Unidad didctica 2Aspectos fsicos de la transmisin de datos

Autor: Santiago Galvn Snchez

ndice

Seales digitales vs analgicas. Propiedades de una seal analgica. Ancho de banda. Decibelios. Atenuacin. Ruido. Diafona. ACR AWG.

Medios de transmisin inalmbricos. Longitud de onda. Espectro de frecuencia. Baudios. Transmisin serie y paralela. Sincronizacin. Modulacin. Multiplexacin.

Seales digitales vs analgicas

Una seal analgica es aquella capaz de tomar un rango infinito de valores.

Una seal analgica es un voltaje o corriente que vara suave y continuamente

Una seal digital es aquella que toma un nmero finito de valores.

Las seales digitales, en contraste con las seales analgicas, no varan en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos Una seal que toma ms de dos valores sigue siendo digital siempre y cuando estos valores sean finitos: 2, 3, 4, 5, etc.

Un ejemplo fsico sencillo sera el de un reloj de pulsera:

Un reloj de manecillas, cuyas manecillas cambien de posicin de manera continua (no en saltos); en este caso se trata de una representacin analgica de la hora. Aqu, el tiempo tiene un rango de valores continuo, como por ejemplo de las 12:00 exactas a las 12:00 y 1/3 de segundo, o cualquier valor intermedio. Por el contrario, un reloj con pantalla digital est limitado a estados discretos. Aqu el tiempo salta de las 12:00 y 0 segundos a las 12:00 y un segundo, sin sealar el tiempo intermedio. Es una representacin digital.

Propiedades de una seal analgicaLa importancia seales senoidales radica en que muchas seales pueden ser expresadas como la suma seales senoidales (Teorema de Fourier).

La frecuencia

z(t) = A sen ( W*t + F )

La frecuencia se define como el nmero de oscilaciones por unidad de tiempo (generalmente, por segundo). Entendiendo por oscilacin el ciclo completo de una onda. Si se producen muchas oscilaciones en un segundo estaremos hablando de altas frecuencias, si, por el contrario, son pocas, hablamos de bajas frecuencias. La frecuencia se representa con la letra (W) y se expresa en hercios.

1 1 1 1

Hz equivale a 1 ciclo/s Kilohercio (kHz) = 1.000 Hz. Megahercio (MHz) = 1.000.000 Hz. Gigahercio (GHz) = 1.000.000.000 Hz.

W = 1, en un segundo hay 1

W = 2, en un segundo hay

W = 4, en un segundo hay 4

La fase

z(t) = A sen ( W*t + F )

Indica el intervalo de tiempo que va desde el instante inicial al primer punto donde la seal toma el valor 0.

Objetivo: Saber que es el ancho de banda

Al ancho de banda se hace referencia de dos formas:

Bit por segundos. MHz. Megahercios.

Algunos valores importantes de anchos de banda son:

Odo humano:................................................20 kHz (20Hz a 20 kHz) Voz: ...............................................................Hasta 5 kHz Canal telefnico:............................................3.1 kHz (300hz a 3.4 kHz) Seal de audio de alta fidelidad: ..................15 kHz Seal de video: ................................................4.2 mHz (FORMATO NTSC) Canal de audio (F.M.): .....................................200 kHz Canal de televisin:..........................................6 mHz (FORMATO NTSC) Redes de cable: ...............................................330 MHz a 1 GHz

Pero qu es el ancho de banda?

Ecuacin de una seal senoidal

Una seal senoidal queda representada por la siguiente funcin:

v t = A sen 2 ft Amplitud pico Amplitud pico (v) (v) Frecuencia Frecuencia (Hz) (Hz) Fase Fase (rad) (rad)

Teorema de Fourier

Cualquier funcin peridica se puede expresar mediante la suma de una funcin fundamental y diferentes trminos armnicos (seales senoidales que se suman).

f(t) = a0+a1cos w t +a2 cos 2w t +...+an cos nw t +...+ b1 sen w t +b2 sen 2w t +...+bn sen nw t +...

Aplicado a las seales elctricas, nos dice que una seal binaria esta compuesta por infinitos trminos armnicos o funciones senoidales. Cuanto ms trminos se aadan a la seal, ms se parecer a la onda cuadrada original. Podemos ignorar algunos de estos trminos sin que se pierda la forma de la seal cuadrada. Los armnicos que menos contribuyen en la formacin de la seal original son aqullos que poseen una frecuencia mayor y una menor amplitud.

Descomposicin de una onda cuadrada en armnicos

f(t) = a0+a1 cos w t +a2 cos 2w t +...+an cos nw t +...+ b1 sen w t +b2 sen 2w t +...+bnsen n w t +...

En una onda cuadrada, mientras ms estrechos sean los pulsos ms armnicos (terminos senoidales) sern necesarios para representar la seal.

Pulsos ms estrechos significa ms velocidad. Ms armnicos significa trminos con una mayor frecuencia

Ancho de banda

Todo medio de transmisin est limitado por un ancho de banda mximo. Esto quiere decir que cuando circula una seal por l, es posible que existan determinados armnicos de ella que no puedan ser transportados por el medio (los que tienen una frecuencia mayor). Esos armnicos se pierden y la seal que llega al destinatario puede haberse modificado considerablemente.

Ancho de banda Implicaciones

Una seal digital con pulsos ms estrecho significa una seal ms rpida. Mientras ms estrecho sean los pulsos la seal tendr cada vez armnicos significativos de ms alta frecuencia. Estos armnicos de alta frecuencia deben poder viajar por el medio. Por eso el medio tiene que tener un ancho de banda mayor si queremos transmitir ms rpido. El ancho de banda de un medio es el rango de frecuencias de las seales que permite transmitir.

Ancho de banda La lnea telefnicaLos cables telefnicos tienen un ancho de banda aproximado de 3.000 Hz. Mientras menos armnicos se transmitan menos se parecer la seal recibida a la transmitida Bits por segundo Frecuencia Nmero de del primer armnicos que armnico Hz llegan al receptor

300 600 1.200 2.400 4.800 9.600 19.200 38.400

375 75 150 300 600 1.200 2.400 4.800

80 40 20 10 5 2 1 0

Banda ancha y banda estrecha

Se usa en diferentes contextos:

Velocidad

Banda ancha. Medios con un alto ancho de banda ms velocidad. A partir de 2 megabits por segundo. Banda estrecha. Medios con un bajo ancho de banda baja velocidad. Banda ancha. Permite el envo simultneo de varios datos por el mismo canal. Banda estrecha. Slo se puede enviar un dato al mismo tiempo por el mismo canal. Banda ancha. Permite la transmisin de seales digitales. Banda estrecha. Permite la transmisin de seales analgicas.

Envo simultaneo de datos usando el mismo medio:

Tipos de seales.

Decibelios

Se denomina decibelio a la unidad relativa empleada en Acstica y Telecomunicacin para expresar la relacin entre dos magnitudes, acsticas o elctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. La ganancia de potencia G de un amplificador es la relacin entre la potencia de salida y la potencia de entrada:

Si la potencia de salida es 30 W y la de entrada 15 W, la ganancia es:

Lo que significa que la potencia de salida es 2 veces mayor que la de entrada. La ganancia si es menor que 1, se llama atenuacin.

Decibelios

El logaritmo decimal de la ganancia expresa su relacin en la unidad logartmica el Belio, denominado as en honor de G. Bell. Dos potencias difieren en N Belios cuando:

Decimos que una seal de potencia Pout tiene un nivel de N Belios respecto a otra seal de potencia Pin:

Como el Belio es una unidad muy grande, se utiliza un submltiplo diez veces menor: el decibelio, cuya notacin abreviada es dB.

Decibelios

Por lo tanto, las expresiones en decibelios (dB), son comparaciones logartmicas (en base 10) entre magnitudes del mismo tipo, por tanto son adimensionales.

Se utilizan ampliamente en telecomunicaciones por razones de tipo prctico: convierten las multiplicaciones y divisiones en sumas y restas respectivamente, simplificando por tanto las expresiones numricas.

Decibelios negativos

Si la ganancia es menor que la unidad, existe una prdida de potencia (atenuacin) la ganancia de potencia en decibelios es negativa. Por ejemplo, si la potencia de salida es 15w y la potencia de entrada es 30w, tenemos:

La ganancia en decibelios ser: Si la ganancia es 0,25 entonces: Si la ganancia es 0,125 entonces: Conclusin: cada vez que la ganancia de potencia disminuye en un factor de 2, la ganancia en potencia en decibelios disminuye aprox. en 3dB.

Decibelios

Supongamos que la ganancia de potencia es de 10. Expresada en dB: Si la ganancia de potencia fuera 100, entonces: Si la ganancia de potencia fuera 1000, entonces: El patrn que observamos es que la ganancia en dB aumenta en 10 dB cada vez que la ganancia en potencia se incrementa por un factor 10.

Lo mismo ocurrir con respecto a la atenuacin. Para atenuaciones de 0,1, 0,01 y 0,001 tendremos -10 dB, -20 dB y 30 dB respectivamente.

Diagrama tpico de atenuacin del par trenzado

Atenuacin (en dB/100m) de diversos tipos de cable

Categoras de cables de pares trenzados

Atenuacin

Atenuacin. Las seales de transmisin a travs de largas distancias estn sujetas a distorsin que es una prdida de fuerza o amplitud de la seal. La atenuacin es la razn principal de que el largo de las redes tenga varias restricciones.

Si la seal se hace muy dbil, el equipo receptor no interceptar bien o no reconocer esta informacin. Esto causa errores, bajo desempeo al tener que transmitir la seal. Se usan repetidores o amplificadores para extender las distancias de la red ms all de las limitaciones del cable. La atenuacin se mide con aparatos que inyectan una seal de prueba en un extremo del cable y la miden en el otro extremo.

Atenuacin

En telecomunicacin, se denomina atenuacin de una seal a la prdida de potencia sufrida por la misma al transitar por cualquier medio de transmisin.

As, si introducimos una seal elctrica con una potencia P1 en un circuito pasivo, como puede ser un cable, esta sufrir una atenuacin y al final de dicho circuito obtendremos una potencia P2. La atenuacin () ser igual a la diferencia entre ambas potencias.

No obstante, la atenuacin no suele expresarse como diferencia de potencias sino en unidades logartmicas como el decibelio, de manejo ms cmodo a la hora de efectuar clculos.

La atenuacin se indica segn la distancia y segn la frecuencia de la seal.

Comparativa de cables segn la atenuacin

Par trenzado

Cat 5: 20 dB/Km. @ 1MHz 200 dB/Km. @100 MHz Cat 6: 23 dB/Km @ 20 M hasta 250 MHz

Cable coaxial:

3 dB/Km. @ 1 MHz 10 dB/Km. @ 100 MHz

Fibra ptica:

0.3 dB/Km.

El ruido

El ruido son adiciones no deseadas a las seales de voltaje, pticas o electromagnticas. Ninguna seal elctrica se produce sin ruido. Lo importante es mantener la relacin seal/ruido (S/N) lo ms alta posible.

La relacin S/N es un clculo de ingeniera y medicin que involucra la divisin de la potencia de la seal por la potencia del ruido. Esto indica qu tan fcil ser descifrar la seal deseada, a pesar del ruido no deseado pero inevitable. En otras palabras, cada bit recibe seales adicionales no deseadas desde varias fuentes. Demasiado ruido puede corromper un bit, haciendo que un 1 binario se transforme en un 0 binario, o un 0 en un 1, destruyendo el mensaje.

Relacin seal/ruido

Interesa que la potencia de la seal sea mucho mayor que el ruido, de tal forma que cuando se aada el ruido no se pueda interpretar mal la sea.

1 se codifica con una potencia de 10v y un 0 con 0v. Recibimos 8v Qu interpretamos? y si recibimos 3v? Y si el ruido fuera de 5v, Cmo lo interpretaras?

Diafona o crosstalk

En Telecomunicacin, se dice que entre dos circuitos existe diafona o Crosstalk (XT), cuando parte de las seales presentes en uno de ellos, considerado perturbador, aparece en el otro, considerado perturbado.

El crosstalk es causado por las interferencias de los pares adyacentes, en los cables que estn incorrectamente apantalladas.

La diafona aumenta con la frecuencia. La diafona puede ser:

Del extremo cercano . Ratio NEXT (Near End Crosstalk): Seal referencia - seal inducida en el lado del emisor. Del extremo lejano . Ratio FEXT (Far End Crosstalk): Seal referencia - seal inducida en el lado receptor.

Diafona o crosstalk

Diafona del extremo cercano NEXT (Near End Crosstalk)

Diafona del extremo lejano FEXT (Far End Crosstalk)

NEXT vs FEXT

El NEXT es ms fuerte que el FEXT porque la intensidad de la seal inducida en el extremo cercano es mayor. Si se usa una frecuencia distinta en cada sentido (ej.: ADSL) el NEXT no es problema.

Ya que no se solapara con una seal real emitida por el otro extremo.

Medida de la diafona

El valor de la diafona se expresa e dB y se determina por la relacin entre la potencia entregada en el puerto A y la medida en el puerto B.

En un caso ideal sera infinita (PB = 0), por lo tanto cuanto mayor sea el valor de la misma se producir un menor acoplamiento entre los cables.

ACR Attenuation Crosstalk Ratio

La calidad de un cable para transmitir una seal viene dada por la relacin entre la diafona y la atenuacin, que se denomina ACR (Attenuation Crosstalk Ratio). ACR = NEXT Atenuacin Next y atenuacin medidos en decibelios El valor del ACR proporciona una medida de la calidad de la seal frente al ruido. Se buscan valores elevados del ACR.

ACR

electrones de la seal (azules, rosas) que de NEXT (negros)!

ACR

El rea rosa representa la seal atenundose en mayor medida en las frecuencias ms elevadas. El aislamiento entre dos pares es menor en las frecuencias ms elevadas. As, en las frecuencias mayores, la seal Crosstalk (inducida de un par sobre otro) es mayor. La diferencia entre la seal atenuada y la seal inferida desde otro par se llama ACR. Si las dos reas se encuentran, ACR valdr 0, y significar que el ruido crosstalk est al mismo nivel que la seal atenuada.

AWG

Los grosores de los cables son medidos de diversas maneras, el mtodo predominante en los Estados Unidos y en otros pases sigue siendo el American Wire Gauge Standard (AWG), "gauge" significa dimetro. En este sistema entre mayor sea el nmero AWG menor ser su dimetro. Mediante este sistema se puede distinguir un cable de otro mediante su dimetro. Por ejemplo: los grosores tpicos de los conductores utilizados en cables elctricos para uso residencial son del 10 al 14 AWG. Los conductores utilizados en cables telefnicos pueden ser del 22, 24 y 26 AWG. Los conductores utilizados en cables para aplicaciones de redes son el 24 y 26 AWG.

AWG

Dimetro milmetros

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

7.35 6.54 5.86 5.19 4.62 4.11 3.67 3.26 2.91 2.59

Medios de transmisin inalmbricos

La comunicacin inalmbrica se caracteriza por no necesitar de ningn tendido de cable entre el emisor y receptor Consisten en el envo y recepcin de electrones o fotones que circulan por el espacio libre, el aire.

Estos electrones viajan en forma de ondas electromagnticas que se propagan del mismo modo que las ondas del agua en un estanque.

Dependiendo de la frecuencia de la seal y, por tanto de su longitud de onda, existen diferentes tipos de enlaces inalmbricos, exhibiendo diferentes propiedades.

Ondas de radio. Microondas. Infrarrojos. Ondas de Luz Lser.

Ventajas de los medios inalmbricos

Entre las ventajas de un sistema inalmbrico sobre uno cableado podemos mencionar:

Movilidad, la cual apoya la productividad y las efectividad con que se presta el servicio. Aunque los costos iniciales son mayores que los que supondra un sistema cableado, a lo largo del tiempo los gastos de operacin pueden ser significativamente menores. Menor tiempo de instalacin y puesta en marcha del sistema. La instalacin es ms sencilla. Existe completa flexibilidad en cuanto a la configuracin del sistema. Se pueden tener diversas topologas para satisfacer los requerimientos de aplicaciones e instalaciones especficas.

Inconvenientes de los medios inalmbricos

Principales inconvenientes de los medios inalmbricos: Baja velocidad de transmisin. Imposiciones administrativas en las asignaciones de frecuencia que pueden utilizar. Son sistemas cuyos parmetros de transmisin estn legislados por las administraciones pblicas. Mayor vulnerabilidad desde el punto de vista de la seguridad.

Longitud de onda

La longitud de onda es un parmetro fsico que indica el tamao de una onda y que por lo general se denota con la letra griega lambda (). Para ondas sinusoidales se define como la distancia, medida en la direccin de propagacin de la onda, entre dos puntos cuyo estado de movimiento es idntico, como por ejemplo crestas o valles adyacentes

La longitud de ondas de las ondas de sonido, en el rango que los seres humanos pueden escuchar, oscilan entre menos de 2 cm, hasta aproximadamente 17 metros. La longitud de onda de las ondas de radiacin electromagntica que forman la luz visible que podemos ver, oscilan entre 400 y 700 nanmetros (10^-9 metros).

Longitud de onda vs frecuencia

La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia f. Sabiendo que las ondas viajan a travs de los distintos medios a una determinada velocidad de onda (que depende de las propiedades de stos), se puede definir la longitud de onda como el cociente entre dicha velocidad y la frecuencia de la onda:

donde:

es la longitud de onda de una onda sonora o una onda electromagntica v es la velocidad de propagacin de la onda, y f es la frecuencia dada en hercios (1/s).

Por ejemplo, al tratar ondas electromagnticas, la velocidad de transmisin de stas en el vaco es la velocidad de la luz (299.792.458 metros por segundo)

El espectro electromagntico

Cuando se habla del Espectro Electromagntico se habla de un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como "Las ondas de radio" hasta los que tienen menor longitud como los "Los rayos Gamma." Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa. Las caractersticas propias de cada tipo de onda no solo es su longitud de onda, sino tambin su frecuencia y energa.

Espectro de frecuenciaF(Hz) 100 102 104 106 Radio 108 1010 1012 1014 1016 1018 UV 1020 1022 1024 1026 1028 Microondas Infrarrojos Rayos X Rayos Gamma

F(Hz)104 105 Par trenzado Coaxial Maritima Radio AM Radio FM TV 106

Luz visible

107

108

109 Satlite

1010

1011

1012

1013

1014 Fibra ptica

1015

1016

Microondas Terrestres

Banda

LF

MF

HF

VHF

UHF

SHF

EHF

THF

Alcance de las ondas de radio en funcin de la frecuenciaEnlace punto a punto (antena direccional) Enlace punto a multipunto (antena omnidireccional)

Alcance (Km)

Alcance (Km)

Ondas de radio

Las ondas de radio son ondas electromagnticas de menor frecuencia (mayor longitud de onda). Son fciles de generar, pueden viajar largas distancias, penetran en los edificios y viajan en todas las direcciones desde la fuente emisora. Es necesario controlar a nivel gubernamental el uso de las frecuencias. Existen dos tipos de ondas de radio:

Ondas de radio de baja frecuencia. Trazan la curvatura de la Tierra y pueden atravesar los edificios. Baja velocidad. Ondas de radio de alta frecuencia. Siguen trayectorias rectas. Por esto, son enviadas a la ionosfera donde son reflejadas y devueltas de nuevo.

Microondas

Son ondas de radio de alta frecuencia y por consiguiente de longitud de onda muy corta, de ah su nombre. Con el trmino microondas se identifica a las ondas electromagnticas en el espectro de frecuencias comprendido entre 300 MHz y 300 GHz Velocidades del orden de 10 Mbps. Permiten transmisin tanto terrestres como con satlites. A diferencia de las ondas de radio, las microondas no atraviesan bien los obstculos de forma que es necesario situar antenas repetidoras. En las comunicaciones por satlite existe un retardo aproximado de 0,3 segundos. Tiempo que tarda la seal en llegar y volver.

Infrarrojos

Se utilizan para comunicaciones de corto alcance. Por ejemplo, controles remotos de televisin. Desventaja: debe existir visibilidad directa entre emisor y receptor. No atraviesa objetos slidos.

Onda de Luz Lser

Es posible comunicar dos edificios a travs de un lser. Ventajas:

Coste bajo, fcil de instalar, elevada velocidad de transmisin.

Desventajas:

Requiere alineacin de emisor y receptor, afectado por las condiciones metereolgicas (lluvia, niebla,).

Trayectoria de las seales

Velocidades significativas

Velocidad de modulacin.

Cambios de estado por unidad de tiempo. Relacionada con el ancho de banda.

Velocidad de transmisin.

Bits por unidad de tiempo. Depende del nmero de estados significativos.

Capacidad.

Cota superior de la velocidad de transmisin.

Velocidad de transferencia.

Bits de datos por unidad de tiempo. Depende de la sobrecarga.

Baudios

El baudio es la unidad informtica que se utiliza para cuantificar el nmero de cambios de estado, o eventos de sealizacin, que se producen cada segundo durante la transferencia de datos. Es importante resaltar que no se debe confundir el baud rate o velocidad en baudios con el bit rate o velocidad en bits por segundo, ya que cada evento de sealizacin transmitido puede transportar uno o ms bits.

Slo cuando cada evento de sealizacin transporta un solo bit coinciden la velocidad de transmisin de datos en baudios y en bits por segundo.

Ejemplo transmisin con velocidad 8 baudios/s y 24 bits/sTime Domain for 8-QAM Signal

Transmisin en serie y en paralelo

En que se diferencian los puertos paralelos y los puertos serie? Transmisin paralelo varios bits a la vez.

Transmisin Transmisi paralela n serie Ms veloz Ms lenta (hasta cierto velocidad) Ms costosa Ms econmica Mayores Ms problema de sencilla de transmisin transmitir

Transmisin serie. Un bit cada vez.

Sincronismo

Sincronismo es un procedimiento mediante el cual el emisor y el receptor se ponen de acuerdo sobre el instante preciso en el que comienza o acaba una informacin que se ha puesto en el medio de transmisin empleado. Un error de sincronismo implicar la imposibilidad de interpretar correctamente la informacin a partir de las seales que viajan por el medio.

Problema de sincronizacin entre transmisor y receptorTransmisor 11010011

Receptor 10100111

Transmisin sncrona vs asncrona

Una transmisin es asncrona cuando el proceso de sincronizacin entre emisor y receptor se realiza en cada bloque de datos transmitidos, normalmente bytes.

Se emplean unos bits especiales que son aadidos al inicio y final de cada bloque. Tiene como inconveniente que es necesario enviar ms bits ya que hay que aadir a cada bloque los bits de comienzo y final.

La transmisin es sncrona cuando se efecta sin atender a las unidades de comunicacin bsicas, normalmente bytes.

Los bits se envan a una velocidad constante sin discriminar los caracteres enviados. Permite alcanzar mayor velocidad de transmisin al no tener que enviarse ms bits de los necesarios. Presenta el problema de mantener al emisor y al receptor sincronizados. Ambos comparte una seal de reloj que se puede transmitir por una lnea separada o incluso junto con la propia seal (por ejemplo, empleando el cdigo Manchester).

Transmisin sncrona empleando cdigo Manchester

En este cdigo siempre hay una transicin en la mitad del intervalo de duracin de los bits, lo que permite el sncronismo.

En est codificacin no se tienen en cuanta los niveles de tensin sino que solo se consideran las transiciones positivas y negativas. Cada transicin positiva representa un 1 y cada transicin negativa representa un 0. Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transicin en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuanta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.

Mtodos de transmisin

A la hora de transmitir una seal por un medio de transmisin tenemos dos alternativas:

Transmitirla tal y como es la seal. Alterar alguna de las caractersticas de una segunda seal en funcin de la primera, de tal forma que permita su reconstruccin por el receptor.

Si el medio de transmisin fuese perfecto siempre adoptaramos la primera opcin: transmito sencillamente lo que quiero que el otro extremo reciba.

Mtodos de transmisin

Cuando se desea transmitir una seal digital no se suele hacer directamente, sino que es preferible modificarla de alguna forma con el fin de:

Los cables telefnicos tienen un ancho de banda aproximado de 3.000 Hz. Mientras menos armnicos se transmitan menos se parecer la seal recibida a la transmitida Bits por segundo Frecuencia Nmero de del primer armnicos que armnico Hz llegan al receptor 375 75 150 300 600 1.200 2.400 4.800 80 40 20 10 5 2 1 0

Disminuir el ancho de banda de la seal. Permitir que el emisor y el receptor mantengan el sincronismo.

300

600 1.200 2.400 4.800 9.600 19.200 38.400

Modulacin

La modulacin significa tomar una seal y cambiarla para que transporte informacin.

La seal que deseamos transmitir se llama moduladora. La seal que es cambiada para su transmisin se llama portadora. La seal transmitida se llama seal modulada.Seal moduladora Seal portadora Modulador Seal modulada

Por qu cogemos una segunda seal y la modificamos? Por qu no enviamos la seal que realmente queremos enviar? Por ejemplo, un tren de pulsos. Muchas seales de entrada no pueden ser enviadas directamente por el canal, por eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicacin en cuestin.

Tipos de modulacin

Se distingue diferentes tipos de modulacin segn la naturaleza de la seal portadora y de la seal moduladora. No tiene sentido la combinacin de moduladora y portadora digital.

ModuladorPortadora a Analgica Analgica Analgica Digital Digital Digital Analgica Digital

Tipos de modulacin

Modulacin analgica con portadora analgica.

Se usa cuando se desea transmitir la seal analgica a una frecuencia diferente o con un ancho de banda menor.

Modulacin digital con portadora analgica.

Se usa cuando se desea transmitir una seal digital por un medio de transmisin analgico. Es la ms comn. Por ejemplo, acceso a Internet a travs de la red telefnica.

Modulacin analgica con portadora digital.

Se usa cuando se desea transmitir una seal analgica a travs de una red digital. Por ejemplo, transmisin de voz a travs de telefona mvil digital. En este caso, la seal moduladora tendr una frecuencia y un ancho de banda menor que la seal modulada.

Tipos de modulacin

Tipos de modulacin con moduladora digital y portadora analgica

ASK. Modulacin por desplazamiento en amplitud. FSK. Modulacin por desplazamiento en frecuencia. PSK. Modulacin por desplazamiento en fase.

Tipos de modulacin con moduladora digital y portadora analgica

Tipos de modulacin con portadora y moduladora analgicas

Son equivalentes a los tipos ASK, FSK y PSK sin ms que considerar que la seal moduladora es analgica en este caso. Recuerda que antes la seal moduladora era digital.

En AM (amplitud modulada), la amplitud o altura, de una onda sinusoidal portadora se modifica para transportar el mensaje. En FM (frecuencia modulada), la frecuencia, u ondulacin, de la onda portadora se modifica para transportar el mensaje. En PM (modulacin de fase), la fase, o los puntos de inicio o fin de un ciclo determinado de la onda se modifica para transportar el mensaje.

Tipos de modulacin con moduladora analgica y portadora digital

PAM. Modulacin por amplitud de pulsos. PDM. Modulacin por duracin de pulso.

La ventaja de esta tcnica de modulacin estriba en que los pulsos sern de la misma amplitud con lo que la influencia del ruido no ser tan grande como en el caso anterior.

PPM. Modulacin por posicin de pulso.

La ventaja de este sistema es que la potencia media del sistema es mucho menor que la que requiere el sistema PDM, pero con el inconveniente de requerir un ancho de banda mayor.

PCM. Modulacin por pulsos codificados.

Tipos de modulacin con moduladora analgica y portadora digital

Tipos de modulacin con moduladora analgica y portadora digital: PCM

En el sistema PCM cada pulso es codificado en su equivalente binario antes de su transmisin. Hay un gran nmero de cdigos PCM para representar los niveles lgicos uno y cero

111

111

110

101

011

010

001

Muestreo Niveles de Tensin

Transmisin en banda base vs banda ancha

Si la transmisin se realiza sin ningn proceso de modulacin, se dice que la transmisin opera en banda base. Si se lleva a cabo un proceso de modulacin, se dice que la transmisin se produce en banda ancha.

Multiplexacin

La multiplexacin es el mtodo que consiste en compartir un canal de transmisin entre varias comunicaciones simultaneas. Existe dos tipos principales de multiplexacin:

Multiplexacin por divisin de tiempo (TDM). Se asigna a cada emisor un turno de orden rotativo. Multiplexacin por divisin de frecuencia o longitud de onda (FDM).

En el caso de seales elctricas se asigna a cada emisor un rango de frecuencia. En el caso de usar la luz como seal de transmisin, se asigna a cada emisor una longitud de onda.

Tipos de multiplexacinMutiplexacin

Por divisin de frecuencia FDM

Por divisin de Tiempo TDM

Sncrono

Asncrono

Multiplexacin por divisin de frecuencia (FDM)

Las seales generadas por cada dispositivo emisor se modulan usando distintas frecuencias portadoras. Entre los canales hay que dejar bandas de guardia para prevenir que las seales se solapen.

Multiplexacin por divisin de frecuencia (FDM)

Multiplexacin por divisin de tiempo (TDM)

Multiplexacin por divisin de tiempo (TDM)

Sncrono

Asncrono

TDM sncrono

Multiplexacin por Divisin del Tiempo (sncrono):

Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas Cada dispositivo tiene al menos una ranura (n dispositivos n ranuras) Se pueden ajustar distintas velocidades asignando varias ranuras a un mismo dispositivo El proceso de ir cogiendo datos de cada dispositivo y mezclarlos se llama entrelazado. Para asegurar la sincronizacin se utilizan bits de tramado (suele ser un bit por trama)

Ejemplo TDM sncrono

Ejercicio:

4 dispositivos quieren transmitir con un TDM sncrono utilizando un bit de sincronizacin por trama:

AAAAAAA XXXBBBB XXXXCCC XXDDDDDA 0 D A 1

La X significa que no hay nada que transmitir

Cul es la secuencia de mensajes enviados?D B A 0 D C B A 1 D C B A 0 D C B A 1

A 1

Cuntos bits se transmiten?

(7 tramas * 4 bytes * 8 bits) + 7 bits de sincronismo = 231 231 (7 bits de sincronismo + (9 espacio vaco * 8 bits)) = 152

Cuntos bits tiles se transmiten?

TDM asncrono

Intenta evitar el derroche de bits de TDM sncrono. Hay menos ranuras que dispositivos (n dispositivos > n ranuras) El nmero de ranuras se calcula estadsticamente

Es la media de dispositivos que transmiten a la vez

Si en un momento transmiten muchos dispositivos, las ranuras se van turnando. Problema de la demultiplexacin: Cmo sabe el DEMUX a qu dispositivo pertenece cada ranura si se van turnando?

Se emplean bits de direccin. TDM asncrona solo es til con ranuras de muchos bits!!!!