Seales analgicas y seales digitales

ASIR-PAR 03Tema 3. Seales analgicas y seales digitalesSeal analgica vs. Seal digital.Una seal analgica representa una onda electromagntica que vara de forma continua. Dependiendo de su espectro, las seales analgicas pueden transmitirse por una amplia variedad de medios, por ejemplo, cables como el coaxial, la fibra ptica y medios de propagacin espacial o atmosfrica.Una seal digital es una secuencia de pulsos de voltaje que pueden transmitirse por medio de un cable; por ejemplo, un nivel de voltaje positivo constante puede representar el uno binario y un nivel de voltaje negativo puede representar el cero binario Transmisin analgica y digital de datosPara transmitir datos es preciso transformarlos en una seal temporal que los represente y que pueda atravesar un determinado medio de transmisin para llegar al receptor en las mismas condiciones posibles.En las redes de ordenadores, los datos a intercambiar siempre estn disponibles en forma de seal digital. No obstante, para su transmisin podemos optar por la utilizacin de seales digitales o analgicas. La eleccin no ser, casi nunca, una decisin del usuario, sino que vendr determinada por el medio de transmisin a emplear.No todos los medios de transmisin permiten seales analgicas ni todos permiten seales digitales. Como la naturaleza de nuestros datos ser siempre digital, es necesario un proceso previo que adecue estos datos a la seal a transmitir.Informacin digital, seal digitalSi el medio de transmisin permite el empleo de seales digitales y los datos a enviar son de este tipo, resulta muy conveniente el empleo de seales digitales. Para obtener la secuencia que compone la seal digital a partir de los datos digitales se efecta un proceso denominado codificacin.Existen multitud de mtodos de codificacin, mencionaremos seguidamente los ms usuales. En todos ellos se menciona la celda de bit, que es la duracin de un bit, o sea, la inversa de la velocidad de transmisin.NRZ (No Return to Zero): Es el mtodo que empleamos para representar la evolucin de una seal digital en un cronograma. Cada nivel lgico 0 y 1 toma un valor distinto de tensin.NRZI (No Return to Zero Inverted): La seal no cambia si se transmite un uno, y se invierte si se transmite un cero.RZ (Return to Zero): Si el bit es uno, la primera mitad de la celda estar a uno. La seal vale cero en cualquier otro caso.Manchester: Los valores lgicos no se representan como niveles de la seal, sino como transiciones en mitad de la celda de bit. Un flanco de bajada representa un cero y un flanco de subida un uno.Manchester diferencial: Manteniendo las transiciones realizadas en el mtodo Manchester, en este mtodo introduce la codificacin diferencial. Al comienzo del intervalo de bit, la seal se invierte si se transmite un cero, y no cambia si se transmite un uno.

Ya que existen muchos sistemas de codificacin conviene destacar que no todos los mtodos generarn seales con las mismas propiedades. A la hora de escoger entre unos y otros conviene considerar las siguientes caractersticas:Capacidad autoreloj: Algunas de las seales resultantes garantizan transiciones de nivel, con independencia del valor de los datos, que pueden servir para determinar el reloj de transmisin y la posicin de la celda de bit. En otro caso, es necesario transmitir la seal de reloj por separado.Capacidad de deteccin de errores: Algunos cdigos permiten detectar condiciones de error. Por ejemplo: una transmisin que se debiera producir y no aparece.Informacin digital, seal AnalgicaCuando las caractersticas del medio de transmisin no permiten seales digitales, se hace necesario convertir los datos digitales en una seal analgica susceptible de ser transmitida correctamente. El ejemplo ms popular de esto, es la transmisin de datos digitales a travs de las redes telefnicas. Estas redes fueron diseadas para transmitir seales analgicas en el rango del espectro vocal (300-3400) Hz., lo que no resulta adecuado para la transmisin de seales digitales. Sin embargo, puede ligarse un dispositivo digital a la red telefnica por medio de un modem, que convierte los datos digitales en seales analgicas y viceversa.Al proceso por el cual obtenemos una seal analgica a partir de unos datos digitales se le denomina modulacin. Esta seal la transmitimos y el receptor debe realizar el proceso contrario, denominado demodulacin para recuperar la informacin.El proceso de modulacin precisa de dos seales, moduladora y portadora, y genera como resultado una tercera seal, denominada seal modulada. Se define el trmino modulacin como el proceso mediante el cual una seal que contiene informacin (moduladora) se combina con otra seal (portadora) para dar como resultado una nueva seal (modulada) que contiene la misma informacin que la primera pero que es el resultado de modificar alguno de los parmetros caractersticos (amplitud, frecuencia o fase) de la segunda.

Veamos ahora algunos esquemas simples de modulacin:FSK (Modulacin por desplazamiento de la frecuencia): Se modifica la frecuencia de la portadora segn el valor dex bit a transmitir, durante la celdas de bit con valor uno emplearemos la frecuencia f1 y la f para los bits con valor cero. La seal as resultante ser una sucesin de tramas de las dos frecuencias indicadas, y ser una seal analgica. Es el mtodo ms utilizado en modems de baja velocidad (300 a 1200 baudios) diseados para operar con conexiones a travs de la red telefnica conmutada. ASK (modulacin por desplazamiento de la amplitud): En esta tcnica no se modifica la frecuencia de la portadora sino su amplitud. Los dos valores binarios se representan mediante diferentes niveles de amplitud de esta seal. Generalmente una de las amplitudes es cero, o sea el uno binario se representa por la presencia de portadora y el cero por la ausencia de la misma. Resulta adecuada para la transmisin de datos digitales sobre fibra ptica. En este caso, los bits de valor uno se representan mediante pulsos de luz y los bits a cero por la ausencia de luz.PSK (Modulacin por desplazamiento de fase): La frecuencia y la amplitud se mantiene constantes y se vara la fase de la portadora para representar los niveles uno y cero con distintos ngulos de fase.

TRANSMISIN EN SERIE Y TRANSMISIN EN PARALELOLas comunicaciones que tienen lugar dentro de un ordenador suelen usar sistemas de transmisin en paralelo con capacidad de 8, 16, 32 o 64 bits, simultneamente. Los buses de datos en paralelo, o simplemente buses de datos, se utilizan para conseguir velocidades de transmisin mucho ms elevadas all donde los costes de los cables son significativos. En las interfaces en paralelo se asigna una funcin concreta a cada una de las lneas, mientras que las interfaces en serie deben transmitir datos, seales de control e informacin de sincronizacin multiplexados bit a bit segn un determinado protocolo de comunicacin.Es frecuente emplear transmisiones de datos en paralelo entre los ordenadores y los discos de almacenamiento de alta velocidad, o entre los ordenadores y las impresoras de alta velocidad, dado que el costo adicional de los cables no es significativo y las velocidades de transmisin necesarias slo pueden alcanzarse utilizando cables convencionales si se transmiten todos los bits de forma simultnea.La transmisin en serie conlleva la necesidad de transformar los datos a una forma serie, aadir caracteres de control, incluir los datos en tramas y aadir los elementos requeridos por el protocolo de comunicaciones. Para distancias cortas, la transmisin paralela puede ser ms econmica, pero a medida que la distancia aumenta, el costo de los conductores adicionales que supone un cable para transmisin en paralelo, comparados con el mismo costo para un cable para transmisin serie, se hace importante.El costo de una interfaz para una transmisin en paralelo a una distancia significativa resulta prohibitivo a partir de unos cuantos cientos de metros y los retrasos variables que pueden experimentar los datos sobre las distintas lneas provocan dificultades a la hora de garantizar su validez cuando se leen en el extremo distante.

TRANSMISIONES SNCRONAS Y ASNCRONASTransmisin asncronaLos "n" bits que forman la palabra del cdigo correspondiente, van siempre precedidos de un bit "0" llamado arranque o Start y seguidos de al menos un bit "l" llamado de parada o Stop. El conjunto citado forma un carcter, pudiendo mediar, entre dos consecutivos, cualquier separacin.La transmisin asncrona, o transmisin arranque-parada, es menos compleja que la transmisin sncrona, dado que la informacin de sincronizacin forma parte de cada carcter.Por esta razn suele emplearse en los terminales baratos que transmiten un nico carcter cada vez.

Transmisin sncronaLa transmisin sncrona no necesita emplear bits de comienzo y final para delimitar cada uno de los caracteres, y por tanto es un 20 por 100 ms eficiente que la transmisin asncrona, pero requiere que se mantenga una sincronizacin entre el transmisor y el receptor, para delimitar qu grupos de bits constituyen un carcter.En funcionamiento sncrono, los octetos de datos se transmiten formando una secuencia continua, sin pulsos de arranque o parada. Las seales de reloj empleadas por el receptor debe obtenerlas el mdem a partir de las seales transmitidas, o bien a partir de una seal independiente que debe acompaar a los datos desde el transmisor hasta el receptor.

METODOS DE TRANSMISION ( SIMPLEX, HALF-DUPLEX Y FULL-DUPLEX )La transmisin de datos y mensajes puede tener lugar en uno de los tres modos siguientes:Simplex (la transmisin tiene lugar en un solo sentido).Half-duplex (HDX) (la transmisin puede tener lugar en ambos sentidos, pero no simultneamente).Full-duplex (FDX) (la transmisin puede tener lugar en ambos sentidos simultneamente).La transmisin simplex es apropiada solamente para dispositivos receptores, como impresoras, que nunca transmiten informacin.En modo half-duplex los mdems situados en cada uno de los extremos del enlace deben alternar entre los modos de transmisin y recepcin, para poder recibir despus de cada transmisin, al recibir una seal de control de "peticin de permiso para enviar" (Request To Send, RTS) desde el ordenador o terminal.

Medios de TransmisinEl medio de transmisin constituye el soporte fsico a travs del cual emisor y receptor pueden comunicarse en un sistema de transmisin de datos. Distinguimos dos tipos de medios: guiados y no guiados. En ambos casos la transmisin se realiza por medio de ondas electromagnticas. Los medios guiados conducen (guan) las ondas a travs de un camino fsico, ejemplos de estos medios son el cable coaxial, la fibra ptica y el par trenzado. Los medios no guiados proporcionan un soporte para que las ondas se transmitan, pero no las dirigen; como ejemplo de ellos tenemos el aire y el vaco.

La naturaleza del medio junto con la de la seal que se transmite a travs de l constituyen los factores determinantes de las caractersticas y la calidad de la transmisin. En el caso de medios guiados es el propio medio el que determina principalmente las limitaciones de la transmisin: velocidad de transmisin de los datos, ancho de banda que puede soportar y espaciado entre repetidores. Sin embargo, al utilizar medios no guiados resulta ms determinante en la transmisin el espectro de frecuencia de la seal producida por la antena que el propio medio de transmisin. En la siguiente tabla se muestran las caractersticas ms tpicas de algunos medios guiados.MedioV. de transmisinAncho de bandaDistancia entre repetidores

Par trenzado4 Mbps3 Mhz2 10 km

Cable coaxial550 Mbps500 Mhz1 10 km

Fibra ptica2 Gbps2 Ghz10 100 km

Medios guiados ms usuales Medio magnticoUna de las formas ms comunes para el transporte de datos, de un ordenador a otro, consiste en escribir dicha informacin sobre una cinta magntica o en discos, y transportar fsicamente la cinta o los discos hasta la mquina destino, para que despus sta pueda leer la informacin. Lneas de hilo desnudoEs el medio ms simple de transmisin. Ya en desuso. La informacin se transmite por medio de cables conductores sin recubrimiento aislante que deben por tanto, ir separados. La seal, que es tpicamente un voltaje o nivel relativo de corriente respecto a una referencia, se aplica a uno de los hilos mientras que el otro se conecta a tierra.No constituye un buen medio porque tiene una elevada atenuacin y adems es muy sensible a los ruidos elctricos (diafona) causados por el acoplamiento capacitivo entre dos hilos. Pares trenzadosEste consiste en dos alambres de cobre aislados, en general de 1mm de espesor. Los alambres se entrelazan en forma helicoidal, como en una molcula de DNA. La forma trenzada del cable se utiliza para reducir la interferencia elctrica con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor, (Dos cables paralelos constituyen una antena simple, en tanto que un par trenzado no.)

La aplicacin ms comn del par trenzado es el sistema telefnico, casi todos los telfonos estn conectados a la oficina de la compaa telefnica a travs de un par trenzado. La distancia que se puede recorrer con estos cables es de varios kilmetros, sin necesidad de amplificar las seales, pero si es necesario incluir repetidores en distancias ms largas. Cuando hay muchos pares trenzados colocados paralelamente que recorren distancias considerables, como podra ser el caso de los cables de un edificio de departamentos que se dirigen a la oficina de telfonos, stos se agrupan y se cubren con una malla protectora. Los pares dentro de estos agrupamientos podran sufrir interferencias mutuas si no estuviera trenzados. Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisin analgica como digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits/s, en distancias de pocos kilmetros. Debido a su adecuado comportamiento y bajo costo, los pares trenzados se utilizan ampliamente y es probable que su presencia permanezca por muchos aos.El principal factor limitador de las lneas de par trenzado es causado por un fenmeno conocido como efecto piel. Al aumentar la velocidad de transmisin y por tanto la frecuencia de la seal transmitida, la corriente tiende a fluir nicamente por la superficie del cable. Esto tiene el efecto de aumentar la resistencia de los hilos para las seales de alta frecuencia, lo que provoca una mayor atenuacin de las seales transmitidas. A altas frecuencias una cantidad creciente de la potencia de la seal se pierde debido a los efectos de la radiacin. Cable coaxial de banda baseEl cable coaxial es otro medio tpico de transmisin. Hay dos tipos de cable coaxial que se utilizan con frecuencia, uno de ellos es el cable de 50 ohms, que se utiliza en la transmisin digital y es precisamente el tema de esta seccin; en tanto que el otro tipo, el cable de 75ohms, que se emplea en la transmisin analgica, ser el tema de la seccin siguiente.El cable coaxial consta de un alambre de cobre duro en su parte central, es decir, que constituye el ncleo, el cual se encuentra rodeado por un material aislante. Este material aislante est rodeado por un conductor cilndrico que frecuentemente se presenta como una malla de tejido trenzado. El conductor externo est cubierto por una capa de plstico protector.

La construccin del cable coaxial produce una buena combinacin de un gran ancho de banda y una excelente inmunidad al ruido. El ancho de banda que se puede obtener depende de la longitud del cable; para cables de 1km, por ejemplo, es factible obtener velocidades de datos de hasta 10Mbps, y en cables de longitudes menores, es posible obtener velocidades superiores. Cable coaxial de banda ancha El otro tipo de cable coaxial emplea la transmisin analgica en el cableado que se utiliza comnmente para el envo de la seal de televisin por cable, y se le denomina de banda ancha. Aunque el trmino banda ancha proviene del medio telefnico, en el cual se refiere a frecuencias superiores a los 4kHz, el significado de este trmino en el medio de redes de ordenadores se asocia a las redes de cables utilizadas para la transmisin analgica de hasta 150 Mbps. Fibras pticasUna fibra ptica es un cilindro de pequea seccin (dimetro del orden de 2 a 125 m), de un medio flexible cristal, plstico- capaz de conducir un rayo ptico. Las mejores son las de silicio puro, y que tienen menos prdidas, aunque su precio es ms elevado..Un cable de fibra ptica consta de tres secciones concntricas. La ms interna, el ncleo, consiste en una o ms hebras o fibras hechas de cristal o plstico. Cada una de ellas lleva un revestimiento de cristal o plstico con propiedades pticas distintas a las del ncleo. La capa ms exterior, que recubre una o ms fibras, debe ser de un material opaco y resistente.

Un sistema de transmisin por fibra ptica est formado por una fuente luminosa muy monocromtica (generalmente un lser), la fibra encargada de transmitir la seal luminosa y un fotodiodo que reconstruye la seal elctrica. La luz se propaga en zig-zag debido a los fenmenos de reflexin total que tienen lugar en el interior de la fibra. Por este motivo las prdidas son muy escasas. Adems, las fibras son inmunes a las interferencias electromagnticas y a su vez no interfieren en otros sistemas. Por lo tanto, resultan extremadamente tiles para la transmisin de seales en medios muy ruidosos. Entre otras de sus ventajas podemos citar su elevado ancho de banda (permite alcanzar velocidades del orden de Gbps sobre decenas de Km) y sus reducidos peso y tamao.

Los sistemas de fibra ptica son mecnicamente ms delicados, por lo que presentan ms dificultades en su instalacin. Se utilizan en telecomunicaciones a larga distancia, aplicaciones militares, redes locales, distribucin de seales de audio/vdeo.Medios no guiadosEn muchas ocasiones resulta problemtica la instalacin de un tendido. Los enlaces va radio emplean la propagacin de las ondas electromagnticas en el espacio y por lo tanto no precisan de ningn tipo de cableado entre emisor y receptor. Dentro de los enlaces va radio existen diferentes tipos segn la banda empleada, exhibiendo diferentes propiedades. Los mtodos ms usuales son:

Radio enlaces de onda cortaLa OC es una banda de radio, comprendida entre 2 y 15 Mhz aproximadamente, (aparece con las siglas SW en los receptores de radio). Poseen un alcance de miles de kilmetros, ya que se reflejan en la ionosfera y adems son omnidireccionales, aunque slo permite reducidas velocidades de transmisin, menores de 1200 bps. Aunque antao fueron el medio ms comn, su uso actualmente se encuentra restringido a circunstancias especiales, debido a su limitada capacidad. Se emplea, por ejemplo, para la difusin de noticias de las agencias de teletipos de todo el mundo. Radio enlaces de VHF y UHFEstas bandas cubren aproximadamente desde 55 a 550 Mhz. Son tambin omnidireccionales, pero a diferencia de las anteriores la ionosfa es transparente a ellas. Su alcance mximo es de un centenar de kilmetros, y las velocidades que permite del orden de los 9600 bps. Su aplicacin suele estar relacionada con los radioaficionados y con equipos de comunicacin militares, tambin la televisin y los aviones. MicroondasAdems de su aplicacin en hornos, las microondas nos permiten transmisiones tanto terrestres como con satlites. Dada su frecuencia, del orden de 1 a 10 Ghz, las microondas son muy direccionales y slo se pueden emplear en situaciones en que existe una lnea visual que une emisor y receptor. Para incrementar la distancia til de las microondas terrestres, se puede instalar un sistema de repetidores con cada antena. Los enlaces de microondas permiten grandes velocidades de transmisin, del orden de 10 Mbps.

Problemas en la transmisinLa transmisin de una seal supone el paso de la misma a travs de un determinado medio, por ejemplo: un cable, el aire, etc. Debido a diferentes fenmenos fsicos, la seal que llega al receptor difiere de la emitida por el transmisor. Vamos a estudiar a continuacin una serie de efectos que contribuyen a modificar la seal que se transmite.S la suma de todos los efectos no produce una gran diferencia entre ambas seales, conseguiremos una transmisin libre de errores. Por el contrario, cuando la seal recibida difiera en exceso de la seal transmitida el receptor puede interpretar incorrectamente la informacin y decimos entonces que se produce un error de transmisin. Evidentemente no todas las seales sufren los mismos efectos al atravesar los distintos medios de transmisin, luego cuando sea posible, escogeremos el tipo de seales y medios que conduzcan a las mejores condiciones de transmisin.Veamos ahora algunos de estos problemas de la transmisin. La atenuacinConsiste en el debilitamiento o prdida de amplitud de la seal recibida frente a la transmitida. Por ejemplo, sabemos que cualquier sonido se percibe con menor intensidad cuando ms alejados nos encontramos de la fuente que lo origina. Efectivamente, la atenuacin tiene un efecto proporcional a la distancia. A partir de una determinada distancia, la seal recibida es tan dbil que no se puede reconocer mensaje alguno. Para paliar el efecto de la atenuacin se pueden incorporar en el camino de la seal unos dispositivos activos, cuya funcin es amplificar la seal en la misma medida en que acaba de ser atenuada por el medio, de esta forma se consigue recuperar la seal para que pueda alcanzar ms distancia.Segn el tipo de seal, analgica o digital, estos dispositivos tienen un comportamiento distinto y tambin diferente nombre. Para el caso de seales digitales hablamos de dispositivos repetidores, que son capaces de restaurar la misma seal original. Para las seales analgicas se denominan amplificadores y estos elementos no permiten recuperar la seal original, debido al efecto del ruido que no se puede aislar de las seales analgicas pero s de las digitales.Debido a la imposibilidad de supresin del ruido en el caso de las seales analgicas aparece la limitacin del nmero mximo de amplificadores que pueden ser conectados en una lnea de transmisin y con ello se limita la distancia mxima de este tipo de transmisiones.

Distorsin por atenuacinHasta ahora hemos supuesto que la atenuacin afecta por igual a todas las seales. Sin embargo, la atenuacin es funcin, adems de la distancia, de la frecuencia de las seales que se propagan. Las de mayores frecuencias sufren una mayor atenuacin.Este fenmeno produce, en las seales con diferentes componentes frecuenciales, una atenuacin distinta para cada componente de frecuencia, lo que origina que la seal recibida tenga una forma diferente de la transmitida, amen de una menor amplitud. Como la seal recibida se ha deformado con respecto a la transmitida decimos que se ha distorsionado.

Para compensar esta diferente atenuacin a distintas frecuencias, los amplificadores pueden incorporar una etapa denominada ecualizador.El retardo de grupoOtro de los problemas de la transmisin es el retardo. Sabemos que todas las seales se propagan a una cierta velocidad, que depende del medio y de la naturaleza de la seal. Por ejemplo: el sonido se propaga en el aire aproximadamente a 340 m/s, la luz a 3000.000 km/s, etc.Luego todas las seales van a tardar un cierto tiempo en recorrer la distancia que separa al emisor del receptor. Adems, si en el camino la seal atraviesa determinados circuitos electrnicos, pticos, o de cualquier otra naturaleza, estos pueden aadir un retardo adicional. Por ejemplo: una puerta lgica introduce un retardo del orden de 15ns entre su entrada y su salida.De igual forma que suceda con la atenuacin, el retardo tampoco es una funcin constante con la frecuencia y las diferentes componentes de una seal sufren distintos retardos. Por ejemplo: para una seal limitada en ancho de banda la velocidad tiende a ser ms alta en la frecuencia central y decrece en los lmites de la banda de frecuencias. Esto trae como consecuencia que en un instante dado las componentes frecuenciales que llegan al receptor no son las mismas que unos instantes antes envi el emisor, por lo tanto, la seal recibida tendr una forma distinta de la emitida, de nuevo hablamos de distorsin. A la distorsin producida por el retardo, se la denomina distorsin por retardo.Este fenmeno carece de trascendencia en las transmisiones de voz, ya que el odo humano no es sensible a las diferencias de retardo. Sin embargo, tiene efectos importantes en la transmisin de datos digitales, especialmente a alta velocidad.

La diafonaLa diafona (crosstalk) Es un fenmeno que todos hemos experimentado en las comunicaciones telefnicas. Consiste en la interferencia de un canal (o cable) prximo con el nuestro, esto produce una seal que es la suma de la seal transmitida y otra seal externa atenuada que aparece de fondo. En una conversacin telefnica esto se observa como una segunda conversacin que se oye de fondo mezclada con la nuestra.El motivo de este fenmeno es la influencia mutua entre dos canales de transmisin prximos en frecuencia o que comparten el mismo tendido de cables.

El ruido impulsivoOtra fuente de problemas en la transmisin es el denominado ruido impulsivo. Consiste en pulsos irregulares de corta duracin y relativamente gran amplitud, que son provocados por inducciones, como consecuencia de conmutaciones electromagnticas. Este tipo de ruido es debido a causas variadas externas al medio de transmisin. Podemos asociarlo a las interferencias en un receptor de radio cuando se aproxima una motocicleta, o tambin al encendido de determinados aparatos en un domicilio (por ejemplo: una lavadora o nevera).Existen infinidad de dispositivos cuyo encendido o apagado genera un impulso de radio frecuencia capaz de influir a canales de comunicacin prximos. El ruido impulsivo es tpicamente aleatorio, es decir, se produce de manera inesperada y no suele ser repetitivo.

El ruido trmicoEst presente en todos los dispositivos electrnicos y medios de transmisin y es debido a la agitacin de los electrones en un conductor. Es proporcional a la temperatura y se encuentra distribuido uniformemente en todo el espectro de frecuencias. Habitualmente el efecto del ruido trmico es despreciable, excepto en aquellos casos en los que se trabaja con seales muy dbiles. Tcnicas de deteccin de erroresEn el apartado previo vimos que existen diversos problemas en la transmisin de seales que pueden ocasionar, errores en la transmisin, especialmente cuando la distancia que separa emisor y receptor es grande. Pueden tomarse medidas para reducirlos, pero no para eliminarlos completamente. Por ello, al realizar una transmisin deben utilizarse tcnicas que permitan detectar y corregir los errores que se hayan producido. Estas tcnicas se basan siempre en la idea de aadir cierta informacin redundante a la informacin que desee enviarse. A partir de ella el receptor puede determinar, de forma bastante fiable, si los bits recibidos corresponden realmente a los enviados.El problema puede abordarse de dos formas distintas:Mediante cdigos autocorrectores (control de errores forward). En este caso, cada carcter o trama transmitida contiene suficiente informacin adicional, no slo para que el receptor pueda detectar que ha ocurrido un error, sino para que en caso de que ello haya ocurrido pueda inferir la informacin correcta a partir de los datos recibidos. Este esquema se usa raramente en transmisin de datos, puesto que la segunda aproximacin al problema resulta mucho ms eficiente, ya que el nmero de bits adicionales necesarios en este tipo de control se incrementa muy rpidamente al aumentar el tamao de los datos a enviar. Se usan nicamente en casos donde la estrategia de retransmisin es impracticable. Situaciones de difusin y canales smplex (en un solo sentido de transmisin).Utilizando estrategias basadas en retransmisin (control de errores backward). Cada carcter o trama transmitida contiene suficiente informacin adicional nicamente para permitir que el receptor detecte si ha ocurrido algn error, en cuyo caso el transmisor debe enviar una copia del carcter o trama daado. En nuestro estudio se abordar nicamente este tipo de control de errores. El control de errores backward puede dividirse en dos partes: la primera de ellas comprende las tcnicas que pueden utilizarse para la deteccin de errores de forma fiable; la segunda engloba los algoritmos de control que se requieren para llevar a cabo las retransmisiones necesarias. El estudio de la primera parte se llevar a cabo en este apartado, siendo la segunda parte objeto de estudio en temas posteriores. ParidadUno de los mtodos ms comnmente empleados para detectar errores, cuando el nmero de bits de informacin a transmitir es pequeo y la probabilidad de que ocurra un error es baja, es el uso de un bit adicional de paridad por elemento transmitido.En el caso ms sencillo se aadir un bit a cada carcter a transmitir cuyo valor ser dependiente de su peso (nmero de unos que contiene el carcter). Si se utiliza paridad par, se aadir un uno si el carcter original tiene por peso un nmero impar y un cero en caso contrario. Para paridad impar, el proceso es el inverso. Con este mtodo puede detectarse la ocurrencia de un nmero impar de errores pero los errores pares no sern detectados. Resulta adecuado, por ejemplo, cuando se utiliza transmisin serie asncrona, cada carcter transmitido puede constar de siete y ocho bits de datos ms uno de paridad.Puede conseguirse una importante mejora aadiendo un segundo grupo de bits de paridad, como puede verse en la siguiente tabla. Para ello deben agruparse los datos en bloques y aplicar el control de paridad a dos dimensiones (filas y columnas). Para cada carcter se aade un bit de paridad, como en el caso anterior. Adems, se genera un bit de paridad para cada posicin de bit a travs de todos los caracteres. Es decir, se genera un carcter adicional en que el i-simo bit del carcter es un bit de paridad para el i-simo bit de todos los caracteres en el bloque.Bit 1Bit 2Bit nBit de paridad

Carcter 1b11b21bn1P1

Carcter 2b12b22bn2P2

Carcter mb1mb2mbnmPm

Carcter e paridadC1C2CnCn+1

El bit Cn+1 se puede considerar como vertical, horizontal o diagonal. Los bits redundantes horizontales se conocen con las siglas LRC (Longitudinal Redundancy Check) y los verticales por VRC (Vertical Redundancy Check). Con este mtodo pueden corregirse errores simples y detectarse dobles, triples y cudruples si stos no forman un rectngulo en la matriz de dgitos.Cdigos de redundancia cclica (CRC)Los cdigos de redundancia cclica, tambin conocidos como cdigos polinomiales constituyen el mtodo de deteccin de errores ms empleado en comunicaciones. Se utiliza con esquemas de transmisin orientados a tramas (o bloques). Permiten sustanciales mejoras en fiabilidad respecto a los mtodos anteriores, siendo a la vez una tcnica de fcil implementacin.El mtodo se basa en el uso de aritmtica polinomial mdulo 2 (No hay acarreos en la sustraccin ni en la adicin y las operaciones suma, resta y ORexclusivo coinciden). La trama a transmitir de n bits representa un polinomio de coeficientes binarios. La idea consiste en aadir una secuencia de k bits, al final de la trama, de manera que la secuencia de k+n bits resultante constituya los coeficientes de un polinomio divisible de forma exacta por un polinomio G(x) determinado previamente por emisor y receptor. Cuando el receptor recibe la trama realiza la divisin entre G(x), si el resto es distinto de cero ha ocurrido un error de transmisin.

Imponiendo condiciones bastante simples sobre los polinomios divisores es posible detectar un gran nmero de errores. Existen tres polinomios G(x) que se han convertido en estndares internacionales:CRC-12X12 + x11 + x3 + x2 + x +1

CRC-16X16 + x15 + x2 + 1

CRC-CCITTX16 + x12 + x5 + 1

Con secuencias de control de 16 bits, utilizando los polinomios CRC-16 y CRC-CCITT es posible detectar todos los errores simples y los dobles, todos los que afectan a un nmero impar de bits, todos los errores tipo rfaga de 16 bits o menores, el 99,997% de errores rfaga de 17 bits y el 99.998% de los de 18 bits y mayores.Tcnicas de MultiplexacinLas herramientas utilizadas en la transmisin llevan aparejado un coste. El coste asociado al medio de comunicacin es casi siempre - despreciable para distancias cortas mientras que para largas distancias se incrementa notablemente. Sin embargo, a menudo las estaciones que se comunican no utilizan completamente la capacidad del medio de comunicacin. Frecuentemente la comunicacin entre ordenadores tiene un carcter no permanente, producindose rfagas de trfico espordicamente, separadas por intervalos de silencio. Muchas de las aplicaciones cuentan con terminales remotos que acceden a un ordenador central a travs de lneas de larga distancia. El trfico que genera un terminal es tpicamente bajo debido a que su operador humano no es capaz de teclear por encima de una cierta velocidad.Por todo lo anterior, sera deseable que en aquellas situaciones donde se emplean lneas de transmisin de larga distancia (o de gran costa aunque no sean de gran longitud) conseguir el mximo aprovechamiento de la capacidad del medio de transmisin. Esto puede conseguirse mediante una tcnica denominada multiplexacin. Bsicamente, consiste en compartir un mismo medio de transmisin entre varias comunicaciones, con lo que se divide el coste asociado a cada comunicacin individual. El esquema general del proceso se muestra en la siguiente figura:

MultiplexacinEl proceso de multiplexacin es reversible y por tanto permite la transmisin simultnea de varias estaciones (A, B, C, D) por el mismo medio de transmisin.Los dos mtodos bsicos que nos permiten realizar la multiplexacin, son la multiplexacin por divisin del tiempo (MDT) y la multiplexacin por divisin de la frecuencia (MDF).En la multiplexacin por divisin de la frecuencia se divide el ancho de banda del canal entre las seales a multiplexar. Cada estacin puede transmitir simultneamente a las dems. En este tipo de multiplexacin, el ancho de banda del canal debe exceder a la suma de los anchos de banda de las seales que se transmiten, puesto que es necesario dejar bandas de seguridad entre las frecuencias asignadas a los diversos canales. Las seales transmitidas a travs del medio deben ser seales analgicas.En el segundo mtodo, se asigna a las diferentes estaciones un turno de transmisin rotativo, durante un quantum de tiempo transmite una estacin, luego la siguiente, ... etc. Luego realmente cada estacin utiliza el canal alternativamente, no de forma simultnea. Seguidamente se ilustran las dos tcnicas:

Tcnicas de MultiplexacinSe puede ver que mientras en la multiplexacin por divisin el tiempo cada estacin alterna su turno de transmisin con perodos de silencio, en la multiplexacin por divisin de la frecuencia todas las estaciones transmiten durante todo el tiempo (o al menos pueden hacerlo), pero al disponer cada una de menor ancho de banda que el total del canal tendrn que transmitir ms lentamente.

MDT

MDFEl interfaz RS-232La mayora de los ordenadores dispone de una capacidad limitada de transmisin. Habitualmente son capaces de proporcionar los datos codificados como una seal NRZ o algn otro cdigo, pero estas seales no son adecuadas para ser transmitidas por los medios de transmisin. Existen unos dispositivos especializados que realizan la funcin de conversin de las seales que proporciona el ordenador a las seales que se pueden transmitir con facilidad a travs del medio de transmisin escogido. Segn la terminologa empleada por el CCITT estos dispositivos reciben el nombre de ETCD (Equipos Terminales de Circuito de Datos) y los ordenadores reciben la denominacin de ETD (Equipos Terminales de Datos).

El tipo de ETCD ms conocido es el mdem, cuya funcin es precisamente convertir las seales digitales que suministra el ordenador en seales analgicas que puedan ser transmitidas con facilidad largas distancias.Para facilitar la conexin entre ETD y ETCD se han desarrollado mltiples estndares que determinan todas las caractersticas fsicas, elctricas, mecnicas y funcionales de la conexin constituyendo lo que denominamos la definicin de un interface. Estos estndares constituyen un ejemplo de los protocolos del nivel fsico, y se encuadraran en el nivel ms bajo del modelo de referencia OSI.Posiblemente el ms conocido y popular es el Recomended Standard 232. El RS-232 es una norma para la conexin entre un ETD y un ETCD que define:0 El tipo de conector a emplear1 Las caractersticas elctricas2 Los niveles de tensin3 Las longitudes mximas a distintas velocidades4 Los nombres de las seales que intervienen en el funcionamiento y la estructura del protocolo de comunicacin

Esta norma establece una sealizacin elctrica bipolar, segn la siguiente tabla:Nivel lgico 0+15..+3 Voltios

Nivel lgico 1-15..-3 Voltios

Las velocidades de transmisin que puede soportar este estndar van desde los 0bps hasta los 20Kbps. Con respecto a las distancias mximas se propone que no sean superiores a 15 metros. Aunque un diseo cuidadoso puede permitir distancias muy superiores, hay que suponer que esta limitacin terica se puede manifestar en la prctica en dispositivos que cumplan la norma.En la siguiente tabla se muestran las principales seales que componen este interface y su descripcin. La columna E/S toma como referencia el ETD.MnemnicoNombre en Ingls/SDescripcin

DTRData Terminal ReadySEl ETD indica que est preparado

DSRData Set ReadyEEl ETCD indica que est preparado

RTSRequest To SendSSolicita permiso para transmitir

CTSClear To SendEEl ETCD autoriza la transmisin solicitada

TXDTransmitted DataSLnea de transmisin de datos serie

RXDReceived DataELnea de recepcin de datos serie

GNDGround-Masa de referencia 0v

RIRing IndicatorEDeteccin de llamada

DCDData Carrier DetectEDeteccin de portadora

Seguidamente vamos a comentar el funcionamiento conjunto de las seales descritas en su uso normal, es decir, en una comunicacin entre ordenador (ETD) y mdem (ETCD).La siguiente figura detalla la evolucin de seales que hemos relacionado anteriormente. No debe olvidarse que estamos viendo slo un subconjunto de todas las seales que se definen en la norma.

Funcionamiento del interfaz RS-232Las seales DTR y DSR son un requisito previo a la comunicacin a travs de esta interfaz, puesto que informan a cada dispositivo - ETD y ETCD - del estado del otro, indicando si estn o no preparados para funcionar.La seal DCD indica si se detecta portadora en el canal de transmisin. La deteccin de portadora es un requisito previo a la recepcin, debe existir portadora antes y durante la recepcin. Cuando desaparece la portadora, sabemos que no se van a recibir ms datos.En canales semi-duplex habr que esperar a que finalice la recepcin antes de poder iniciar una transmisin, lo que no ser necesario si el canal es dplex. Para iniciar una transmisin, el ordenador activar la lnea RTS y esperar a que le autorice el mdem por medio de la lnea CTS. En cuanto esta se active, el ordenador podr proceder a transmitir los datos.Ocasionalmente, y siempre en una situacin de inactividad de los equipos (estado de reposo), se puede producir la activacin de la seal RI, que indica que el mdem est recibiendo una llamada por la red. Esta situacin podra servir para iniciar el establecimiento de una nueva comunicacin.

18