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Mara Dolores Cano Baos
BLOQUE II.Introduccin a la Transmisin de Informacin
MODALIDADES DE TRANSMISIN.
TCNICAS DE MODULACIN.
PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIN.
Maria Dolores Cano Baos -Telemtica, Ing. Telecomunicacin- 2
Contenidos1. Representacin de la informacin
2. Principios de codificacin
1. Cdigos para datos alfanumricos ms usuales
3. Deteccin y correccin de errores
1. Control de paridad
4. Tipos y caractersticas de las seales
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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5. Modalidades de transmisin Los datos digitales pueden transmitirse de distintas
formas: Naturaleza de la seal enviada (analgica o digital) Sincronismo entre emisor y receptor Secuenciamiento de los bits Simultaneidad de emisin y recepcin Modulacin
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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5.1 Transmisin Serie - Paralelo Los bits se agrupan en palabras, la transmisin de estas
palabras se puede hacer de dos formas: Se usan tantos canales como bits forman la palabra
transmisin en paralelo La transferencia es bit a bit, usando un nico canal
transmisin en serie
La transmisin en paralelo Es ms rpida, pero es ms costosa Se emplea en distancias cortas, por ejemplo en dispositivos
de Entrada/Salida
La transmisin en serie Es ms lenta, pero ms econmica Se utiliza para economizar recursos
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5.1 Transmisin Serie - Paralelo
EmisorReceptor
Los 8 bits se envan uno detrs de otro
Slo necesitamos una lnea
Convertidor Paralelo -Serie
Convertidor Serie -Paralelo
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5.1 Transmisin Serie - Paralelo
EmisorReceptor
Los 8 bits se envan juntos
Necesitamos 8 lneas
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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5.2 Simultaneidad Emisin - Recepcin En una lnea de comunicacin hay dos sentidos de
transmisin que pueden coexistir simultneamente o no: Smplex: El sentido de la comunicacin es nico.
Ejemplos: la televisin o la radio Semidplex (half-duplex): El canal es bidireccional, pero
slo se transmite en un sentido cada vez, no hay simultaneidad.Es necesario un mecanismo de control, que marque cul de los extremos es el que puede transmitir en cada momento. Ejemplos: Walkie-Talkie
Dplex (full-dplex): El canal es bidireccional y la transmisin puede ser simultnea Digital: se usarn caminos separados Analgica:
Si tx y rx a la misma frecuencia es necesario caminos separados Si tx y rx a frecuencias diferentes basta con un nico camino
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona
1 0 1 0 1 0 1 0
1 Mbps
Tb=1/1106=1s
1 s
1
1 s
TX RX 1 Mbps
Tb=1/1106=1s
0 1 0 1 0 1 0
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5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona
1 Mbps
Tb=1/1106=1sTX RX 0,5 Mbps
Tb=1/0,5106=2s
1 0 1 0 1 0 1 0
1 s
1 0 1 0
2 s
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Hay varios niveles: de bit, de carcter de palabra, de trama, ....
5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona
Sincronizacin proceso mediante el cual un emisor informa al receptor sobre en qu instantes de tiempo va a transmitir
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5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona Transmisin asncrona:
Para saber dnde
comienzan o acaban bits de
datos
Para saber cundo
muestrear
Si no se transmite ningn carcter, la lnea entre el emisor y el receptor est en reposo (1 binario, tensin negativa)
Al principio de cada unidad de informacin se indica con un bit de arranque (start). A continuacin se transmite el carcter. Por ltimo, se enva al menos un bit de parada (stop).
Separacin entre dos caracteres puede ser arbitraria Posibles errores de sincronismo no se acumulan,
puesto que se parte de un estado cero con cada nuevo carcter
Para que la transmisin asncrona funcione correctamente el transmisor y el receptor deben funcionar a la misma velocidad
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Transmisin asncrona:
Ejemplo
5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona
Lnea en reposo
bit START
Entre 5 y 8 bits de datos
bit STOP
1 o 2 bits
Paridad par o impar o sin paridad
Lnea en reposo o siguiente bit start
bit START
bit STOP bit START
bit STOP
Intervalo impredecible entre caracteres
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5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona Transmisin sncrona:
Consiste en el envo de una trama de datos formada por un bloque de informacin, precedido de un grupo de bits de sincronismo (SYN) y terminado por otro grupo de bits al finalizar el bloque (TEB)
Transmisin sncrona es ms eficiente, gracias la agrupacin de caracteres en bloques, reducindose el nmero de caracteres de control
Para saber dnde
comienzan o acaban bits de
datos
Bits de sincronismo sirven para sincronizar los relojes de emisor y receptor as ambos tendrn la misma medida para la duracin de un bit
Sincronismo o bien se extrae de la propia seal o bien se enva aparte
Se evita el tener que usar un bit de start y un bit de stop por cada carcter
Para saber cundo
muestrear
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5.3 Transmisin Asncrona - Sncrona
Flag8-bits
Camposde control
Campo de DatosCampos
de controlFlag
8-bits
Transmisin sncrona:
Ejemplo: IEEE 802.3
SFD Delimitador de comienzo de tramaDA Direccin del destinoSA Direccin del origenFCS Secuencia de comprobacin de trama
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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En la transmisin analgica se emplean seales analgicas
En la transmisin digital se emplean seales digitales
5.4 Transmisin Digital - Analgica
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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Las seales se modulan para adaptar una seal lo mejor posible al canal y aprovechar al mximo la capacidad del mismo
Banda Base
6. Tcnicas de modulacin
A la hora de transmitir una seal, lo ms sencillo sera transmitirla en su forma original en BANDA BASE
f
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6. Tcnicas de modulacin Modulacin
La seal que transporta la informacin, seal moduladora, se enva a travs de otra seal, portadora, cuyas caractersticas son ptimas para ser transmitida por un determinado medio
La seal moduladora controla algn parmetro de la seal portadora (o una combinacin de varios parmetros), por ejemplo: la amplitud, la frecuencia o la fase
A la seal resultante de la modulacin se la denomina seal modulada
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Seal (portadora)
Datos(moduladora)
ANALGICA (Modulacin) DIGITAL (Codificacin*)
ANALGICA
Informacin analgica se transmite fcil y barato en banda base.
A menudo, desplazamiento en frecuencia.
Ejemplo: AM, FM, PM,
Conversin de informacin analgica a seales digitales permite usar tcnicas de transmisin digitales y equipos de conmutacin.
Ejemplo: PCM, DM,
DIGITAL
Algunos medios de transmisin como la fibra ptica y los medios no guiados slo propagan seales analgicas.
Ejemplo: ASK, FSK, QPSK,
Equipamiento para codificar informacin digital es menos complejo y menos caro que equipamiento para modular de digital a analgico.
Ejemplo: NRZ, Manchester, HDB3, Bipolar-AMI,
6. Tcnicas de modulacin
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6. Tcnicas de modulacin
Seal (portadora)
Datos(moduladora)
ANALGICA (Modulacin) DIGITAL (Codificacin*)
ANALGICA
Informacin analgica se transmite fcil y barato en banda base.
A menudo, desplazamiento en frecuencia.
Ejemplo: AM, FM, PM,
Conversin de informacin analgica a seales digitales permite usar tcnicas de transmisin digitales y equipos de conmutacin.
Ejemplo: PCM, DM,
DIGITAL
Algunos medios de transmisin como la fibra ptica y los medios no guiados slo propagan seales analgicas.
Ejemplo: ASK, FSK, QPSK,
Equipamiento para codificar informacin digital es menos complejo y menos caro que equipamiento para modular de digital a analgico.
Ejemplo: NRZ, Manchester, HDB3, Bipolar-AMI,
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MODULACIN AM
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora y moduladora analgicas
Modulacin en amplitud (AM). Consiste en hacer variar la amplitud de una portadora sinusoidal en funcin de las variaciones de la seal moduladora.
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MODULACIN FM
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora y moduladora analgicas
Modulacin en frecuencia (FM). La frecuencia de la portadora vara en funcin de las variaciones de la seal moduladora.
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MODULACIN PM
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora y moduladora analgicas
Modulacin en fase (PM). Las variaciones de la seal afecta a la fase de portadora.
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6. Tcnicas de modulacin
Seal (portadora)
Datos(moduladora)
ANALGICA (Modulacin) DIGITAL (Codificacin*)
ANALGICA
Informacin analgica se transmite fcil y barato en banda base.
A menudo, desplazamiento en frecuencia.
Ejemplo: AM, FM, PM,
Conversin de informacin analgica a seales digitales permite usar tcnicas de transmisin digitales y equipos de conmutacin.
Ejemplo: PCM, DM,
DIGITAL
Algunos medios de transmisin como la fibra ptica y los medios no guiados slo propagan seales analgicas.
Ejemplo: ASK, FSK, QPSK,
Equipamiento para codificar informacin digital es menos complejo y menos caro que equipamiento para modular de digital a analgico.
Ejemplo: NRZ, Manchester, HDB3, Bipolar-AMI,
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MODULACIN ASK
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora analgica y moduladora
digital ASK (Amplitude Shift Keying) La portadora est
presente o ausente en funcin del nivel de seal digital. Es muy sensible al ruido electromagntico.
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MODULACIN FSK
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora analgica y moduladora
digital FSK (Frequency Shift Keying). La frecuencia de la
portadora depende del nivel de la seal digital. Es ms inmune frente al ruido.
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MODULACIN PSK
6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora analgica y moduladora
digital PSK (Phase Shift Keying). A cada seal de datos le
corresponden distintos valores de la fase de la portadora.
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6. Tcnicas de modulacin
Seal (portadora)
Datos(moduladora)
ANALGICA (Modulacin) DIGITAL (Codificacin*)
ANALGICA
Informacin analgica se transmite fcil y barato en banda base.
A menudo, desplazamiento en frecuencia.
Ejemplo: AM, FM, PM,
Conversin de informacin analgica a seales digitales permite usar tcnicas de transmisin digitales y equipos de conmutacin.
Ejemplo: PCM, DM,
DIGITAL
Algunos medios de transmisin como la fibra ptica y los medios no guiados slo propagan seales analgicas.
Ejemplo: ASK, FSK, QPSK,
Equipamiento para codificar informacin digital es menos complejo y menos caro que equipamiento para modular de digital a analgico.
Ejemplo: NRZ, Manchester, HDB3, Bipolar-AMI,
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora analgica
El proceso consiste en transformar datos analgicos a seales digitales
El equipo que convierte los datos analgicos a digitales (y viceversa) se denomina CODEC (COdificador-DECodificador)
Se caracterizan por transmitir un tren de impulsos, alguno de cuyos parmetros controla la seal moduladora
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora
analgica PCM (Pulse Code Modulation): Permite digitalizar seales
analgicas. La seal se muestrea (PAM) Las muestras se cuantifican A cada nivel de cuantificacin se le asigna una secuencia de
bits (se codifica)
En este tipo de modulacin, la influencia del ruido es pequea, si bien se introduce una nueva fuente de error: el ruido de cuantificacin
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora
analgica PCM
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora
analgica PAM (Pulse Amplitud Modulation): Modulacin de impulsos
en amplitud. La amplitud de los pulsos es proporcional al nivel de la moduladora en el instante de producirse el pulso.
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora
analgica DM (Delta Modulation). La entrada analgica se aproxima
mediante una funcin escalera que en cada intervalo de muestreo Ts sube o baja un nivel de cuantizacin . La salida del modulador delta se puede representar con un nico
bit para cada muestra.
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora
analgica DM
En cada instante de muestreo la entrada analgica se compara con el valor ms reciente de la escalera
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6. Tcnicas de modulacin
Seal (portadora)
Datos(moduladora)
ANALGICA (Modulacin) DIGITAL (Codificacin*)
ANALGICA
Informacin analgica se transmite fcil y barato en banda base.
A menudo, desplazamiento en frecuencia.
Ejemplo: AM, FM, PM,
Conversin de informacin analgica a seales digitales permite usar tcnicas de transmisin digitales y equipos de conmutacin.
Ejemplo: PCM, DM,
DIGITAL
Algunos medios de transmisin como la fibra ptica y los medios no guiados slo propagan seales analgicas.
Ejemplo: ASK, FSK, QPSK,
Equipamiento para codificar informacin digital es menos complejo y menos caro que equipamiento para modular de digital a analgico.
Ejemplo: NRZ, Manchester, HDB3, Bipolar-AMI,
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Modulaciones con portadora digital y moduladora digital codificacin La codificacin consiste en asociar bits de datos a elementos
de seal La ms simple de las codificaciones es hacer corresponder a
cada bit un elemento de seal:
Recordatorio de definiciones Velocidad de datos o velocidad de transmisin Vtx es la velocidad
a la que se transmiten los datos (bps) Duracin de un bit es el tiempo que un equipo tarda en emitir un
bit (s) Tb= 1/Vtx
6. Tcnicas de modulacin
1 0 1 0 1 0 1 0
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6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora digital
codificacin
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6. Tcnicas de modulacin
Vm es el nmero de smbolos por unidad de tiempo o la tasa a la que cambia el nivel de la seal depende del tipo de codificacin empleada
Fsicamente la velocidad de modulacin y la velocidad de transmisin se sitan en los siguientes tramos de la comunicacin
Velocidad de modulacin (baudios) es la velocidad con la que se generan los elementos de seal
VELOCIDAD DE MODULACIN
ETD
Vtx(bps) Vm(baudios)
CODEC/MODEM
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6. Tcnicas de modulacin
Vtx Velocidad de transmisinM nmero de elementos de seal diferentesL nmero de bits por elementos de seal
MV
LVV txtxm
2log
Ejemplo: Seal binaria NRZ; Vtx =1 Mbps; L=1 Vm=Vtx=1106
Baudios 1106 smbolos/segundo Seal binaria Manchester; Vtx =1 Mbps; L=0,5
Vm=Vtx=2106 Baudios 2106 smbolos/segundo
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6. Tcnicas de modulacin Velocidad de modulacin
Solo si M=2 (estados 0 y 1) la velocidad de modulacin coincide con la velocidad de transmisin
Si la seal tiene ms niveles o estados, en cada uno de ellos se pueden transportar ms de un bit de informacin
Se puede aumentar la velocidad de transmisin (bps) agrupando bits y aplicando una modulacin multinivel
Por ejemplo, con cuatro niveles de amplitud se pueden codificar cuatro smbolos de dos bits cada uno
Sin embargo, un mayor nmero de niveles implica unhardware ms complejo, un menor rango para discernir y decodificar los datos en el receptor y menor inmunidad frente al ruido
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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La seal recibida nunca coincidir exactamente con la seal transmitida En el caso de seales analgicas el medio introduce ciertas
alteraciones aleatorias que degradan la calidad de la seal En el caso de seales digitales se producen errores de bit
La mayora de las causas se deben a efectos inductivos y capacitivos que modifican la amplitud, la fase o la frecuencia de las seales transmitidas
Las perturbaciones ms relevantes son la atenuacin, la distorsin del retardo y el ruido
7. Perturbaciones en la transmisin
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A(dB)=10log(Penviada/Precibida)
7. Perturbaciones en la transmisin
ATENUACIN
La energa de la seal disminuye con la distancia en cualquier medio de transmisin
En los medios guiados, la atenuacin es logartmica se mide en dB/m
En medios no guiados (p.e., la atmsfera) otros factores que acentan la atenuacin son las condiciones atmosfricas: lluvia, niebla, ...
Se puede calcular como:
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7. Perturbaciones en la transmisin
ATENUACIN
La atenuacin perjudica la comunicacin Consideraciones:
La seal que se recibe debe tener suficiente energa para ser detectada e interpretada por la circuitera electrnica del
receptor SOLUCIN: amplificador o regenerador conservar un nivel de potencia suficientemente mayor que el
de ruido SOLUCIN: amplificador o regenerador La atenuacin crece con la frecuencia a la que se transmite
distorsin de la seal en frecuencia SOLUCIN: ecualizadores (modifican las caractersticas de frecuencia de la seal)
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En los medios guiados, la velocidad de propagacin vara con la frecuencia:
El uso de ecualizadores puede corregir en parte este problema
las distintas componentes en frecuencia de la seal llegarn al receptor en instantes de tiempo diferentes
desplazamientos en fase entre las distintas componentes
7. Perturbaciones en la transmisin
DISTORSIN DEL RETARDO
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CONJUNTO DE SEALES QUE SE AGREGAN ENTRE EL CIRCUITO EMISOR Y
RECEPTOR
7. Perturbaciones en la transmisin
RUIDO
Seal Recibida = Seal Enviada +
Dependiendo del origen del ruido: Ruido trmico Ruido de intermodulacin Diafona Ruido impulsivo Otros
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N (Wat)= K T W
7. Perturbaciones en la transmisin
Agitacin de los electrones por efecto de la temperatura Se distribuye de manera uniforme en el espectro, por lo
que se le llama ruido blanco
No se puede eliminar Se puede modelar utilizando la siguiente expresin:
K constante de Boltzman. K= 1,38010-23 J/KT temperatura en grados KelvinW ancho de banda del canal en Hz
RUIDO TRMICO
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7. Perturbaciones en la transmisin
RUIDO INTERMODULACIN
Puede producirse cuando seales de diferentes frecuencias comparten un mismo medio de transmisin
Se producen por la no linealidad en el transmisor, el receptor o en el medio de transmisin Si un equipo es lineal la salida So es igual a la seal de
entrada Si multiplicada por una constante So=KSi Al ser no lineal provoca la aparicin de componentes en
frecuencia Normalmente la suma o la diferencia de las frecuencias
originales o mltiplos de stas, que no existan antes y que provocan una distorsin de la seal original
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7. Perturbaciones en la transmisin
DIAFONA
Tambin conocido como Crosstalk Acoplamiento no deseado entre lneas cercanas que
transportan las seales Ejemplos: entre pares de cables cercanos, o entre
diferentes seales de microondas
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7. Perturbaciones en la transmisin
RUIDO IMPULSIVO
No es predecible y no se puede modelar Se trata de un rumor continuo formado por picos
irregulares de corta duracin y de amplitud relativamente grande, que afecta notablemente a la seal
Estos picos irregulares, en comunicaciones analgicas se traducen en chasquidos breves, mientras que en las digitales se traducen en rfagas de bit errneos
Se genera por diversas causas: perturbaciones electromagnticas provocadas por tormentas atmosfricas, rayos, el arranque de un motor elctrico, fallos o defectos de los sistemas de comunicacin
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Contenidos5. Modalidades de transmisin
1. Transmisin Serie - Paralelo
2. Simultaneidad Emisin - Recepcin
3. Transmisin Asncrona - Sncrona
4. Transmisin Digital - Analgica
6. Tcnicas de modulacin
7. Perturbaciones en la transmisin
8. Consideraciones adicionales
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8. Consideraciones adicionales
Aumentar la capacidad del canal podemos aumentar el nmero de niveles de seal (el nmero de smbolos)
Al aumentar el nmero de niveles, estos estarn ms prximos entre s todas las seales transmitidas se vern ms afectadas por el ruido
MHzWbpsC 2log)(2)( NYQUIST:C es la capacidad o la mxima velocidad de transmisin del canalW es el ancho de banda del canalM el nmero de niveles de tensin o nmero de seales discretas (si la seal es binaria, el n de estados posibles sera 2 (0 y 1; +V, -V)
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8. Consideraciones adicionales
Para un nivel de ruido dado, para aumentar la capacidad del canal aumentar la potencia de la seal transmitida
Al aumentar la energa de la seal, aumentan las no linealidades del sistema el ruido de intermodulacin
Si pudisemos cambiar nuestro enlace por uno de mayor ancho de banda al aumentar el ancho de banda tambin aumenta la potencia de ruido recibida disminuye la relacin seal a ruido
)/1(log)()( 2 NSHzWbpsC SHANNON:C es la capacidad o la mxima velocidad de transmisin del canalW es el ancho de banda del canalS/N es la relacin entre la potencia de seal recibida y la potencia de ruido
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Resumen
Paralelo: Se usan tantos canales como bits forman la palabraSerie: La transferencia es bit a bit, usando un nico canal
Simplex: un nico sentidoHalf-duplex: dos sentidos no simultneosFull-duplex: dos sentidos simultneos
Sncrona: Caracteres agrupados. Inicio y fin de trama. Secuencia de sincronismo.Asncrona: Cada carcter, bit start, bit stop. Tx/Rx misma velocidad
Modulacin: La seal que transporta la informacin, seal moduladora, se enva a travs de otra seal, portadora, cuyas caractersticas son ptimas para ser transmitida por un determinado medio (AM, PM, FM, ASK, FSK, QPSK, PCM, DM, NRZ, Manchester,
Velocidad de modulacin: velocidad con la que se generan los elementos de seal
MV
LVV txtxm
2log Vtx Velocidad de transmisinM nmero de elementos de seal diferentes
L nmero de bits por elementos de seal
Perturbaciones en la transmisin: atenuacin, ruido (trmico, diafona, intermodulacin, impulsivo)
Nyquist: si aumentamos nmero niveles C pero ms efecto del ruidoShannon: si aumentamos potencia no linealidades ruido
si aumentamos BW ruido S/N
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Prximo da
BLOQUE III. Nivel fsico