Transmisión de Datos Teoría de la Comunicación Análisis de Fourier

Medios de transmisión Medios guiados: par trenzado, cable coaxial, fibra óptica Medios no guiados (transmisión inalámbrica)

Transmisión analógica vs. Transmisión digital Modulación y conversión A/D

Técnicas de acceso al medio Multiplexación, contención y protocolos libres de colisión

Ejemplos

Apéndice A: Interfaces Transmisión síncrona y asíncrona Especificaciones para la conexión DTE-DCE

Apéndice B: Control del enlace de datos Detección y control de errores Control de flujo Bibliografía - Uyless Black: “Redes de ordenadores: Protocolos, normas e interfaces”

[2ª edición] RA-MA Editorial, 1995. ISBN 84-7897-151-3.

- William Stallings: “Comunicaciones y redes de computadores” [6ª edición] Prentice Hall, 2000. ISBN 84-205-2986-9.

- Andrew S. Tanenbaum: “Redes de computadoras”

[3ª edición] Prentice Hall, 1997. ISBN 968-880-958-6. - Wayne Tomasi: “Sistemas de Comunicaciones Electrónicas”

[2ª edición] Prentice Hall, 1996. ISBN 968-880-674-9.

- B.P. Lathi: “Introducción a la Teoría y Sistemas de Comunicación” [12ª reimpresión] Limusa, 1993. ISBN 968-18-0555-0.

Transmisión de datos 1 © Fernando Berzal

Teoría de la Comunicación Señales

Señales continuas y señales discretas

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Señales periódicas

ONDA SENOIDAL )2()( φπ += ftsenAts

A Amplitud

f Frecuencia (Hz) ð Período T = 1/f 2πft+φ Fase

Longitud de onda λ = vT Velocidad de propagación v = λf vg. c = 3·108 m/s

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Análisis de Fourier Cualquier señal se puede representar en el dominio de la frecuencia...

Señal binaria y aproximaciones sucesivas de la señal original

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Espectro Rango de frecuencias contenido en una señal. Ancho de banda Conjunto de frecuencias (armónicos) que contiene la energía de la señal.

Capacidad del canal Cualquier sistema de transmisión tiene limitado su ancho de banda

V Velocidad de transmisión [data rate]: bits por segundo (bps). W Ancho de banda [bandwidth]: ciclos por segundo o hertzios (Hz).

Criterio de Nyquist Tmin = 1/2W Vmax = 2W

Teorema de Shannon C = 2W log2 N Baudio: Estado de señalización transmitido por el canal por unidad de tiempo.

Velocidad de transmisión = Velocidad de modulación · log2 N

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Medios de transmisión

Medios guiados Par trenzado, cable coaxial, fibra óptica...

Medios no guiados Radio, microondas, laser...

Limitaciones de los medios físicos Degradación de la calidad de la señal transmitida: Atenuación - La fuerza de la señal decae con la distancia en función del medio y de la frecuencia. - La señal recibida debe ser suficiente para ser detectada por encima del ruido. Distorsión de retardo Sólo en medios guiados: La velocidad de propagación varía con la frecuencia. Ruido Señales termales que interfieren entre el transmisor y el receptor - Ruido termal (agitación de los electrones): ruido blanco uniformemente distribuido. - Ruido de intermodulación (debido a la no linealidad del canal). - Ruido impulsivo (debido a señales impulso que se producen de forma no controlada). - Diafonía o crosstalk (debido a la proximidad entre líneas [corrientes inducidas]) - Eco (rebote de la señal en el receptor).

Atenuación de la señal al transmitirse a través de fibra óptica

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Par trenzado

Medio de transmisión más común.

Aplicaciones: Bucle local de la red telefónica Redes de área local (10Mbps – 100 Mbps)

Ventajas Desventajas Medio económico Fácil de trabajar con él

Baja capacidad de transmisión de datos Alcance limitado Susceptible a interferencias y ruido

Tipos

UTP [Unshielded Twisted Pair] Par trenzado no apantallado vg: Línea telefónica Categorías UTP Tipo 3 16MHz 1 cruce cada 7.5 - 10 cm UTP Tipo 5 100MHz 1 cruce cada 0.6 - 0.85 cm

STP [Shielded Twisted Pair] Par trenzado apantallado Mayor inmunidad al ruido e interferencias.

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Cable coaxial

Medio de transmisión más versátil Aplicaciones: Antenas de televisión y televisión por cable Líneas telefónicas de larga distancia Redes de área local (Ethernet)

Ventajas Desventajas

Poca atenuación Reducción del ruido impulsivo

Coste

Tipos [Mbps] – {BASE|BROAD} – [longitud máxima (x100m)]

q Velocidad de transmisión q Transmisión ... en banda base (baseband)

... en banda ancha (broadband = wideband) q Longitud máxima del cable

Ejemplo: 10-Base-2 (Thin Ethernet)

¡Ojo! 10-Base-T (par trenzado)

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Fibra óptica

Fibra óptica Tres fibras...

Refracción / Reflexión Reflexión total (Ley de Snell)

Ventajas Desventajas

Capacidad (>>Gbps) Inmune al ruido impulsivo, interferencias y diafonía Tamaño y peso Atenuación limitada

Coste

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Tipos Fibras ópticas monomodo (rayo axial) Fibras ópticas multimodo

Fibra óptica de índice discreto Fibra óptica de índice gradual

Recepción: Fotodiodos (células fotoeléctricas) Transmisión: Fuentes de luz

LED

Diodo emisor de luz

ILD Diodo de inyección láser

(láser semiconductor) Menor velocidad Fibras multimodo Más barato Mayor durabilidad Mayor rango de temperaturas Menor alcance

Mayor velocidad Fibras monomodo y multimodo Coste más elevado Período de vida corto Mayor sensibilidad a la temperatura Mayor alcance

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Red de fibra óptica en anillo (con repetidores activos)

Red de fibra óptica en estrella (conexiones pasivas)

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Medios no guiados: Transmisión inalámbrica

El espectro electromagnético y su uso en telecomunicaciones

q Transmisión y recepción mediante antenas q Omnidireccional (radio) vs. direccional (láser)

Transmisión por radio 30MHz – 1 GHz Omnidireccional p.ej. Radio y televisión

Bandas LF, MF y VHF Banda HF

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Transmisión por microondas 2GHz – 50 GHz Direccional

p.ej. Satélites

Transmisión por infrarrojos Las paredes interfieren en la transmisión p.ej. Mando a distancia

Transmisión por láser Muy sensible a condiciones ambientales adversas

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Comunicación vía satélite

Satélites geoestacionarios, MEO (Medium-Earth Orbit) y LEO (Low-Earth Orbit): altura, retardo y número de satélites necesario para cubrir la superficie terrestre.

Principales bandas utilizadas en las comunicaciones por satélite.

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VSAT [Very Small Aperture Terminal]

Iridium

Globalstar

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Transmisión analógica vs.

Transmisión digital

Datos Transmisión Ejemplo Transmisión digital LAN Datos

digitales Transmisión analógica Modem Transmisión digital CD Datos

analógicos Transmisión analógica Televisión

Transmisión Analógica û Atenuación û Ruido Uso de amplificadores

Transmisión Digital ü Retransmisión Uso de repetidores

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Modulación

MODEMS

(a) Señal binaria (b) ASK – Amplitud (c) FSK – Frecuencia (d) PSK – Fase

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QPSK QAM-16 QAM-64

V.32 (9600 bps) V.32bis (14.400 bps)

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Conversión A/D

PAM [Pulse Amplitude Modulation]

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PCM [Pulse Coded Modulation]

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Codificación de datos

Esquemas de codificación q NRZ-L (Nonreturn to Zero – Level) q NRZ-I (Nonreturn to Zero – Inverted) q Bipolar – AMI (Alternate Mark Inversion) q Pseudoternario q Manchester q Manchester diferencial q B8ZS (Bipolar with 8 Zeros Substitution) q HDB3 (High Density Bipolar 3 zeros)

NRZ

Codificación multinivel

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Codificación diferencial

Modulación Delta

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Técnicas de acceso al medio División estática del canal è Multiplexación División dinámica del canal è Contención y protocolos libres de colisión

Multiplexación

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Multiplexación por división en frecuencia

FDM [Frequency Division Multiplexing]

WDM (Wavelength Division Multiplexing)

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Multiplexación por división en el tiempo TDM [Time Division Multiplexing]

Portadora T1 (1.544 Mbps) Multiplexación por división de código CDMA [Code Division Multiple Access]

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Técnicas de contención

q ALOHA (Universidad de Hawaii)

q CSMA [Carrier Sense Multiple Access]

q CSMA/CD [CSMA with Collision Detection] p.ej. Ethernet

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Protocolos libres de colisión Eficiencia óptima cuando la carga es alta. Cuando la carga es baja, se desaprovecha la capacidad del canal

q Mapeo de bits

q Paso de testigo

q Cuenta binaria

Transmisión de Datos

Ejemplos

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Red telefónica

Red completa Red centralizada Red con dos niveles BUCLE LOCAL Modems (transmisión analógica) y líneas digitales (transmisión digital)

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DSL (Digital Subscriber Lines)

Línea ADSL

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Telefonía móvil Primera generación Transmisión analógica de voz Segunda generación Transmisión digital de voz p.ej. GSM Tercera generación Transmisión digital de voz y datos

Redes celulares de telefonía móvil

q Las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes. q Para dar servicio a más usuarios, se utilizan celdas de menor tamaño.

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GSM [Global System for Mobile Communications] 1983 FDM + TDM: 124 canales de frecuencia, cada uno con 8 slots.

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Televisión por cable

Antena comunitaria

Acceso a Internet utilizando la red telefónica

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Televisión por cable

Uso de frecuencias en un sistema de televisión por cable

Cable modems

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Bluetooth Origen: 1994 Ericsson è Enlace de radio de corto alcance (MC link)

1998 SIG: Ericsson, Nokia, IBM, Toshiba e Intel

Objetivo: Facilitar las comunicaciones entre equipos (fijos y móviles) eliminando cables y conectores entre éstos.

Requisitos: Operación global y consumo limitado de energía (baterías) Solución: Banda ISM (Industrial, Scientific & Medical), 2.45GHz. FH/TDD (Frequency-hop/Time-division duplex).

Salto en frecuencia

Paquetes Bluetooth

Transmisión de Datos

Interfaces

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Interfaces Transmisión asíncrona

Transmisión síncrona

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Interfaces

DTE (Data Terminal Equipment)

DCE (Data Circuit terminating Equipment) vg: modem, NIC...

Especificaciones (conexión DTE-DCE)

q Mecánicas: conectores, cables... q Eléctricas: voltaje, temporización, codificación...

q Funcionales: secuencias de eventos

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Ejemplo V.24 (ITU-T) = EIA-232-F (RS-232)

Transmisión de Datos

Control del enlace de datos

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Control del enlace de datos

La capa de enlace de datos

Funciones de la capa de enlace

q Control de flujo

q Detección y control de errores

q Delimitación de las tramas

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Control de flujo

Control de flujo mediante parada y espera (stop & wait)

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Control de flujo con ventana deslizante

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Detección y control de errores

Detección de errores

q Bits de paridad

El valor del bit de paridad es tal que cada carácter transmitido tiene un número par/impar de unos. û No detecta un número par de errores

q CRC [Cyclic Redundancy Check]

Dado un bloque de k bits, el transmisor genera n bits de tal forma que la secuencia de k+n bits es divisible por un número dado. Ejemplos: CRC-16, CRC-32, CRC-CCITT...

Corrección de errores

q Códigos Hamming

Protocolos para el control del enlace de datos

q HDLC [High-level Data Link Control] ISO q SDLC [Synchronous Data Link Control] IBM SNA q LAPB [Link Access Procedure – Balanced] X.25 q LAPD [Link Access Procedure – D-channel] RDSI q LAPF [Link Access Procedure for Frame-mode bearer Services] Frame Relay q LLC [Logical Link Control] IEEE 802 q SLIP [Serial Line Internet Protocol]

q PPP [Point-to-Point Protocol]

q ATM [Asynchronous Transfer Mode]

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Control de errores

ARQ [Automatic Repeat Request]

ü Confirmación positiva (ACK) o retransmisión tras timeout ü Detección de errores è Confirmación negativa (NAK) è Retransmisión

Parada y espera

Go back N

Rechazo selectivo