Intro a TX de InformacionII

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


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


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


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


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


5.1 Transmisin Serie - Paralelo

EmisorReceptor

Los 8 bits se envan juntos

Necesitamos 8 lneas


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


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



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


Hay varios niveles: de bit, de carcter de palabra, de trama, ....


Sincronizacin proceso mediante el cual un emisor informa al receptor sobre en qu instantes de tiempo va a transmitir


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


Transmisin asncrona:

Ejemplo


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


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



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


En la transmisin analgica se emplean seales analgicas

En la transmisin digital se emplean seales digitales

5.4 Transmisin Digital - Analgica


Las seales se modulan para adaptar una seal lo mejor posible al canal y aprovechar al mximo la capacidad del mismo

Banda Base


A la hora de transmitir una seal, lo ms sencillo sera transmitirla en su forma original en BANDA BASE

f


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


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,




Seal (portadora)

Datos(moduladora)


ANALGICA





Ejemplo: PCM, DM,

DIGITAL






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.


MODULACIN FM


Modulacin en frecuencia (FM). La frecuencia de la portadora vara en funcin de las variaciones de la seal moduladora.


MODULACIN PM


Modulacin en fase (PM). Las variaciones de la seal afecta a la fase de portadora.



Seal (portadora)

Datos(moduladora)


ANALGICA





Ejemplo: PCM, DM,

DIGITAL






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.


MODULACIN FSK


digital FSK (Frequency Shift Keying). La frecuencia de la

portadora depende del nivel de la seal digital. Es ms inmune frente al ruido.


MODULACIN PSK


digital PSK (Phase Shift Keying). A cada seal de datos le

corresponden distintos valores de la fase de la portadora.



Seal (portadora)

Datos(moduladora)


ANALGICA





Ejemplo: PCM, DM,

DIGITAL






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


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



analgica PCM



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.



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.



analgica DM

En cada instante de muestreo la entrada analgica se compara con el valor ms reciente de la escalera



Seal (portadora)

Datos(moduladora)


ANALGICA





Ejemplo: PCM, DM,

DIGITAL






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


1 0 1 0 1 0 1 0


6. Tcnicas de modulacin Modulaciones con portadora digital y moduladora digital

codificacin



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



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


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


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



A(dB)=10log(Penviada/Precibida)


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:



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)


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


DISTORSIN DEL RETARDO


CONJUNTO DE SEALES QUE SE AGREGAN ENTRE EL CIRCUITO EMISOR Y

RECEPTOR


RUIDO

Seal Recibida = Seal Enviada +

Dependiendo del origen del ruido: Ruido trmico Ruido de intermodulacin Diafona Ruido impulsivo Otros


N (Wat)= K T W


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



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



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



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



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)



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


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


Prximo da

BLOQUE III. Nivel fsico

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