TecCom Unidad 3

1. TECNOLOGÍA DE LAS COMUNICACIONES
TRANSMISIÓN DE DATOS
1
Asignatura: Tecnologías de Comunicaciones | Carrera: Ingeniería en Sistemas | Prof. Gabriel Quiroga Salomon
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC

2. Cuestiones Básicas
 Los datos se pueden representar mediante señales electromagnéticas.
Para transportar la información, dependiendo del medio de
transmisión, se podrán utilizar señales analógicas o digitales.
 Cualquier señal electromagnética, analógica o digital, está formada
por una serie de frecuencias constituyentes. Un parámetro clave en la
caracterización de la señal es el ancho de banda, definido como el
rango de frecuencias contenidas en la señal. Cuanto mayor es el
ancho de banda de la señal, mayor es su capacidad de transportar
información.
 Uno de los problemas principales en el diseño de un sistema de
comunicaciones reside en paliar las dificultades, o defectos, de las
líneas de transmisión. Las dificultades más importantes a superar son la
atenuación, la distorsión de atenuación, la distorsión de retardo, así
como los distintos tipos de ruido.
 El diseñador de un sistema de comunicaciones debe tener presente
cuatro factores determinantes: el ancho de banda de la señal, la
velocidad de transmisión de la información digital, la cantidad de
ruido, además de otros defectos en la transmisión, y, por último, la
proporción o tasa de errores tolerable.
2

3. Cuestiones Básicas
El éxito en la transmisión de datos
depende de dos factores:
La calidad de la señal que se transmite.
Las características de medio de transmisión.
3

4. Terminología
Transmisor
Receptor
Medio
 Medio guiado
ej. Par trenzado (twisted pair),
fibra óptica (optical fiber)
 Medio no guiado
ej. aire, agua, vacío
4

5. Terminología (2)
Enlace Directo
 Sin dispositivos intermedios (solo
amplificadores o repetidores)
Punto a Punto (Point-to-point) Solo
para guiados
 Enlace directo
 Sólo 2 dispositivos comparten el
enlace
Multipunto (Multi-point)
Más de 2 dispositivos comparten el
enlace
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6. Terminología (3)
Simplex
Una dirección
ej. Televisión
Half duplex
Cualquier dirección, pero solo una a la
vez
ej. Radio de la policía, taxi, etc
Full duplex
Ambas direcciones al mismo tiempo
ej. teléfono
6

7. Frecuencia, Espectro y Ancho
de banda
Pedemos analizar las señales desde:
 Dominio del Tiempo.
 Dominio de la Frecuencia.
7

8. Frecuencia, Espectro y Ancho
de banda
Conceptos en el dominio del tiempo:
 Señal Analógica
Varía en amplitud a lo largo del tiempo
(intensidad)
No presenta saltos.
 Señal Digital
Mantiene un nivel constante que
cambia a otro nivel constant
(intensidad)
8

9. Señales Analógicas y Digitales
9

10. Señales
Periódicas/No Periódicas
10
Señal Periódica
Patrón repetido a lo largo del
tiempo.
Señal Aperiódica
Patrón no repetido a lo largo del
tiempo.

11. Señales
Periódicas
11

12. Señales No Periódicas
12

13. Onda Senoidal
Se representa mediante 3 parametros:
 Amplitud
 Amplitud Pico (A) - Máximo nivel de señal
 volts
 Frecuencia (f)
 Velocidad de cambio de la señal
 Hertz (Hz) o ciclos por segundo
 Periodo = tiempo para una repetición (T)
 T = 1/f
 Fase ()
 Medida de Posición, relativa en el tiempo
13

14. Algunos terminos…
 Ciclo: Se llama ciclo a toda forma de onda que completa
una forma, es decir comienza en un punto de la forma de
onda y termina el mismo punto para iniciar otro ciclo.
14

15. Algunos terminos…
 Período (T): El período es la duración de un ciclo completo
de una señal alterna. Se mide en segundos.
15

16. Algunos terminos…
 Fase (Φ): La fase es un valor que representa el ángulo inicial
de la señal y se mide en radianes o en grados. En el
siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase
(desfasadas entre sí ½ πradianes o 90 grados).
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17. Algunos terminos…
17

18. Algunos terminos…
 Frecuencia: La frecuencia constituye un fenómeno físico que
se repite cíclicamente un número determinado de veces
durante un segundo de tiempo y puede abarcar desde uno
hasta millones de ciclos por segundo o hertz (Hz). La
frecuencia se representa con la letra ( f ) y su unidad de
medida es el ciclo por segundo o hertz (Hz).
 Frecuencia es una magnitud que mide el número de
repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o
suceso periódico. Ciclos por segundo.
18

19. Algunos terminos…
 Si una señal se repite en el tiempo, posee una frecuencia (f).
La frecuencia se mide en Hertz (Hz) y es igual al numero de
veces que la señal se repite en un segundo, es decir, 1Hz
equivale a 1 ciclo por segundo.
 Una señal repetitiva también posee otro parámetro: el
periodo, definiéndose como el tiempo que tarda la señal en
completar un ciclo. .
19

20. Algunos terminos…
20

21. Expresión Genérica de una
Onda Sinusoidal21
s(t) = A sen(2  f t + )

22. Variación de Ondas Senoidales
s(t) = A sen(2  f t + )22

23. Longitud de Onda
Distancia ocupada por un ciclo
Distancia entre dos puntos de
la fase correspondiente en dos
ciclos consecutivos

23

24. Longitud de Onda24

25. Dominio del Tiempo25
Ejercicios y repaso.
s(t) = sen (2  f t)
s(t) = 1/2 sen (2  f t)
s(t) = 1/3 sen (2  3f t)
s(t) = 2 sen (2  5f t)
s(t) = 2 sen (2  5f t + /2)
s(t) = 2 sen (2  5f t + )

26. Conceptos en el Dominio de
la Frecuencia
 Una señal puede estar compuesta por muchas
frequencias
 Las componentes son ondas senoidales
 Se puede demostrar (por análisis de Fourier)
que cualquier señal está formada por
componentes de ondas senoidales de distintas
frecuencias
26

27. Suma de
Componentes
en Frecuencia
(T=1/f)
27
s(t) = A sen(2  f t + )

28. 28
 La f de la segunda señal
es múltiplo entero de la
primera.
 Cuando todas las
componentes de una
señal tienen f múltiplos
de una, a esta se la
denomina f fundamental.
 El T de la señal total es el
T de la f fundamental.

29. Conceptos en el Dominio de
la Frecuencia
 Una señal puede estar compuesta por muchas
frequencias
 Las componentes son ondas senoidales
 Se puede demostrar (por análisis de Fourier)
que cualquier señal está formada por
componentes de ondas senoidales de distintas
frecuencias.
Por lo tanto sumando un numero suficiente de
señales podríamos representar cualquier señal
electromagnética.
29

30. Resumiendo…
Para cada señal tenemos:
 Una función en el dominio del tiempo.
 Determinado por la amplitud en cada instante
de tiempo.
 Una función en el dominio de la
frecuencia.
 Determinada por las amplitudes pico de las
frecuencias de la señal.
30

31. Represent. en
el dominio de
la Frecuencia
31

32. Espectro y Ancho de banda
 Espectro
Conjunto de frecuencias que constituyen una
señal.
 Ancho de banda Absoluto
Anchura del espectro.
 Ancho de banda Efectivo
A menudo simplemente el ancho de banda
Banda angosta de frecuencias que contienen
la mayor parte de la energía.
 Componente Continua (DC=Direct Current)
Componente de una señal con frecuencia = 0
32

33. Espectro y Ancho de banda
 Espectro: desde f a 3f
 Ancho de banda: 2f (f max – f min)
 Componente Continua (DC=Direct Current)
33

34. Espectro y Ancho de banda
 Componente
Continua (DC=Direct
Current)
 Sin DC la señal tiene
una A media igual a 0.
 Con una DC la A
promedio será distinta
de 0.
34

35. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
Podemos tener ondas de rangos de
frecuencias extensos.
Cualquier sistema de transmisión tiene
una banda limitada de frecuencias.
La velocidad de datos que puede
transportarse es limitada.
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36. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
 Pulso positivo = 0 | Pulso negativo = 1 | Entonces 0101….
 Duración de cada pulso es 1/2f (T=1/f).
 Velocidad es igual a 2f (bps).
36

37. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
 Volvemos a la señal compuesta por dos componentes. La
misma se asemeja a una onda cuadrática.
 Sumemos entonces otra componente con f = 5 y una más con f
=7.
37

38. Relación entre
la Velocidad
de Datos y el
Ancho de
Banda
38
 Se pueden tener infinitas
componentes de frecuencia
y por lo tanto un ancho de
banda infinito. Pero no es
posible hacerlo.
 La mayor parte de la energía
esta contenida en las
primeras componentes.
 Amplitud decrece y
Frecuencia aumenta.

39. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
 CASO I:
 f= 106 | 1 Mhz (100000 cilcos por segundo).
 Ancho de banda de Sistema de transmisión = (5-1) = 4 Mhz
 T (frecuencia fundamental) = 1/ 106 = 1µs | 0,5 µs por Bit
 V= 2 * 106 = 2 Mbps.
 Entonces para un ancho de banda de 4 MHz se consigue una
V=2Mbps.
39

40. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
 CASO II:
 f = 2 Mhz.
 Ancho de banda de Sistema de transmisión = (5*2 – 2*1) = 8 Mhz
 T (frecuencia fundamental) = 1/ 2*106 = 0,5 µs | 0,25 µs por Bit
 V= 2 * 2 * 106 = 4 Mbps.
 Entonces para un ancho de banda de 8 MHz se consigue una
V=4Mbps.
40

41. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
 CASO III:
 f = 2 Mhz.
 Ancho de banda de Sistema de transmisión = (3*2 – 2*1) = 4 Mhz
 T (frecuencia fundamental) = 1/ 2*106 = 0,5 µs | 0,25 µs por Bit
 V= 2 * 2 * 106 = 4 Mbps.
 Entonces para un ancho de banda de 4 MHz se consigue una
V=4Mbps.
41

42. Relación entre la Velocidad de
Datos y el Ancho de Banda
Resumiendo:
 Caso I: ancho de banda=4 MHz, velocidad de transmisión=2 Mbps.
 Caso II: ancho de banda=8 MHz, velocidad de transmisión=4 Mbps.
 Caso III: ancho de banda=4 MHz, velocidad de transmisión=4 Mbps.
“Cuanto mayor es el ancho de banda de la señal
mayor será la velocidad”
42

43. Trabajo Práctico
 Transmisión de Datos Analógicos y
Digitales (pág. 69)
 Dificultades en la Transmisión (pág. 78)
 Capacidad del Canal (pág. 83).
43

44. Transmisión de Datos
Analógicos y Digitales
 Dato
 Entidad capaz de transportar información
 Señales
 Representación eléctrica o electromagnética
de datos
 Transmisión
 Comunicación de datos mediante la
propagación y el procesamiento de señales
44

45. Dato Analógico y Digital
Analógico
Valores continuos dentro de un
intervalo
ej. sonido, video
Digital
Valores discretos
ej. texto, enteros
45

46. Espectro Acústico (Analógico)
46

47. Señales Analógicas y Digitales
 Los datos se propagan mediante señales
 Analógica
 Continuamente variable
 Distintos medios
 cable, fibra óptica, espacio
 Ancho de banda de la Voz 100Hz to 7kHz
 Ancho de banda del Teléfono 300Hz to
3400Hz
 Ancho de banda del Video 4MHz
 Digital
 Usa dos components continuas (DC)
47

48. Ventajas y Desventajas de la
Señalización Digital
Más económica
Menos susceptible al ruido
Mayor atenuación
Los pulsos se vuelven más pequeños y
se suavizan (se redondean)
Facilidad de pérdida de información
48

49. Atenuación de Señales Digitales49

50. Componentes de la Voz
 Rango de Frecuencias: 20Hz-20kHz
 Voz 100Hz-7kHz
 Fácilmente convertible en señal
electromagnética para transmisión
 Frecuencias de sonido con volumen variable se
convierten en frecuencias electromagnéticas
con tensión variable
 El límite del rango de frecuencias para un canal
de voz: 300-3400Hz
50

51. Conversión de la entrada de
Voz en una señal Analógica
51

52. Componentes de una Señal
de Video
 USA - 483 líneas barridas por trama a 30 tramas por
segundo
 525 líneas pero se pierden 42 durante el retroceso
vertical
 Así 525 líneas x 30 barridos = 15750 líneas por segundo
 63.5s por línea
 11s por retroceso, así 52.5 s por línea de video
 Max frecuencia si la línea alterna entre blanco y
negro
 Resolución horizontal es de alrededor de 450 líneas
dando 225 ciclos de onda en 52.5 s
 Max frecuencia de 4.2MHz
52

53. Dato Binario Digital
Desde terminales de
computadoras etc.
Dos components continuas
Ancho de banda depende de
la velocidad de datos
53

54. Conversión de entrada por PC
(teclado) a señal Digital
54

55. Datos y Señales
Normalmente se usan señales digitales
para datos digitales y señales
analógicas para datos analógicos
Se pueden usar señales analógicas
para transportar datos digitales
Modem
Se pueden usar señales digitales para
transportar datos analógicos
Codecs
55

56. Señales Analógicas que transportan
Datos Analógicos y Digitales56

57. Señales Digitales que transportan
Datos Analógicos y Digitales57

58. Transmisión Analógica
 Forma de transmisión de señales
analógicas con independencia de su
contenido
 Pueden ser datos analógicos o digitales
 Atenuación de la señal con la distancia
 Se usan amplificadores para ampliar la
señal
 Los amplificadores inyectan ruido
58

59. Transmisión Digital
 Dependiente del contenido
 Integridad de los datos afectada por el
ruido, la atenuación, etc.
 Se usan repetidores (no amplificadores)
 Estos repiten la señal recibida
 Extraen el patrón de bits
 Retransmiten el mismo
 La atenuación se evita con los
repetidores
 El ruido no se amplifica
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60. Ventajas de la Transmisión
Digital
 Tecnología Digital
 Bajo costo de la tecnología LSI/VLSI
 Integridad de los datos
 Mayores distancias sobre líneas de baja calidad
 Utilización de la Capacidad
 Alto ancho de banda sobre enlaces económicos
 Alto grado de multiplexación más fácilmente con
técnicas digitales
 Seguridad y Privacidad
 Encriptación
 Integración
 Trata a los datos analógicos y digitales de igual
forma
60

61. Dificultades en la Transmisión
 La señal recibida puede diferir de la señal
transmitida
 Analógica - degradación de la calidad de
señal
 Digital – errores de bit
 Provocadas por
 La Atenuación y Distorsión de la atenuación
 La Distorsión por retardo
 El Ruido
61

62. Atenuación
 La fuerza de la señal disminuye con la
distancia
 Depende del medio de transmisión
 Nivel de la señal recibida:
 Debe ser suficiente para poder ser detectada
 Debe ser suficientemente mayor que el ruido para
poder recibirse sin error
 La Atenuación es una función que se
incrementa con la frecuencia
62

63. Distorsión por Retardo
Solamente en medios guiados
La velocidad de la propagación
varía con la frecuencia
63

64. Ruido (1)
 Señales adicionales insertadas entre el
transmisor y el receptor
 Térmico
 Debido a la agitación térmica de los
electrones
 Uniformemente distribuido
 Ruido blanco
 Intermodulación
 Señales que son la suma y diferencia de las
frecuencias originales que comparten un
medio
64

65. Ruido (2)
 Diafonía (Crosstalk)
 Una señal de una línea es captada por otra
(acoplamiento de señales entre distintas líneas
de transmisión)
 Impulsivo
 Pulsos irregulares o picos de señal (spikes)
 ej. Interferencia externa electromagnética
 De corta duración
 Alta amplitud
65

66. Ruido (3)
66

67. Problemas en la Transmisión67

68. Capacidad del canal
Velocidad de Datos
En bits por segundo
Velocidad a la cual los datos se
pueden communicar
Ancho de banda
En ciclos por segundo o Hertz
Limitado por el transmisor y el medio
68

69. Ancho de banda de Nyquist
 Si la velocidad de la señal de transmisión es 2B
(B=bandwith o ancho de banda) entonces una
señal con frecuencias no superiores a B es
suficiente para transportar esta velocidad de
transmisión de la señal
 Dado un ancho de banda B, la velocidad de la
señal más alta es 2B
 Dada una señal binaria, la velocidad de datos
soportada por B Hz es 2B bps
 Puede incrementarse usando M niveles de señal
 C= 2B log2M
69

70. Fórmula de capacidad de
Shannon
 Considera la velocidad de datos, ruido y tasa de
errores
 Velocidad de datos más rápida acorta cada bit de
modo que un patrón de ruido afecta más bits
 A un nivel de ruido dado, mayor velocidad de datos
significa mayor tasa de error
 Relación Señal a Ruido (en decibeles)
 SNRdb
=10 log10 (señal/ruido)
 Capacidad C=B log2(1+SNR)
 Esta se considera Capacidad libre de errores
70

71. Lecturas
 Stallings chapter 3
71
Asignatura: Tecnologías de Comunicaciones | Carrera: Ingeniería en Sistemas | Prof. Gabriel Quiroga Salomon
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC