presentación elementos de las redes de telecomunicaciones1

INTRODUCCIÓN A LAS REDES DE TELECOMUNICACIONES

Marzo de 2004

ProgramaPrograma

• Introducción

• Descripción general de un sistema de comunicaciones.

• Desarrollo de las telecomunicaciones.

• Características de los diferentes componentes de un sistema de comunicaciones

• Redes de telecomunicaciones

IntroducciónIntroducción

• "Comunicación" proviene de la raíz latina communicare, es decir, "hacer común" algo.

• "Información" tiene su origen en las palabras in y formare, es decir, "instruir hacia adentro“.

• "Telecomunicaciones" significa comunicar a distancia • "Informática" (que proviene de información, auto y mática)

supone el procesamiento automático de la información; "Telemática" es la conjunción de "telecomunicaciones" e "informática", e implica la transmisión y el procesamiento automático de la información.

"Comunicación son todos aquellos procedimientos por medio de los cuales una mente afecta a otra"

Shannon

• Redes: sistemas de transporte de bienes e informaciones.• Estructuralmente son un sistema de líneas de comunicación

que enlazan puntos o nodos emisores, receptores y de almacenamiento.

• Al analizar la historia económica de la humanidad se puede observar la influencia que tienen los sistemas de redes sobre los cambios y la evolución social.

• Los sistemas políticos y sociales de éxito están asociados a redes de comunicación eficientes cuyos beneficios económicos se difunden por toda la sociedad.

Historia de las redes de comunicacionesHistoria de las redes de comunicaciones

Historia de las redes de comunicaciones

"Evolución humana," Enciclopedia Microsoft® Encarta® Online 2004

http://es.encarta.msn.com © 1997-2004 Microsoft Corporation.

Lenguaje

Civilización

Surgimiento

Imperios Vías de comunicación

-4000 Mesopotámicos (Sumeria, Babilonia, Asiria, Persas, Medas...)

Eufrates y Tigris

-3000 Egipcios (Alto, Bajo, Nubia, Faraónico)

Nilo

-1500 Indios Ganges, Índico

-1500 Chinos Yang-Tsé, Calzadas

-1500 Mediterráneos (Fenicia, Grecia, Cartago, Roma, Bizancio)

Mediterráneo, Calzadas

-1000 Mesoamericanos (Olmecas, mayas, aztecas)

Calzadas

Siglo VII Islam Mediterráneo-Nilo-desiertos-Índico-Ganges

Siglo XIV

Europeos Océanos

ProgramaPrograma

• Introducción

• Descripción general de un sistema de comunicaciones.

• Desarrollo de las telecomunicaciones.

• Características de los diferentes componentes de un sistema de comunicaciones

• Redes de telecomunicaciones

Descripción general de un sistema de comunicaciones

• Comunicación de mensajes

• Codificación de señales

• Transmisión de información

Comunicación de mensajesComunicación de mensajes

Codificación de señalesCodificación de señales

Función de un codificador: Adaptar el mensaje que contiene la información al canal por el que será transmitido.

Transmisión de informaciónTransmisión de información

• Alrededor del año 1000 a. de C. se utilizaba los relevos: un sistema de comunicación óptica entre Troya y Argos, que contaba con estaciones repetidoras, y lograba cubrir en una noche una distancia de más de 500 km (en mar y tierra).

• En la actualidad persiste el sistema de las repetidoras; un satélite de comunicaciones "estacionado" a 35.000 km de distancia de la Tierra.

ProgramaPrograma

• Introducción

• Descripción general de un sistema de comunicaciones.

• Desarrollo de las telecomunicaciones.

• Características de los diferentes componentes de un sistema de comunicaciones

• Redes de telecomunicaciones

Desarrollo de las telecomunicacionesDesarrollo de las telecomunicaciones

• Fenómenos elementales de la física: la electricidad y el magnetismo.A. Volta (1745-1827); G. S. Ohm (1787-1854); J. C. Maxwell (1831-1879); A.M. Ampere (1775-1836); J. Henry (1797-1878); M. Faraday (1791-1867); H. C. Oersted (1777-1851); C. Wheatstone (1802-1875); K F. Gauss (1777-1855).

• Conceptos aplicados exitosamente a los primeros sistemas de telecomunicaciones por H. Baudot (1845-1903); C. Chappe (1767-1805, S. Morse (1791-1872); G. Marconi (1874-1937); A. G. Bell (1847-1922); H. Hertz (1857-1894).

• Después del telégrafo óptico se originó el telégrafo eléctrico, en su versión alámbrica (1844), la cual evolucionó a su versión inalámbrica (1874). Posteriormente, en 1876, hace casi 125 años, surgió el sistema telefónico.

Desarrollo de la computaciónDesarrollo de la computación

• Las dos áreas que en el pasado han influido son la electrónica y la computación.

• La electrónica es piedra angular de las telecomunicaciones. Los pioneros en este campo son Shockley y Bartee, quienes inventaron el transistor.

• El transistor permite el procesamiento y la transmisión de la información. Los circuitos integrados, o sea, pastillas de silicio de unos cuantos milímetros cuadrados, que contienen millones de transistores, en conjunto, realizan millones de operaciones aritméticas o lógicas por segundo.

Desarrollo de la computaciónDesarrollo de la computación

• A partir de la década de los años treinta, A. M. Turing (1912-1954), apoyado en trabajos previos de H. Hollerith (1860-1923) y C. Babbage (1712-1871), dio vida a los conceptos que conforman ahora la ciencia y la ingeniería de la computación.

• En los años cuarenta, producto de los trabajos J. P. Eckert (1919-), J. W. Mauchly (1907-1980) y J. G. Brainerd, se construyó el ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).

• En la última década de este siglo se puede apreciar la trascendencia de ese desarrollo: el uso en sistemas complejos de los microprocesadores. Estos últimos son los descendientes de la primera computadora ENIAC.

ProgramaPrograma

• Introducción

• Descripción general de un sistema de comunicaciones.

• Desarrollo de las telecomunicaciones.

• Características de los diferentes componentes de un sistema de comunicaciones

• Redes de telecomunicaciones

Características de los componentes de Características de los componentes de un sistema de comunicacionesun sistema de comunicaciones

• Características de las señales

• Modulación de señales

• Digitalización de señales

Señales analógicas y digitales

• En una señal analógica las formas de onda del voltaje y de la corriente pueden tomar infinitos valores ya que están definidas dentro de un intervalo continuo, al convertir una señal analógica en digital la información queda limitada a unos cuantos valores.

Tipo de conversiones

Debido a la existencia de señales digitales y señales análogas, se hace necesario realizar conversión: A/A, D/A, A/D

Conversión A/A: AM, FM, PM.

Conversión D/A: ASK, FSK, PSK. QPSK, QAM.

Conversión A/DPAM Pulse Amplitude ModulationPCM Pulse Code Modulation

Características de las señales

PolarizaciónPolarización

• Las ondas se componen de campos eléctricos y magnéticos oscilando en el tiempo. Cuando cualquiera de estos dos campos oscila de una manera determinada se dice que está polarizado.

• El campo E es perpendicular a la direccion de propagacion.

• Puede ser dirección x, y ó combinacion de ellas.

Modulación de señales analógicas

La información se transporta por un medio alterando alguna propiedad de la señal:

AmplitudFaseFrecuencia

Modulación de señales digitales

En ASK la señal aparece se hay un "1", y no aparece cuando hay un "0". En FSK, una frecuencia f1representa un 1, y una frecuencia f0 representa un 0. En PSK, la polaridad de la subportadora determina el estado de la información; es decir, una señal positiva determina un cero, y una señal negativa determina un uno (1).

Ancho de banda

•Sistemas analógicos

Región del espectro en la cual el funcionamiento del sistema es óptimo y la potencia no es menor a la potencia media máxima presente en el sistema, en este caso el ancho de banda se mide en Hz.

•Sistemas digitales

La tasa de transferencia de los bits en la unidad de tiempo es lo que se denomina ancho de banda, medido en bits/segundo o bps.

Baudios: # de cambios / unidad de tiempo

Relación entre Ancho de banda y tasa de datos

#bits / Hz Si 1 bit / Hz BW = Tasa de datos

NYQUIST Canal sin ruidoC = 2 BW Log2 V bps V = # elementos de señalización

Ej: Si V = 2, BW = 3 Khz entonces C = 6000 bps

SHANNON canal con ruidoRuido Potencia de la señal respecto a la potencia del ruido (S/N)

Expresado en dB: 10 Log2 (S/N) dB

C = BW Log2 (1 + S/N)

Ej: BW = 3 KhzS/N = 30 dBC = 3000 Log2 (1+30 dB)C = 30000 bps

Digitalización de señales

Muestreo

• Calidad Telefónica: 8.000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/8.000 de segundo. Ancho de banda de la señal 4.000 Hz.

• Calidad FM: 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo. Ancho de banda de la señal 15.000 Hz

• Calidad CD: 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo. Ancho de banda de la señal 20.000 Hz

• Calidad DVD: 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo. Ancho de banda de la señal 20.000 Hz

Cuantización

• Para procesar señales digitalmente no sólo es necesario muestrear la señal analógica sino también cuantizar la amplitud de esas señales a un número finito de niveles.

• El tipo más usual de cuantización es la cuantización uniforme, en la que los niveles son todos iguales. La mayoría usan un número de niveles que es una potencia de 2. Si L=2B, cada uno de los niveles es codificado a un número binario de B bits.

• Llamaremos xS[n] a la señal discreta y xQ[n] a la señal discreta cuantizada. El error es : ε[n]= xS[n] - xQ[n]

• Se define la relación señal a ruido de cuantización (SNRQ) como la relación entre la potencia PS de la señal y la potencia PN del error ε[n], medido en decibelios.

Cuantización

•Supongamos que tenemos una señal x(t) cuyo fondo de escala D está dado por xmax-xmin. Si cuantizamos x(t) con L niveles, la distancia entre dos niveles consecutivos o resolución ∆ se define como ∆=D/L. •Se denomina rango dinámico DR, a la relación entre el fondo de escala Dy la resolución, de forma que DR=2B. En decibelios,

DR(dB)=20 log10 (2B)=6.02B

•Para una señal xS[n] cuantizada a xQ[n], el error estará entre -∆/2 y ∆/2. Si L es grande la distribución de errores será uniforme en ese intervalo. Para este caso Σε2[n]=σ2=∆2/12. Sustituyendo:

SNRQ(dB)=10logPs-10log∆2+10log12

=10logPs+10.8-20log D+20log=10logPs+10.8-20logD+6B

donde hemos utilizado el hecho que L=2B. •La ecuación sugiere que por cada bit que añadimos al cuantizador, la relación señal a ruido de cuantización mejora en 6 dB.

Codificación

• La longitud de la palabra determina la calidad de la representación. Una vez más, una palabra más larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con una de 16 bits o 32 bits) .Por ejemplo: – 8 bits equivale a 256 niveles – 9 bits equivale a 512 niveles – 16 bits equivalen a 65,536 niveles

• En general – 2(n)= Niveles o niveles de cuantización

Tipos de códigos

• Características:Unipolar,Polar,Bipolar,AMI

• Códigos:NRZ (Non-Return to Zero), RZ (Return to Zero), Manchester,

Manchester diferencial, AMI Bipolar

• Códigos de sustitución (BNZS):B3ZS, B6ZS, B8ZS, HDB3

• Códigos de bloque2B1Q,4B3T,8B6T,4B/5B,8B/10B

ProgramaPrograma

• Introducción

• Descripción general de un sistema de comunicaciones.

• Desarrollo de las telecomunicaciones.

• Características de los diferentes componentes de un sistema de comunicaciones

• Redes de telecomunicaciones

Redes de telecomunicaciones

• En general se puede afirmar que una red de telecomunicaciones consiste en los siguientes componentes: a) un conjunto de nodos en los cuales se procesa la información, y b) un conjunto de enlaces o canales que conectan los nodos entre sí y a través de los cuales se envía la información desde y hacia los nodos

Características de los canalesCaracterísticas de los canales

Funciones de los nodosFunciones de los nodos

• Los nodos de una red de telecomunicaciones son equipos (en su mayor parte digitales, aunque pueden tener alguna etapa de procesamiento analógico, como un modulador) que realizan las siguientes funciones

• a) Establecimiento y verificación de un protocolo.

• b) Transmisión.

• c) Interfase.

• d) Recuperación.

• e) Formateo.

• f) Enrutamiento.

• g) Repetición.

• i) Control de flujo.

Tipos de Redes

Hay dos tipos: redes conmutadas y redes de difusión

Redes Conmutadas. Existen dos tipos de conmutación en este tipo de redes: conmutación de paquetes y conmutación de circuitos.

Redes de difusión. En este tipo de redes se tiene un canal al cual están conectados todos los usuarios, quienes pueden recibir todos los mensajes, pero solamente extraen del canal los mensajes en los que identifican su dirección como destinatarios.