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2 1 Transmisión de Datos, (TXD) Carmen Moliner Peña [email protected] Dpto. de Telemática

3 2 Atención!! Las diapositivas que tienen en una esquina el esquema de significa que tiene comentarios aclaratorios en el área de notas del Power Point que deben ser leídos para mayor esclarecimiento del contenido de la diapositiva.

4 3 Sumario Contenido de la Asignatura Sistema de Evaluación Introducción a la Transmisión de Datos

5 4 Contenido de la Asignatura Conceptos Básicos de Transmisión de Datos Teoría de Información. Banda Base. Modulación. Interfaces. Equipos para la Transmisión de Datos.

6 5 Sistema de Evaluación 1 Evaluación escrita Trabajo investigativo

7 6 Introducción a la Transmisión de Datos

8 7 Causas de la convergencia de las Telecomunicaciones y la Informática.

9 Algunas causas de la convergencia de las Telecomunicaciones y la Informática La microelectrónica, impulsora común. La gran componente de software incorporada a los productos de telecomunicaciones. Las aplicaciones informáticas muchas requieren de conectividad. La digitalización de las señales. La amplia extensión de los protocolos de Internet.*

10 9 Protocolos de Internet Ampliamente difundidos Se adaptan a distintas redes de telecomunicaciones. Costo mínimo. Son evolutivos Permiten construir sistemas de comunicación homogéneos que usan tecnologías de hardware heterogénea. Poseen un enorme potencial de aplicaciones, muchas de las cuales están aún sin explotar.*

11 10 Tránsito hacia la convergencia de las telecomunicaciones y la informática

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13 12

14 13 Avance Tecnológico Cada servicio su propia red Conmutación de circuitos. Poca inteligencia. Enrutamiento preestablecido. Tarifas por tiempo de uso y distancia. Redes multiservicios. Conmutación de paquetes Mayor inteligencia. Enrutamiento dinámico, óptimo y por paquetes. Tarifas independientes de la distancia. AyerHoy

15 De las siguientes áreas de conocimiento y aplicación: Electrónica Informática Telecomunicaciones* Convergencia tecnológica

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18 17 Consecuencias de la convergencia de las telecomunicaciones y la informática

19 18 Modificación de los servicios actuales Telefonía Telefax. Datos Redes privadas Telefonía IP E-mail Internet. Intranet etc*

20 19 Crecimiento del tráfico de datos Tráfico de PSTN fue igual al tráfico de Internet en 2002 La venta de equipamiento para datos fue mayor que para la PSTN en el 2002. El crecimiento de Internet crece en un 400 % por año. *

21 20 Impacto de la convergencia de las telecomunicaciones y la informática en la sociedad

22 21 Impacto de la convergencia en la sociedad * Educación a distancia. * Comunidades virtuales. * Modificaciones en el entorno de trabajo. * Posibilidad de estar siempre presente. * Comercio electrónico. * Entretenimiento. * Obtención de información. * Salud.*

23 22 Conclusiones r La convergencia de las telecomunicaciones y la informática es hoy una realidad. r Las empresas de telecomunicaciones han comprendido esto y toman medidas en esa dirección. r Se requiere la formación de especialistas en telemática. r Se prevé el surgimiento continuo de aplicaciones telemáticas. *

24 23 Integración Telecomunicaciones - Informática Productores de soluciones informáticas: Dan soluciones integradas por posibilidades de la conectividad. Proveedores de servicios de comunicaciones : Brindan servicios de valor añadido a partir de la informática. Idénticas tecnologías: Centrales de conmutación automáticas, redes locales, etc. Impacto en lo organizativo: (Dpto.. Informática + Tele) = Dpto. Sistemas 

25 24 Evolución de la Informática 1ra y 2da Generación : Un proceso con dispositivos periféricos limitados 3ra Generación: Procesamiento por tiempo compartido. Computadoras con sus terminales 4ta Generación: Computadoras personales, redes de computadoras, procesamiento distribuido  Surge la TELEINFORMÁTICA TELEINFORMÁTICA ES LA CIENCIA QUE TRATA DE LA CONECTIVIDAD A DISTANCIA ENTRE PROCESOS

26 25 Evolución de la Telemática Telemática computadoras multiproceso Procesos distribuidos válvula transistor Circuitos integrados LSI VLSI teléfono Transmisión analógica Transmisión digital RDSI Telemática Telecomunicaciones Informática RDSI-B NGN

27 26 Preguntas para la autoevaluación 1.Refiera 3 procesos o aplicaciones que ejemplifiquen la integración de la Informática y las Telecomunicaciones. 2.Ejemplifica en tu medio de trabajo cómo se refleja el proceso de integración de Informática- Telecomunicaciones. 3.Justifica la necesidad de que un graduado de Informática tenga que conocer aspectos de telecomunicaciones y lo inverso.

28 27 Telefónico Valor Datos Datos- Mejor esfuerzo Según Revista de Telecomu- nicaciones de Alcatel (2001) Proyección Comportamiento del tráfico hasta el 2006

29 28 Escenarios de Inicios de Siglo  Sociedad basada en el consumo intensivo de Información.  Sobrecumplimiento de los pronósticos de crecimiento de tráfico de internet.  Crecimiento moderado del tráfico telefónico.  Crecimiento espectacular del tráfico de datos.  Migración de redes Privadas a VPN en internet.  Etc. Red de Próxima Generación (Next Generation Network) N G N

30 29 Red de Próxima Generación (NGN) Principios  flexibilidad  Servicios fijos   servicios móviles  tráfico de voz   tráfico de datos   rentabilidad   transporte de VoIP   nuevos servicios y aplicaciones avanzadas.   etc..

31 30 Evolución de las Redes Uso generalizado de IP de IP X.25 PDH NGNAlternativasdeSoluciones FR + Ágil CambioProcedimiento + Ágil+ Ágil IntegracionIntegracion QoSQoS ATM Cambio Tecnmologia y Procedimiento DWDM SDH DWDM : Solución que representa elemento de ruptura en la secuencia de evolución tecnológica gestión tolerancia a fallo escalabilidadflexibilidad

32 31 Sistema Básico de Transmisión de Datos fuente transmisor canal de transmisión receptor destino información Señal transmitida Señal recibida Información recuperada*

33 32 Modelo de un sistema de Transmisión de Datos fuente procesamiento en TX canal destino procesamiento en RX efectos indeseables*

34 33 Procesamiento en transmisión fuente codificación de la fuente cifrado codificación de canal Banda Base Modulador Medio de CX* Mux

35 34 Procesamiento en recepción del medio de CX demoduladordetector Decodificación de canal descifrado destino* Mux Decodificación de fuente

36 35 Canal discreto fuente codificador de fuente codificador de canal destino decodificador de fuente decodificador de canal cifra do desci frado canal discreto canal discreto Caracterizado por: alfabeto velocidad de transmisión Pe otras características*

37 36 Modelo de un sistema de transmisión de datos Decodif. fuente Des- cifrado Decodif. canal Demo- dulador Banda Base Codif. canal CANAL fuente Codif. fuente cifrado MUX Banda Base Modu- lador DEMUX De otras fuentes A otros destinos Sincronización* Mensaje en formato numérico destino

38 37 Sincronización Permite coordinaciones temporales y de frecuencia entre elementos y bloques del sistema. – Sistema coherente (requieren recuperación de frecuencia y fase de la portadora. –Sistemas no coherentes Sincronización temporal –Sincronización de símbolo –Sincronización de trama

39 38 Preguntas ¿Qué importancia le atribuyes al proceso de sincronización de bits? Cualquier comunicación sincrónica viene precedida de un proceso de sincronización de bits. Justifica por qué ese proceso debe anteceder al de la transmisión de información.

40 39Codificación Decodificación* CanalCanal fuente Codif. de fuente cifrado Codif. de canal transmisor receptor Decodif de canal descifrado Decodif. de fuente destino Sistema Básico de Transmisión de Datos

41 40 Codificación de fuente (o compresión de datos) :. Elimina redundancia. Codificación de canal (protección contra errores):. Introducción de redundancia controlada.. Cifrado de datos: Protección de los mensajes contra accesos no. autorizados* Codificación

42 41 Pulso rectangular Efectos indeseables de la Transmisión de la Transmisión Atenuación Distorsión Interferencia Ruido *

43 42 Efectos Indeseables Atenuación : Deterioro del nivel de potencia de una señal. Distorsión: Modificaciones de la forma de la señal por ancho de banda limitado. Interferencia: Contaminación de la señal util con otras señales generadas por el hombre Ruido: idem con señales aleatorias.*

44 43 Preguntas ¿Por qué decimos que el efecto de atenuación y distorsión, tal y como muestra la gráfica, están íntimamente relacionados? Es más si fuéramos rigurosos hablaríamos de un solo efecto. ¿Cuáles funciones debían cumplir dispositivos encaminados a disminuir la distorsión?

45 44 Tipos de Señales información analógica señal analógica informacin digital señal analógica información digital señal analógica MODEM información analógica señal digital A/D información digital señal digital* DSU/CSU

46 45 Conversión Analogo Digital Señal analógica Señal digital cuantificador Conv. A/D codificador muestreo 5.2 6.3 6.8 5.5 4.0 5 6 7 6 4 101 110 111 110 100* 7654321076543210

47 46 Pregunta ¿En el proceso de conversión análoga digital, de qué dependerá la magnitud del ruido de cuantificación?. Refiera una acción a tomar en la implementación del conversor A/D para que el ruido de cuantificación disminuya. ¿ Qué efectos tendría este procedimiento en la velocidad binaria generada en el proceso de conversión?

48 47 Concepto de espectro Familiarización con las representaciones temporales de las señales.  Dominio del tiempo. Procesos en Telecomunicaciones se caracterizan mejor en el dominio de la frecuencia. Dominio de la frecuencia  Concepto de Espectro. Señal  Contenido de frecuencia Sistema o canal  Comportamiento del mismo para diferentes frecuencias

49 48 Ancho de Banda de un canal Ancho del Rango de frecuencias en que transmite de forma adecuada una señal de comunicaciones. Se mide en Hz. Práctica generalizada de expresarlo en bps. Ancho de Banda de una señal Ancho del Rango de frecuencias en que la señal contiene la parte más importante de su potencia.(90%, por ej.) Se mide en Hz.

50 49 Modos de Transmisión de señales digitales: Banda base y Modulado Señal Digital : Numero de estados finitos. (Señal sin modular) Banda Base 0 1 0 1 1 0 01 10 11 10 11 01 00 Señal Digital Señal analógica (Modulada) variación continua con el tiempo* MODEM

51 50 Modulación Modulación = Alteración sistemática de los parámetros de una portadora al compás de una señal de información (moduladora) Modulador portadora modulada* moduladora

52 51 Modulación de señales digitales 0 1 0 1 0 A cos (2  fct +  ) Conmutación de amplitud ASK Conmutación de Frecuencia FSK Conmutación de Fase PSK* Amplitud fase FrecuenciaClásicas

53 52 Modulaciones Multifásicas-Multinivel Incremento de velocidad con = Bt PSK 2  01 Vi =Vs PSK 4    11 10 01 00 Vi =2Vs          1111 QAM 16 Mayor Probabilidad de error, pago por tener mayor Vi.* Vi = 4Vs Constelación de Modulación

54 53 Pregunta Una constelación de modulación con 64 puntos, cada uno de ellos identificados por su distancia al origen y por su ángulo formado entre la línea que lo une al origen con el eje de 0 grados, si se tiene una velocidad de señalización de 2400 Baudios, ¿ que velocidad de información transporta en bps?

55 54 Pregunta Si N es el número de puntos de la constelación y Vs la velocidad de señalización en Baudios, encuentra la relación entre N, Vs y la Vi en bps.

56 55 Medios de Transmisión

57 56 Medios de Transmisión Par Trenzado Cable coaxial Fibra Optica Radioenlaces Comunicación vía satélite

58 57 Medios de Transmisión Líneas Aéreas: Hilos de cobre o aluminio revestidos de cobre Cables de pares: par trenzado no blindado (UTP) par trenzado blindado (STP). UTP: barato, fácil instalación, permite pequeñas curvaturas. Permite algunos Mbps en distancias muy cortas. Pobre protección contra el ruido y la interferencia. STP: Mas caro que UTP, mejor protección contra ruido e interferencia.

59 58 UTP Según norma de EIA (Electrical Industries Association) Categoría 1: Servicios Telefónicos. “ 2: T 1 / E 1, 1.54 / 2.048 Mbps. “ 3: (Voice Grade) “ 4: (Data Grade) “ 5: (Hyper Grade) ¨ 6 y 7

60 Ancho de banda del cobre (100 metros) MHz

61 Unshielded -vs- Shielded +V -V +v+n -v+n TxRx2V EMI Hub NIC Balance EMI +V -V +v -v TxRx2V Hub NIC Shielding

62 Tipos de cable apantallado –FTP = pantalla global –S-FTP = pantalla completa más malla adicional –100  CAT3/4/5/6  STP ó STP-A = 150  IBM Cabling System  PiMF = 100  “Pairs in Metal Foil” cables  Pares individuales apantallados para mejorar el NEXT  Apantallado global para mejorar el comportamiento EMC STP or PiMF

63 62 Cable coaxial Conductor principal Malla (conductor secundario, generalmente conectado a GND) dieléctrico  Mas inmune al ruido y la interferencia  Menor atenuación a altas frecuencias  Mas caro, pesado, grueso que los pares trenzados RG - 11 Coaxial Grueso Z 0 = 50  RG - 58 Coaxial Fino Z 0 = 50  RG - 62 Z 0 = 90  CATV Z 0 =75 

64 Cable coaxial

65 64 VENTAJAS Y DESVENTAJAS del coaxial Ventajas: Bajos costos de fabricación para aplicaciones domésticas en comparación con la FO. Fácil instalación y conectorización aunque peor que el par de cobre. Desventaja fundamental: Limites en la velocidad de transmisión y ancho de banda en comparación con la FO. Poca flexibilidad y costo comparado con el UTP.

66 65 Fibra Óptica Vidrio o plástico Transmite impulsos luminosos generados por LEDs o diodos láseres. Alcanza Gbps a distancias hasta de Kms entre repetidores. Fibra Monomodo : Mayor ancho de banda, menor atenuación requiere de diodos láseres. Fibra Multimodo: Menor ancho de banda que monomodo pero mucho mayor que otros medios de transmisión. Ventaja: Alta inmunidad al ruido electromagnético, gran seguridad para la información y los más altos anchos de banda.

67 66 Constitución de una fibra Core : núcleo. Parte mas interna de la fibra. Índice de refracción (n1=1,47) Cladding : Cubierta.Capa intermedia. Sirve para confinar la luz en el núcleo. Índice de refracción (n2=1,46) Buffer : Revestimiento.Capa más externa que sirve para proteger la fibra.

68 67 Propagación de la luz La luz inyectada en el núcleo se va reflejando en el interface formado por el núcleo y el recubrimiento siempre que n1>n2. Si el ángulo de incidencia es mayor que el crítico, la luz se propaga por el interior del núcleo. Si por el contrario es menor, atraviesa el Cladding y se pierde.

69 Tipos de fibra óptica V 125 62.5 or 50 Multi-mode 0 V 0 V Output Waveform Input Waveform 125 9 Single-Mode 0 V 0 VV 0 0 V 0 V 0

70 69 Tipos de fibra óptica Multimodo, salto de índice Multimodo, índice gradual Monomodo, salto de índice

71 70 Pregunta Justifica por qué la fibra monomodo tiene un ancho de banda mayor que una multimodo. ¡Qué consecuencias tendrá en cuanto a las velocidades de información que las primeras son capaces de transportar en comparación con las segundas?

72 71 Tipos de fibra: Aplicaciones Multimodo –Núcleo 50 o 62.5 micras –Fuente de luz: LED´s con longitud de onda de 850 o 1300 nm (1ª o 2ª ventana) –Uso en redes locales (LAN´s) Monomodo –Núcleo 9 micras –Fuente de luz: Laser con longitud de onda de 1300 o 1550 nm (2ª o 3ª ventana) –Uso en telefonía y CATV

73 72 Cables de fibra óptica Cables de construcción ajustada (tight buffered) –Fibra de 250 micras con cubierta de 900 micras –Aplicaciones de interior o exterior en distancias cortas y suficientemente protegida Cables de construcción holgada (loose tube) –Fibra de 250 micras directamente en tubos, con o sin relleno de gel. –Aplicaciones de exterior, ambientes hostiles, cables aéreos, etc.

74 73 Ventajas de la Fibra respecto al cobre Cable de 2400 pares. Diámetro 80mm Peso 20 650 kg 800 Hrs/hombre Cable de Fibra Peso 350 Kg 88 horas/hombre Diametro 3.5 mm Además la FO tiene mayor ancho de banda y es más inmune al ruido y la interferencia

75 74 Pregunta Se dice que la Fibra óptica es el medio de transmisión guiado por excelencia. Resume las características que justifican esta afirmación. Explica las razones por las cuales no es el único medio de transmisión guiado que se emplea.

76 La decisión sobre el medio de transmisión Consideremos ancho de banda, arquitectura y presupuesto para cada uno. UTP Shielded Twisted Pair fiber

77 76 Radioenlaces  Antenas que reciben y transmiten señales electromagnéticas moduladas en el rango de frecuencias elevadas.  Requieren de visibilidad directa.  Para largas distancias precisan de repetidores por la curvatura de la Tierra.  Los satélites geoestacionarios dan adecuada solución. Tierra

78 77 Comunicación Vía Satélite Satélites geoestacionarios. Naturaleza de difusión ==> usados en TV. –Caída de precios de las antenas receptoras ha permitido los DBS (Direct Broadcast Satellite). Enlaces entre centrales telefónicas internacionales. Aplicaciones de redes de datos privadas: –VSAT

79 78 VSATs Very Small Aperture Terminal. Alternativa de bajo costo para TXD ($400 USD/mes). La potencia de la señal está concentrada en un haz y colima una zona pequeña lo que abarata la antena. 1 estación terrena con Hub central y muchas estaciones terrenas VSATs. Sitio central difunde a todas las VSATs a una única frecuencia. Cada VSAT transmite a diferente frecuencia.

80 79 VSAT Estación Hub VSATs

81 80 Formatos de T ransmisión de señales digitales Formato de transmisión asincrónico Formato de transmisión sincrónico

82 81 Formatos de T ransmisión Formato de transmisión asincrónico Cada caracter precedido por pulso de arranque y terminado por pulso de parada. 1 2 3 4 5 6 7 8 arranque parada inactivo arranque en este caso 20% perdido 1 1 1 0 0 1 0 0 inactivo arranque parada arranque

83 82 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 100% eficiencia Formato de transmisión sincrónico Los caracteres se suceden a intervalos fijos sin pulsos de arranque y parada. Formatos de T ransmisión 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1

84 83 Pregunta Aprecie que el formato de transmisión asincrónica tolera pequeñas desviaciones del reloj de transmisión con el reloj de recepción que se resincroniza con la llegada de cada pulso de arranque sin que se produzcan sobrelecturas de un bit o se salte un bit por leer. ¿Sería esto posible si la resincronización se hiciera cada 10 mil pulsos de información?. Explica.

85 84 Transmisión serie y paralelo Transmisión simultánea de todos los bits de un carácter un hilo por cada bit del carácter. Empleada en muy cortas distancias y para rápidas transferencias Transmisión paralela

86 85 Transmisión Serie Registro serie/paralelo transmisión serie Por un solo hilo se transmiten secuencialmente los bits correspondientes a cada carácter. Mas lento que el paralelo pero mas económico Empleado para la transmisión de señales

87 86 Simultaneidad emisión recepción Tx Rx Simplex Transmite en una sola dirección Típico de los sistemas de difusión.

88 87 Simultaneidad emisión recepción Tx/Rx o Semiduplex (half duplex) Transferencia de informacion en ambos sentidos pero NO simultáneamente Tx/Rx

89 88 Simultaneidad emisión recepción Tx/Rx duplex (full duplex) Transmite y recibe simultáneamente

90 89 Pregunta ¿La operación full duplex, se podrá realizar empleando dos hilos solamente? La respuesta es si, los fundamentos de la respuesta la verás cuando estudies multiplex por división en frecuencia y la cancelación de eco entre otras cosas.

91 90 Proceso de Multiplexación Múltiples señales por el mismo soporte físico. ( Medio compartido). Multiplex División de Frecuencia (MDF): Señal en rangos de frecuencia diferentes. Multiplex por División de Longitud de Onda (WDM,DWDM). Señales ópticas en diferente LO. Multiplex División de tiempo (MDT): Señal en intervalos de tiempo diferentes (time slots). Multiplex División de Código (MDC): Señal emplea diferentes códigos para su procesamiento.

92 91 MDT ABCABC Isócrono A B C A B C A B C A B A C A C A Intervalos no usados = perdidos Multiplex Estadístico ABCDEFABCDEF B A D A B F B C B E A Mayor eficiencia, los intervalos se asignan según la necesidad, requiere campo de dirección Multiplex de señales digitales Intervalos fijos para cada canal canales tributarios señal global

93 92 Jerarquía Digital de PCM.... E0 = 64 Kbps E1 = 2.048 Mbps E2 = 8.448 Mbps E3 = 34.368 Mbps E4 = 139.264 Mbps Multiplexores

94 93 Conclusiones Predominio de la transmisión de datos en la actualidad. Nuevas soluciones para las redes de datos. Efectos indeseables en la transmisión. Modos de Transmisión. Análisis Espectral, necesario para comprender procesos de comunicaciones. Diversidad de medios de Transmisión. Sincronismo. Métodos de Multiplex.