CURSO DE COMUNICACIONES

LA CAPA FISICA

COM - 05INGENIERIA EN SISTEMAS DE INFORMACION

CONTENIDO: capa física Funciones y servicios Circuitos Medios de comunicación Esquemas de codificacion Técnicas de codificación

Transmisión digital de datos digitalesTransmisión analógica de datos digitalesTransmisión digital de datos analógicosTransmisión analógica de datos analógicos

Modem analógico-digital Multiplexion

LA CAPA FISICA La capa física se ocupa fundamentalmente por el transporte

seguro de los bits por un medio definido, de ahí que la unidad básica de información en ésta capa sean los bits. Como ésta se encarga del medio y del transporte de bits en él, debe definir cosas como tipo de señales y valores mínimos que se pueden permitir en el receptor, valores máximos en el transmisor y rapidez de las transiciones (por ejemplo de transiciones de voltaje si hablamos de medio de cobre). Si se define que el voltaje de un bit en 1 es 5V ¿hasta qué voltaje podrá el receptor interpretar un cambio de voltaje como un bit en 1?, ¿qué distancia máxima podrá recorrer una señal por el medio para evitar una atenuación que haga irreconocible el bit? ¿qué problemas físicos debe enfrentar una señal al propagarse por el medio definido?. Recuerde que una comunicación puede llevarse a cabo por medio de cobre (la más común) pero también por fibra óptica, donde los bits y los problemas físicos a los que se verá enfrentado son distintos o también por el aire usando señales electromagnéticas, donde estará susceptible a interferencias debido a motores u otros dispositivos de comunicación, por lo que la analogía del voltaje no siempre aplica.

Funciones y servicios de la capa física

Las principales funciones y servicios realizados por la capa física son: Envío bit a bit entre nodos Proporcionar una interfaz estandarizada para los medios de transmisión físicos, incluyendo:

Especificaciones mecánicas de los conectores eléctricos y cables, por ejemplo longitud máxima del cable

Especificación eléctrica de la línea de transmisión, nivel de señal e impedancia Interfaz radio, incluyendo el espectro electromagnético, asignación de frecuencia y especificación

de la potencia de señal, ancho de banda analógico, etc. Especificaciones para IR sobre fibra óptica o una conexión de comunicación wireless mediante IR

Modulación Codificación de línea Sincronización de bits en comunicación serie síncrona Delimitación de inicio y final, y control de flujo en comunicación serie asíncrona Multiplexación de Conmutación de circuitos Detección de portadora y detección de colisión utilizada por algunos protocolos de acceso

múltiple del nivel 2 Ecualización, filtrado, secuencias de prueba, forma de onda y otros procesados de señales

de las señales físicas

Funciones y servicios de la capa física

La capa física se ocupa también de: Configuración de la línea punto a punto, multipunto o punto a

multipunto Topología física de la red, por ejemplo en bus, anillo, malla o estrella Comunicación serie o paralela Modo de transmisión Simplex, half duplex o full duplex

Subcapa de señalización físicaEn una red de área local (LAN) o en una red de área metropolitana (MAN) que usa la arquitectura OSI, la subcapa de señalización física es la parte de la capa física que: se relaciona con la subcapa MAC que es una parte de la capa de

Enlace de Datos realiza la codificación de caracteres, la transmisión, la recepción y

decodificación

Circuitos Tiene dos significados en redes Como circuito físico (el cable) Circuito lógico usado para conectar dos dispositivos según sus características. Los datos pueden transmitirse en la misma forma en que se producen o bien pueden convertirse de una forma a otra (analógicos – digitales) Configuración de circuitos: Circuitos punto a punto (dedicado) y circuitos multipunto (compartido) Flujo de datos: los circuitos pueden diseñarse para que los datos fluyan en una o en ambas direcciones: Simplex en una sola dirección Semiduplex en una u otra dirección pero no simultáneamente Dúplex completa: en ambas direcciones simultáneamente.

Modos de transmisión: en serie y en paralelo. Modos de transmisión: Sincrona y asincrona

Medios de comunicación

El medio es el elemento o sustancia física que lleva la transmisión de voz y datos, se clasifican en medios guiados y no guiados, actualmente se utilizan diferentes tipos como:

Cobre(alambre) par trenzado, cable coaxial, cable apantallado

vidrio o plástico( fibra óptica) y aire(radio, infrarrojos, microondas o

satélite)

Medios guiados: par trenzado

Es un par de hilos conductores aislados. Se trenzan para reducir su interferencia eléctrica respecto a otros pares cercanos, porque 2 cables paralelos actúan como una antena simple.

USO: Muy utilizado. Para conectar abonados telefónicos. En RDSI se transmiten señales en banda base que pueden ser

transmitidas con par trenzado a distancias pequeñas y velocidades menores de 10 Mbps

En enlaces de comunicaciones VELOCIDADES: Dependen del grosor (cuanta mayor

velocidad, menor distancia, por lo que se usan repetidores). Desde 2.048Mbps hasta 7Mbps.

Medios guiados: cable apantallado

Conjunto de varios pares en uno solo. Están normalizados en función del diámetro por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas) en la norma 568, y por ISO en la norma 11801. Permite voz, datos, multimedia,... Da una gran flexibilidad.

USO: Muy utilizados, y muy normalizados En centrales telefónicas, En cableados estructurados de edificios (se despliega en rejilla de un punto dado una red de cable que llega a todos los sitios, cada poco hay un enchufe, tipo RJ-45 que permite flexibilizar la estructura de las redes de ordenadores: cambio de ubicación de un terminal) Pueden ser de dos tipos:

STP (Shielded Twister Pair): Par trenzado apantallado. Formado por 2 pares apantallados separado y luego con un apantallado total.

UTP (Unshielded Twister Pair): Par trenzado no apantallado. Formado por 4 pares sin apantallar. se divide en categorías : cat-3 (hasta 10 Mbps), cat-4 (hasta 16 Mbps), cat-5 (hasta 155 Mbps).

  NORMA EIA/TIA 568:

Boletines estándar técnicos: TSB-36 y TSB-40Categorías: 3: nivel de voz (teléfono). Hasta 10Mbps 4: Hasta 16Mbps.

5: multimedia. Hasta 155Mbps (como ATM)  NORMA ISO/IEC 11801:. Copia de la anterior, pero esta es internacional.

Medios guiados: Cable coaxial CABLE COAXIAL: . Para altas frecuencias se emplean los cables coaxiales. Están formados por 2 conductores, 1 interior y otro exterior. El exterior puede

ser una malla trenzada o un conductor sólido. Ambos conductores están separados por una capa de aislante.

Tienen un gran ancho de banda y una inmunidad al ruido muy buena. USO: Para transferir gran cantidad de datos, a gran velocidad, y a bastantes

kilómetros. Hay 2 formas posibles de transmisión de la señal en ellos : Digital : En banda base. Muy usada antes en las LAN de 1Km más o menos.

Puedo llegar hasta los 10Mbps Analógica : Con técnicas de modulación de banda ancha. Se alcanzan

mayores distancias y anchos de banda. Se emplea una onda portadora sinusoidal sobre la que se modulan las señales a enviar (de voz, datos, TV,...). Puedo llegar hasta frecuencias de 450MHz.

No van a tener interferencias, si la pantalla exterior no tiene discontinuidades. Su precio es variable. En banda ancha es caro (módems de cable). CLASIFICACION: NORMA RG (RG-58: cable coaxial fino)

Medios guiados: fibra óptica FIBRA ÓPTICA: Sistema óptico de transmisión donde la información modula un haz de luz coherente formada

por un láser. Se transmite a través de una guía artificial llamada fibra óptica diseñada para transmitir luz

mediante reflexiones en su interior. Se emplea para señales digitales en banda base. Un pulso de luz significa un “1” y un no-

pulso es un “0”. Se consiguen varios Gbps de velocidad sin necesidad de repetidores en 100Km de distancia. Se usan en LAN creando anillos de fibra óptica y para enlaces a largas distancias que empleen

una gran capacidad de datos. COMPOSICIÓN : Núcleo: Región central de vidrio o plástico (silicio fundido). Revestimiento: Refleja los rayos al núcleo. Cubierta: Que recubre todo. Esto es la fibra óptica en sí. También se necesitan convertidores óptico-eléctricos en los dos

extremos. La señal se puede degradar y pueden ser necesarios unos amplificadores intermedios que

sólo amplifican a nivel eléctrico. En el emisor se necesitará un láser o un LED y en recepción un fotodiodo.

Medios guiados: fibra óptica TIPOS  DE REDES DE FIBRA ÓPTICA: En función del modo de propagación (ángulo con el que la luz penetra en la fibra óptica) : Monomodo : El diámetro del núcleo es tan pequeño (100um) que sólo puede propagarse un

modo (la luz sólo entra en un ángulo determinado). Se emplea para grandes velocidades y distancias.

Multimodo : El diámetro del núcleo es más grande (de 1 a 10um) y pueden entrar varios modos de transmisión (se reflejan todos los ángulos). Se emplean en LAN’s, ya que se producen distorsiones al entrar en tantos ángulos la luz. Se pueden distinguir aquí los de índice gradual (el índice de refracción del núcleo cambia gradualmente. Lo que vaya por los extremos tendrá más velocidad que lo que vaya por el centro), y los de índice escalonado (el índice varía bruscamente entre el núcleo y el revestimiento).

  DISPOSITIVOS ÓPTICOS: Emisores : Diodo LED: Baratos y duraderos pero dan poca calidad. Para distancias cortas. Diodo láser: Más caro y de menos duración pero mucho más fiable, ya que su ancho de banda es

mucho menor que el del LED. Receptores : Fotodiodo PN (FET): Barato y poco sensible. Fotodiodo de avalancha: Caro, buena calidad y de vida corta. Amplifica 1000 veces.  

Medios no guiados: trayectorias ópticas

  TRAYECTORIAS ÓPTICAS (LÁSER, INFRARROJOS): Lo usamos donde no podemos poner un cable. (P. Ej.: entre 2

edificios cercanos). Es barato, de fácil instalación, y sin tramites legales (zanjas en

plena calle). Distancia máxima de 4Km. Son inmunes a las interferencias eléctricas, pero no lo son a la

atmósfera (hay caídas con niebla y lluvia, ya que producen atenuación).

Los infrarrojos tienen que tener visión directa (mando de TV), pero para transmisión de datos se suele usar más el láser, ya que se puede enfocar la luz.

Velocidad: unos 8Mbps. 

Medios no guiados: microondas MICROONDAS: Emplean una antena parabólica situada en una torre alta con visión directa

de otra antena situada a una distancia máxima de 80 a 100Km. Se usa mucho en enlaces punto a punto entre edificios cercanos, así como para la transmisión

de TV y telefonía. Las frecuencias que emplea son de 2 a 40Ghz Tiene el problema de que sufre atenuación cuando la lluvia es muy intensa.  VÍA RADIO: Hay varias formas de transmisión vía radio.  Onda superficial:

Frecuencias: de 3KHz a 30KHzDistancia: 100Km

Reflexión ionosférica: Se refleja en una capa de la atmósfera ionizada por el sol (capa E,F)Frecuencias: de 3MHz a 30MHz

Onda espacial: La propagación se va a realizar en las capas bajas de la atmósfera (visión directa

o reflexión en la tierra) Frecuencias: de 30MHz a 30GHz

Onda extraterrestre: Se atraviesa la atmósfera hasta un satélite situado en la ionosfera Frecuencias: hasta 36GHz

 

Medios no guiados: vía satélite VIA SATÉLITE : Emplean frecuencias muy altas que se reflejan en el

espacio a 36000 Km de altura, mediante un satélite en órbita geoestacionaria (tarda 24 horas en dar una vuelta a la Tierra).

Se emplean 3 bandas: BANDA C: 3-7 GHz  Antenas de 30m de diámetro BANDA Ku: 12-14 GHz Antenas de 80 cm de

diámetro (usado por VSAT) BANDA K: 20-30 GHz  

Selección de medios

¿Qué medios son mejores? Factores a tomar en cuenta: El tipo de red El costo La distancia de transmision La seguridad Las tasas de errores Las velocidades de transmision

.

Esquemas de codificacion

Esquemas de codificación

Esquemas de codificación

Modulación de datos digitales

Señalización analógica de datos analógicos y digitales

Señalización digital de datos analógicos y digitales

Datos digitales, señales digitales Datos Digitales Señales Digitales Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos, donde cada

pulso es un elemento de señal.  Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en cada elemento de señal. Esta transmisión es la menos complicada y costosa con referencia a los demás.

Las tareas involucradas al interpretar las señales digitales en el receptor son: El receptor debe conocer o determinar la duración de cada bit (cuando comienza y termina

cada bit) El receptor debe determinar si el nivel para cada bit es alto o bajo. Los factores que determinan el éxito o fracaso del  receptor al interpretar la señal de entrada

son: La relación señal ruido La velocidad de transmisión y El ancho de banda Esquemas de Codificación    Un esquema de codificación es simplemente la correspondencia que se establece entre los

bits de datos con los elementos de señal. NRZ Binario Multinivel Bifase

Datos digitales, señales analógicas Datos Digitales, Señales Analógicas La situación más habitual para este tipo de situaciones es la transmisión de datos digitales a través de la red telefónica, diseñada

para recibir, conmutar y transmitir señales analógicas en el rango de frecuencias de voz.  Los módems permiten la conversión de los datos digitales en señales analógicas y viceversa.

Técnicas de Codificación o Modulación Hay tres técnicas de codificación o modulación que son: Desplazamiento de Amplitud (ASK) Desplazamiento de Frecuencia (FSK) Desplazamiento en Fase (PSK) ASK.   Los dos valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora. El '1 binario' se representa

mediante la presencia de la portadora a amplitud constante y el '0 binario' se representa mediante la ausencia de portadora.   Es una técnica de modulación bastante ineficaz, se usa típicamente a 1200 bps como mucho, es utilizada para la transmisión de

datos digitales en fibras ópticas. FSK.     Los dos valores binarios se representan mediante dos frecuencias diferentes próximas a la frecuencia de la portadora.  FSK es

menos sensible que ASK.  En líneas de calidad telefónica, se utiliza a velocidades de 1200 bps.  También se usa frecuentemente en transmisiones de radio a más altas frecuencias (desde 3 hasta 30 Mhz), también se puede usar en redes de área local que utilicen cable coaxial.

PSK.     La fase de la señal portador se desplaza para representar los datos digitales.  El desplazamiento en fase se puede dar

mediante diferentes técnicas:  DPSK:  Ocurre un cambio de fase cada vez que se transmite un '1binario', en caso contrario la fase permanece constante.  Se

realiza en dos fases 0º y 180º, podemos obtener hasta 2 señales. QPSK: En lugar de usar un desplazamiento de fase de 180º utiliza desplazamientos de fase correspondientes a múltiplos de 90º

(90º,180º,270º,360º).  Por lo que cada elemento de señal representa 2 bits en lugar de 1.

Datos analógicos, señales digitales

Datos Analógicos, Señales Digitales Es más concreto referirse a este proceso como la

conversión de datos analógicos a datos digitales:  este proceso se denomina también digitalización.

El dispositivo que se utiliza para la conversión de los datos analógicos en digitales, y que posteriormente recupera los datos analógicos iníciales de los digitales se denomina CODEC codificador-decodificador.

Existen dos técnicas utilizadas por el CODEC que son: Modulación por Codificación de impulsos Modulación delta

Datos analógicos, señales analógicas

Para la transmisión de señales analógicas mediante modulación analógica existen 2 razones:

 Los medios no guiados necesitan una mayor frecuencia para una transmisión más efectiva.

La modulación permite la multiplexación por división de frecuencias.

Las técnicas de modulación de datos analógicos son: Modulación en Amplitud (AM) Modulación en Frecuencia (FM) Modulación en Fase (PM)

EL MODEM (MOdulador-DEModulador) Periférico de entrada/salida, que puede ser interno o

externo a una computadora, y sirve para a conectar una línea telefónica con la computadora. Se utiliza para acceder a internet u otras redes, realizar llamadas, etc.

Los datos transferidos desde una línea de teléfono llegan de forma analógica. El módem se encarga de "demodular" para convertir esos datos en digitales. Los módems también deben hacer el proceso inverso, "modular" los datos digitales hacia analógicos, para poder ser transferidos por la línea telefónica.

Existen módems especiales llamados módems digitales. Técnicamente hablando, estos módems no pueden llamarse así, pues no hay ningún tipo de modulación/demodulación (pues la línea que transmite los datos es digital).

Básicamente existen tres tipos de módems digitales, que sirven para tres tipos de conexiones:* Módem ISDN o adaptador terminal.* Módem DSL o ADSL.* Cablemódem.

Multiplexores

Multiplexacion por división en frecuencias

FDM El ancho de b anda útil del medio supera el

ancho de banda requerido del canal Cada señal se modula con una frecuencia

portadora diferente Las frecuencias portadoras están separadas

de manera que las señales no se solapen (bandas guardadas o de seguridad)

Ejemplo: la radio convencional Asignación de canal, incluso si no hay datos

Diagrama de multiplexacion por division en frecuencias

Multiplexacion por división de tiempo

TDM para fuentes analógicas y digitales