técnica de comunicaciones eléctricas · placa de circuito impreso! usada para comunicar equipos a...
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Técnica de Comunicaciones Eléctricas
Trasmisión digital
Eduardo Interiano
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Contenido
! Transmisión serie y paralelo
! Transmisión en banda base
! Códigos de línea
! Códigos de detección y corrección de errores
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Transmisión serie y paralelo
! Transmisión serie! Se transmite bit por
bit
! Transmisión en paralelo! Se transmiten varios
bits simultáneamente
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Transmisión en paralelo
! Se transmiten grupos de bits en paralelo
! Alta velocidad! Muchas conexiones (n-líneas + control)! Longitud limitada a varios metros! Velocidad en bytes/segundo o múltiplos
como Mbytes/segundo
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Transmisión en paralelo
! Apta para comunicación dentro de una placa de circuito impreso
! Usada para comunicar equipos a muy corta distancia entre sí ej: computadora a impresora o a discos externos
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Transmisión serie
! Baja a mediana velocidad! Requiere menos conexiones (3 líneas)! Mayor alcance:
! sin modulación algunos cientos de metros! con modulación ilimitado
! La velocidad de comunicación se expresa en bits/segundo (bps) o múltiplos como Mbps.
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Transmisión serie: requisitos
! El receptor tiene que identificar el inicio y el fin del mensaje o secuencia de bits
! También debe ser capaz de identificar el inicio y el fin de cada bit
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Transmisión serie: tipos
! Dependiendo de la forma empleada para sincronizar el receptor con el transmisor se conocen dos tipos
! Serie asincrónica
! Serie sincrónica
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Transmisión serie asincrónica
! La señal de reloj no se incluye con los datos, el receptor y el transmisor deben ponerse de acuerdo antes sobre la velocidad de transmisión
! Ya que los relojes en el receptor y transmisor sólo se sincronizan al inicio de la secuencia, se limita la cantidad de bits para que el error de sincronización no sea demasiado grande
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Transmisión serie asincrónica
! La unidad de datos es el byte o carácter, que se transmite separado de otros por un tiempo totalmente variable
! La trama de un byte incluye un bit de inicio, varios bits de datos, uno o varios bits de parada y opcionalmente un bitde paridad
! La línea toma el valor marca cuando está inactiva
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Transmisión serie asincrónica
TT=Tiempo de bit
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Eficiencia de la transmisión serie asincrónica
! Tenemos que para transmitir un byte se requieren al menos 2 y a veces hasta 3 bits extra; por lo que la eficiencia de transmisión máxima es:
%808.0108
asinc ====sTotaldeBitsBitsdeDatoη
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Transmisión serie sincrónica
! La señal contiene información del reloj entremezclada con los datos
! El receptor extrae el reloj de la señal para sincronizarse
! Como el receptor está siempre sincronizado con el transmisor, el número máximo de bits se puede incrementar sin aumentar el error de sincronización
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Transmisión serie sincrónica
! La unidad de datos es la trama, la cual contiene varios bytes de datos
! Para sincronizar el inicio y el fin de la trama se utilizan secuencias especiales de bits (flag), que no pueden ocurrir en el campo de los datos u otro
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Transmisión serie sincrónica
Flag FlagDirección Control FCSDatos
1 2 2 variable (1500 máx.) 2 1
Formato de una trama sincrónica típica
Bytes:
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Eficiencia de la transmisión serie sincrónica
! Las tramas sincrónicas usan aproximadamente 8 bytes extra para transmitir hasta 1500 bytes de datos por lo que la eficiencia máxima es de:
%47.999947.015081500
sinc ====esTotaldeBytosBytesdeDatη
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Transmisión en banda base
! Se dice que si la magnitud espectral de una forma de onda es diferente de cero a frecuencias cercanas al origen, f = 0, e insignificante en otra parte, la forma de onda es banda base
f [Hz]
M
0
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Códigos de línea: propiedades deseables
! Autosincronización! Baja probabilidad de error de bits! Espectro adecuado para el canal! Ancho de banda de transmisión
pequeño! Capacidad de detección de errores! Transparente
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Códigos de línea: ejemplos
NRZ unipolar
NRZ polar
NRZ invertida(codificación diferencial)
Bipolar
Manchester
Manchester diferencial
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Espectros de códigos de línea
Espectro de algunas formas de codificación
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AMI (Alternate Mark Inversion)
Usado en las líneas dedicadas T1 a 1.544 kbps, no es transparente
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HDBn (High Density Bipolar n)
! Son códigos AMI modificados! En éstos, la regla de alternancia de
polaridades de impulsos consecutivos es violada intencionalmente! En el caso de que la señal binaria presente
más de n bits cero consecutivamente, se inserta un impulso V ¨impulso de violación¨ que tiene la misma polaridad que el anterior
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HDB3 (High Density Bipolar 3)Usado a 2.048, 8.448, 34.368 kbps, cada 4 ceros seguidos se sustituyenpor 3 ceros y un impulso de violación V, o B + (n-1) bits 0 + V
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2B1Q (two bits on one QUAT )
Es un código bipolar de cuatro niveles donde cada elemento de señal corresponde a dos bits transmitidos (QUAT). Usado en ISDN BRI y HDLC
Informacióndigital
Señal sincodificar
2B1Q
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Corrección de errores
! En sistemas de comunicación digital se usan dos tipos de corrección de errores:
! Solicitud de repetición automática (ARQ : Automatic Repeat Request)
! Corrección anticipada de errores(FEC : Forward Error Correction)
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Corrección de erroresSolicitud de repetición automática
! Se emplea en sistemas de comunicación bidireccionales simultáneos (full-duplex)
! Si el receptor encuentra que el mensaje está bien envía un ACK al transmisor
! Cuando el receptor detecta errores en un bloque de datos, solicita que se retransmita el mensaje por medio de un NACK
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Corrección de errores
Corrección anticipada de errores
! Se emplea en sistemas de comunicación en canales de una vía (simplex) o en sistemas duplexcon demoras grandes en la transmisión
! Los datos transmitidos se codifican de forma tal que el receptor pueda detectar y corregir los errores
! Estos métodos se clasifican como codificación del canal
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Codificación de canal
Sistema de comunicación digital en general
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Codificación de canal
! La codificación implica agregar bits adicionales (redundantes) al flujo de datos de modo que el decodificador reduzca o corrija los errores a la salida del receptor
! Los bits adicionales aumentan los requisitos de ancho de banda de la señal codificada
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Clasificación de códigos
! De bloque! El codificador no tiene memoria
! Convolucionales! El codificador tiene memoria
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Clasificación de códigos
De bloque! Se transforman k símbolos binarios de
entrada en n símbolos binarios de salida con n > k
! Se selecciona la codificación que produzca redundancia, tal como bits de paridad
! Ejemplos de códigos de bloque: ! Hamming! Reed-Solomon
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Clasificación de códigos
Convolucionales! Se transforman k símbolos binarios de
entrada en n símbolos binarios de salida donde los símbolos de salida se ven afectados por (v + k) símbolos de entrada
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Tasa de error de bits (BER: Bit Error Ratio)
! Es una medida del deterioro de la información en un sistema de comunicaciones digital (similar a la relación señal a ruido de los sistemas analógicos)
! Es la probabilidad de error de bit! En forma simple, es el número de errores
dividido entre el número total de bits en un intervalo de tiempo determinado
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Tasa de error de bits (BER: Bit Error Ratio)
! Ejemplo: si se reciben 10 bits erróneos por cada millón de bits totales tenemos:
! Lo que significa que hay un bit con error por cada 100000 bits recibidos
sBitsTotaleorBitsConErrBER =
510*100001.01000000
10 −===BER
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Códigos de detección de errores
! Paridad simple ! paridad transversal! paridad longitudinal
! Verificación de redundancia cíclica (CRC: Cyclic Redundancy Check)! CRC-16 o CRC-32
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Paridad simple
! La paridad P, es el número de bits 1 de una secuencia de bits
! Si se acuerda paridad par, el número de bits 1 debe ser par en la secuencia.
! Para lograrlo, se inserta un 0 o un 1 el el campo correspondiente a P
100101103 unos ⇒ P = 1
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Paridad simple10010110
100101110
Ocurre un error durante la comunicación y se altera un bit
4 unos ⇒ P = 0 ≠ 1
Original
Alterado
No importa cual bit se altere, siempre que solo sea uno, y la paridad calculada en el receptor será diferente del valor de P y se puede detectar el error
Si se alteran dos bits cualesquiera, no se detectará error
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Verificación de redundancia cíclica (conceptual)
! Se divide la secuencia de bits a transmitir entre un número escogido especialmente
! El residuo de la división se coloca en el campo del CRC
! En el receptor se vuelve a dividir la secuencia recibida y si el residuo obtenido es diferente del CRC recibido, entonces hubo error en la comunicación
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Verificación de redundancia cíclica! Ejemplo: Usaremos el
número primo 13, como divisor, para mostrar el proceso
! el resultado es 7 y el residuo es 9. Se transmite el valor 100 con CRC = 9
! En el receptor se repite la división y si todo está en orden, el CRC será igual al residuo
99,713100
==== CRCR
99,713100
=⇒== CRCR
100101100100
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Códigos de corrección de errores
! Código de Hamming! Detecta dos errores y corrige un error con
d = 3 ≥ 2t+1, con t =1 errores corregibles
! Código de Reed-Solomon! Usado en CD, DAT y vídeo digital! Corrige hasta dos errores en mensajes de
hasta 251 Bytes de longitud
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Código de Hamming: definiciones
! Peso de Hamming es el número de bits 1! El peso de Hamming de es 4
! Distancia de Hamming entre dos palabras de código es el número de posiciones en las cuales difieren
! La distancia d = 2
10011110
10010110
11010110
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Código Hamming (7,4)
! En este código intercalado se generan los bits de paridad haciendo una operación XOR de los bits de datos! p1 = i3⊕i1 ⊕i0! p2 = i3⊕i2 ⊕i0! p4 = i3⊕i2 ⊕i1
p1p2i0p4i1i2i3
0100101
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Código Hamming (7,4)! Se produce un error en
la comunicación que afecta el quinto bit
! Se realiza la operación XOR entre los bits de paridad recibidos y los calculados en el receptor, el resultado es cinco, hay que cambiar el bit cinco que está en error
01000101
01110011001
1 10
5
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Referencias
! Couch II, León W.. Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos. Prentice Hall, 5a Ed. México, 1998. Cap. 1, 3.
! León-García, Alberto, Widjaja, Indra. Redes de Comunicación, McGraw Hill, España, 2002. Cap. 3.