabajo. a) Sin regreso a cero (NRZ). Si el impulso binario o ciclo de trabajo se mantiene durante todo el tiempo del bit. b) Con regreso o retorno a cero (RZ). Si el impulso binario o ciclo de trabajo ocupa menos que el tiempo del 100% del tiempo del bit.

Cont. . Factores para la selección de un formato de codificación de línea. Los voltajes de transmisión UP y BP, y la codificación RZ y NRZ se pueden combinar de varias maneras para obtener determinado esquema de codificación de línea.

Codificación de línea: Formatos de codificación de línea. a) UPNRZ. b)BPNRZ c)UPRZ d)BPRZ e)BPRZ-AMI

Codificación de línea: EJERCICIO 1. PLANTEAMIENTO: Para la siguiente secuencia de bits (1110010101100), trace el diagrama de sincronía para codificación: UPNRZ, BPNRZ, UPRZ, BPRZ y BPRZ-AMI.

Codificación de línea: Formatos de codificación de línea. Corrien te de bits: UPNRZ 1 1 1 0 0 1 1 0 V+ 0 V V- 0 V V+ 0 V V+ 0 V+ V- BPRZ-AMI 1 BPRZ 0 0 V V- UPRZ 1 V+ BPNRZ 0

Codificación de línea: Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 3) Ancho de banda. Ø Para determinar el ancho de banda mínimo necesario para la propagación de una señal codificada el línea se debe determinar su mayor frecuencia fundamental. ØLa frecuencia fundamental máxima se determina con el peor de las casos de secuencia de bit

Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 4) Recuperación de reloj. ØPara recuperar y mantener la información de sincronización a partir de la señal de datos recibidos, estas deben tener una cantidad suficiente de transiciones. ØEn UPNRZ, BPNRZ, UPRZ y BPRZ-AMI una cadena larga de ceros genera una señal de datos sin transiciones. ØEn BPRZ se presenta una transición en cada posición de BIT, independientemente si el BIT es uno o un cero.

Codificación de línea: Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 5) Detección de errores. Ø En las trasmisiones UPNRZ, BPNRZ, UPRZ y BPRZ no hay manera de determinar si los datos recibidos contienen errores. ØEn las trasmisiones BPRZ-AMI existe un mecanismo de detección de errores.

Codificación de línea: Factores para la selección de un formato de codificación de línea. 6. Facilidad de detección y decodificación. ØLa transmisión bipolar se adapta mejor a la detección de datos porque su componente promedio de cd es igual a 0 V. No es deseable que exista una componente cd , porque puede causar una mala interpretación de la condición lógica de los pulsos recibidos.

Codificación de línea: Factores para la selección de un formato de codificación de línea. Formato de codificación Ancho mínimo de banda CD Promedio Recuperación de Reloj Detección de errores UPNRZ fb /2* +V/2 Mala No BPNRZ fb /2* 0 V* Mala No UPRZ fb +V/4 Buena No BPRZ fb 0 V* Óptima* No BPRZ-AMI fb /2* 0 V* Buena Si* *Indica el mejor desempeño o calidad

Codificación de línea. Otros códigos de codificación de línea formato características No retorno a nivel cero (NRZ-L) 0 = nivel alto. 1 = nivel bajo No retorno a cero invertido (NRZI) 0 = no hay transición al comienzo del intervalo(un bit cada vez). 1 = transición al comienzo del intervalo. Bipolar-AMI 0 = no hay señal. 1 = nivel positivo o negativo, alternante. Pseudoternario. 0 = nivel positivo a negativo alternante. 1 = no hay señal. Manchester 0 = transición de alto a bajo en mitad del intervalo. 1 = transición de bajo a alto en mitad del intervalo. Manchester diferencial 0 = transición al principio del intervalo. 1 = no hay transición al principio del intervalo. Siempre hay una transición en mitad del intervalo.

Codificación de línea. Otros códigos de codificación de línea

Codificación de línea. EJERCICIO 2: PLANTEAMIENTO: Para la siguiente secuencia de bits (1110010101100), trace el diagrama de sincronía para codificación: UPNRZ, BPNRZ, UPRZ, BPRZ y BPRZ-AMI.

Codificación de línea. Otros códigos de codificación de línea Corrien te de bits: NRZ-L 0 0 1 0 1 0 0 V 0 V V+ 0 V V- V+ 0 V V- Manchester 0 V- Manchester 1 Pseudoternario 1 0 V V+ Bipolar-AMI 0 V+ V+ NRZI 1 V+ 0 V diferencial V-

Codificación de línea. Otros códigos de codificación de línea

Técnicas de Scrambling: Definición Consiste en reemplazar las secuencias de bits que generen niveles de tensión constante, por otras secuencias que tengan un número suficiente de transiciones, para que el reloj del receptor pueda mantenerse sincronizado.

Debe Técnicas de Scrambling: Condiciones: 1. Proporcionar suficiente número transiciones para que el reloj mantenga sincronizado. de se 2. Debe ser reconocida por el receptor y sustituida por la secuencia original. 3. original.

Técnicas de Scrambling: Objetivos: 1) Evitar la componente en continua. 2) Evitar las secuencias largas que 3) correspondan a señales de tensión nula. 4) No reducir la velocidad de transmisión de los datos. 5) Tener cierta capacidad para detectar errores.

Técnicas de Scrambling: Características: ØB 8 ZS (Bipolar with 8 -Zeros Substitution) Ø Bipolar con sustitución de 8. ØSe basa en un BP-AMI. 1) Si aparecen 8 ceros sucesivos y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, se codifica dicha secuencia como: 000+-0 -+ 2) 2. Si aparece 8 ceros sucesivos y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, se codifica dicha secuencia como: 000 -+0+-

Técnicas de Scrambling: V: violación de secuencia bipolar Estrategia: B: bit bipolar valido Pulso anterior: + → 0 0 0 + - 0 - + Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -

Técnicas de Scrambling: 1. Se fuerzan dos violaciones del código AMI. 2. Probabilidad muy baja de haber sido causada por el ruido u otros defectos en la transmisión. 3. El receptor identificará ese patrón y lo interpretará convenientemente como un octeto todo ceros.

Técnicas de Scrambling: Tipos HDB 3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Se basa en la codificación AMI Consiste en reemplazar cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. El cuarto cero se sustituye por una violación del código.

Técnicas de Scrambling: La sustitución dependerá: a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar. b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de los cuatro ceros.

Técnicas de Scrambling: Numero Impar de 1’s Desde la última sust.

Técnicas de Scrambling: EJERCICIO 3: PLANTEAMIENTO : Para las siguientes secuencias de bits trace el diagrama de sincronía. 1)Para B 8 ZS: 1001100001010 Y 1000000001010 2)Para HDB 3: 110000110000010

Técnicas de Scrambling: Tipos Corrient e de bits: B 8 ZS 1 0 V+ 0 V 0 1 V- Corriente de bits: B 8 ZS 1 0 V+ 0 V 0 1 0 HDB 3 1 1 V+ 0 V V- 0 0 0 0 0 V B 1 V- Corrient e de bits: 0 0 0 0 V B 0 0 V 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 V B 0 0 V

RETROALIMENTACIÓN: üPREGUNTAS Y üRESPUESTAS GRACIAS

Bibliografía Unión Internacional de Telecomunicaciones. Disponible en: www. itu. int/itudoc/itu-d/dept/psp/ssb/planitu/plandoc/digmux-es. pdf Fundamentos de Telemática. Disponible en: http: //www. it. uniovi. es/ old/material/telemática/fundamentos/Fundamentos. Telematica-Tema 5. pdf Técnicas de Multiplexing Modulación y Demodulación de Señales. Disponible en: http: //www. it. uniovi. es/docencia/Telecomunicaciones/arss/ material/arss. Tema 2 -Tecnicas. Multiplexing. pdf TOMASY , Wayne. (2003) Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. 4 ta Edición. Pearson. Prentice Hall. México. STALLINGS, william. (2007). Comunicaciones y Redes de Computadores. 7 ta Edición. Pearson. Prentice Hall. México.