1. Software de Comunicaciones
USP
Tema 01
Sistema de Comunicación de Datos

2. Introducción
La energía para transmitir datos puede ser eléctrica, ondas de radio, luminosa, etc
Cada tipo tendrá sus propiedades y requisitos de transmisión
Podrá utilizar diferentes medios físicos de transmisión (cobre, aire, vidrio...)
Transmisor necesita:
Hardware especial para transmitir los Datos desde el origen (ETD)
Una conexión de Hardware para adaptar los Datos al medio que los va a llevar (ETCD
Receptor necesita:
Hardware especial para transformar energía en datos(ETD)
Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado (ETCD)
DATOS Transmisor Medios de Tx
Receptor DATOS

3. Conceptos básicos y terminología
Canal: medio de transmisión al que se le acoplan un transmisor y un receptor y,
por tanto, tiene asociado un sentido de transmisión
Analógico: información suministrada al transmisor es analógica
Digital: información suministrada al transmisor es digital
El tipo de canal lo imponen los equipos, no el medio
Circuito: canal en cada sentido de transmisión
Enlace: circuito con controladores de los equipos terminales de datos (camino de
transmisión entre Txor y Rxor)
Enlace directo: enlace en el que la señal se propaga sin usar dispositivos
intermedios que no sean amplificadores o repetidores
Configuración o enlace punto a punto: enlace directo entre dos dispositivos que
comparten un medio de transmisión
Configuración multipunto: el medio es compartido por más de 2 dispositivos

4. Conceptos básicos y terminología
Símbolo o elemento de señalización:
Aquella parte de la señal que ocupa el intervalo más corto correspondiente a un
código de señalización.
Digital: un pulso de tensión de amplitud constante
Analógico: un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantes
Velocidad en símbolos (Vs) o velocidad de modulación (Vm):
Es el número máximo de símbolos que se pueden transmitir en un segundo.
Se calcula como: nº símbolos/1seg
Se mide en baudios.
Se asocia a la línea de transmisión.
Velocidad de transmisión serie o régimen binario (Vt o R):
Es el número máximo de elementos binarios que pueden transmitirse por unidad de
tiempo.
Se calcula como: nº de bits en un periodo/periodo
Se mide en bps (bit/s).
Se asocia al circuito de datos.

5. Conceptos básicos y terminología
Unidades de medida
103 Kilobits (Kb) 1.000 bits
106 Megabits (Mb) 1.000.000 bits
109 Gibabits (Gb) 1.000.000.000 bits
1012 Terabits (Tb) 1.000.000.000.000 bits
1015 Petabits (Pb) 1.000.000.000.000.000 bits
1018 Exabits (Eb) 1.000.000.000.000.000.000 bits
1021 Zettabits (Zb) 1.000.000.000.000.000.000.000 bits
1024 Yottabits (Yb) 1.000.000.000.000.000.000.000.000 bits

6. Clasificación de las transmisiones
Según el sentido de la transmisión:
Símplex (simple)
A B
Half-duplex (semi-dúplex)
A B
Full-duplex (dúplex)
A B

7. Clasificación de las transmisiones (II)
Bus
Paralela
E/S paralela
Asíncrona Txor Rxor
(2 relojes)
Tipos de Heterosincronizada
Orientada al carácter
comunicaciones (2 líneas: datos y reloj)
Serie Txor Rxor
Síncrona
Orientada al bit
(1 solo reloj) Autosincronizada
(1 línea: datos+reloj) Orientada al carácter
Txor Rxor

8. Transmisión paralela
Todos los bits de un dato se transmiten a la vez
Son necesarias tantas líneas como nº de bits contenga el dato a Tx
Tipos:
Bus
Líneas de direcciones, datos, control y alimentación
Reglas estrictas de comunicaciones
Elementos muy acoplados (CPU y memoria)
Distancias muy pequeñas (típicamente <1m)
Ejemplo: bus de datos entre CPU y memoria
E/S paralela
Menor número de líneas
Menor dependencia entre elementos
Cable plano o manguera multiconductora
Ejemplo: impresora

9. Transmisión serie
Se transmiten los bits secuencialmente
Problema: cómo reconoce el receptor que tiene un bit válido para leer es
necesario conocer el reloj con el que se generó la secuencia de bits
Tipos:
Asíncrona
Síncrona

10. Transmisión serie asíncrona
Sólo se transmiten los datos; Txor y Rxor tienen su propio reloj
La señal permanece a 1 mientras no se transmite
Se delimita el envío de 1 carácter (5-10bits) con 1 bit de comienzo (START) y 1 ,
1.5 ó 2 bits de parada (STOP)
Txor y Rxor deben estar de acuerdo previamente

11. Transmisión serie síncrona
La señal de reloj debe transmitirse:
Txor Rxor
En una línea separada (heterosincronizada)
Txor Rxor
Codificando dicha señal con los datos que se Tx (autosincronizada)
Los datos se delimitan por una serie de caracteres o bits
Puede ser:
Orientada al carácter: se trata el bloque de datos como una secuencia de caracteres
(8 bits)
carácter
Emisor ... ... ... Receptor
Orientada al bit: se trata el bloque de datos como una secuencia de bits (flag de inicio
de bloque-datos-flag fin de bloque)
Flag inicio bloque Flag fin bloque Flag inicio bloque Flag fin bloque
Emisor ... ... ... Receptor
Datos Datos

12. Transmisión serie vs. paralela
Ventajas de la transmisión serie:
Número de líneas bastante menor
Menor coste, sobre todo cuando aumentan las distancias
Ventajas de la transmisión paralela:
Mayor velocidad
Mayor simplicidad

13. Representación de señales
Una misma señal puede ser representada de 2 formas:
En el dominio del tiempo s(t) representación cartesiana
En el dominio de la frecuencia S(f) representación espectral
Ambas representaciones implican una misma realidad física.
Todas las señales son funciones reales y, por tanto, las transiciones
son continuas en el tiempo (aunque puedan ser muy rápidas).

14. Representación de señales. Ejemplos

15. Análisis de Fourier. Ejemplo

16. Espectro y ancho de banda
Espectro de frecuencias (frecuency spectrum)
Conjunto de frecuencias que constituyen una determinada señal
Ancho de banda absoluto
Anchura del espectro de frecuencias completo
Se mide en Hz (hercios) o s-1
Ancho de banda relativo
Anchura del espectro de frecuencias donde se concentra la mayor parte de la
energía de la señal
Amplitud (V)
Se mide en Hz (hercios) o s-1
Frecuencia (Hz)
Ancho de banda absoluto
Ancho de
banda relativo

17. Ancho de banda y canal
Se puede hacer una representación espectral de la señal
a transmitir y del canal por donde se va a transmitir
Si ambos espectros coinciden, la señal se puede transmitir
tal cual por ese canal, si no coinciden, hay que transformar
(modular) la señal antes de transmitirla
Canal telefónico
300 3400 Hz
Hz

18. Relación entre Vt y AB del canal
Supongamos la señal
A
correspondiente a la secuencia
Amplitud de la señal
1010101...
Su desarrollo en serie de 0
Tiempo
Fourier es:
-A
∞
s(t)= A x 4 x Σ sen(2πkf1t)
periodo=T=1/f1
π K=1
K impar k
Limitando el ancho de banda a
las 4 primeras componentes:
(4/π) [sen(2πf1t)+(1/3)sen(2 π(3f1)t)+ (1/5)sen(2 π(5f1)t) + (1/7)sen(2 π(7f1)t)]

19. Relación entre Vt y AB del canal (II)
Vt para el caso de esa señal cuadrada: Vt = 2/T = 2 f1 bps
Si f1 = 1 MHz: Amplitud (V)
necesitamos AB = 6 MHz en el canal
Vt = 2 Mbps
Si f1 = 2 MHz: 1 3 5 7 9 11 13 Frecuencia (MHz)
necesitamos un AB = 12 MHz en el canal
AB efectivo
Vt sería de 4 Mbps 4 componentes espectrales
Amplitud (V) (f1=1MHz)
2 6 10 14 18 22 26 Frecuencia
(MHz)
AB efectivo
4 componentes espectrales
(f1=2MHz)

20. Relación entre Vt y AB del canal (III)
Suponemos que ABcanal = 12MHz, podemos (a) o (b):
(a) Mantener la velocidad de transmisión:
Se mantiene la frecuencia de la señal (f1)
Por el canal cabrían 7 armónicos en vez de 4
Misma velocidad y mayor ancho de banda mayor calidad de la señal
(b) mantener la calidad de la señal:
Se mantiene el nº de ármonicos
Se aumenta la frecuencia de la señal (f1)
Misma calidad y mayor ancho de banda mayor Vt
Cuanto mayor es el ABcanal, mayor puede ser la Vt de la señal

21. Relación entre Vt y AB del canal (IV)
Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0
Pulsos antes de ser transmitidos:
Razón de bits: 2000 bps
Pulsos después de la transmisión:
Ancho de banda 500 Hz
Ancho de banda 900 Hz
Ancho de banda 1300 Hz
Ancho de banda 1700 Hz
Ancho de banda 2500 Hz
Ancho de banda 4000 Hz

22. Relación Vs - AB y Vs - Vt
Se ha demostrado que:
Vs = N x AB [baudios]
donde N es una constante que puede variar entre:
(peor caso) 1 ≤ N ≤ 2 (mejor caso)
AB es el ancho de banda del canal
En el caso ideal Vs = 2 x AB
Como regla práctica Vs = AB
Si al codificar la información en una señal analógica 1 símbolo
representa a n bits, podemos decir que:
Vt = n x Vs [bps]
Vs está limitada por el AB del canal, pero no la Vt
Vt está limitada por el ruido del canal (Shannon)

23. Transmisión de datos
Hay que tener en cuenta:
Naturaleza de los datos
Datos ANALÓGICOS: toma cualquier valor dentro de un intervalo
Datos DIGITALES: toma sólo determinados valores posibles dentro de un
intervalo
Propagación de la señal que lleva los datos
Señal ANALÓGICA: onda electromagnética que varía continuamente
Señal DIGITAL: secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos.
Puede ser unipolar (1 nivel de tensión), polar (2 niveles de tensión) o bipolar
(3 niveles de tensión)
En la Tx de datos hay 4 combinaciones posibles:
Dato analógico – Señal analógica
Dato digital – Señal analógica
Dato analógico – Señal digital
Dato digital – Señal digital

24. Transmisión de datos (II)
Dato analógico – Señal analógica
Si coincide el ancho de banda ambos, se envían los datos tal cual, si no, hay
que modular los datos
Dato digital – Señal analógica
En Txor se modula la señal analógica para que lleve los datos digitales y en
Rxor se demodula (MODEM)
Dato analógico – Señal digital
En Txor se codifican los datos analógicos en digitales y en Rxor se
decodifican (CODEC)
Dato digital – Señal digital
Si se dispone de dos niveles de tensión, se envían los datos directamente. Si
se dispone de más niveles se convierten antes de enviar.

25. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales digitales
El Transmisor debe conocer:
El tiempo empleado en enviar un bit: si la tasa de bits es de X bps, la duración
de un bit es 1/X segundos
La velocidad de modulación (depende del esquema de codificación elegido)
El Receptor debe conocer:
La duración de cada bit
Comienzo y fin de cada bit
Niveles de tensión utilizados para representar cada bit
Tipos de codificación:
Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ, Manchester NRZ

26. Formatos de codificación digital
Cinta perforada
1 ≡ nivel alto (A voltios)
Unipolar NRZ 0 ≡ nivel bajo (cero voltios)
(Not Return to Zero)
1 ≡ nivel alto (A voltios)
Polar NRZ
0 ≡ nivel bajo (-A voltios)
1 ≡ transición al principio y mitad del bit
Unipolar RZ
0 ≡ no hay transición (0 voltios)
1 ≡ niveles alternantes A, -A voltios
Bipolar RZ 0 ≡ no hay transición (0 voltios)
0 ≡ transición alto-bajo en mitad del bit
Manchester NRZ
1 ≡ transición bajo-alto en mitad del bit
(de acuerdo con IEEE 802.3)
Tiempo de 1 bit Tiempo de 1 elemento de señalización = ½ Tiempo de 1 bit

27. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
Una señal analógica se basa en la transmisión de una señal
continua (señal portadora) con una frecuencia centrada en una zona
compatible con el medio de transmisión y de tipo Acos(2πfct+φ)
Los datos digitales se transmiten modulando la señal portadora.
Modulación: Variación de cierto parámetro de una señal en función
de otra.
Señal portadora
Señal moduladora
Señal modulada
Tipos de modulación (tasa de bits = tasa de baudios)
ASK: modulación de amplitud
FSK: modulación de frecuencia
PSK: modulación de fase

28. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
ASK: modulación o desplazamiento en amplitud
A1cos(2Πfct + ϕ) ≡ 1 binario ABASK= (1+r)·Vs
s(t)=
A2cos(2Πfct + ϕ) ≡ 0 binario
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0 ≤ r ≤ 1)
Amplitud
A1 Ancho de banda mínimo = Vs
A2
Frecuencia
fc – Vs/2
fc fc + Vs/2

29. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
FSK: modulación o desplazamiento en frecuencia
fc1= frecuencia de la portadora para el 1 binario
s(t)= Acos(2Πfc1t + ϕ) ≡ 1 binario
fc0 = frecuencia de la portadora para el 0 binario
Acos(2Πfc0t + ϕ) ≡ 0 binario
Típicamente, fc1 y fc0 corresponden a desplazamientos de igual
magnitud pero en sentidos opuestos de la portadora
ABFSK= (fc1- fc0) + (1+r)Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤1)
Amplitud ABFSK = (fc1- fc0) + (1+r)Vs
Vs/2 fc1- fc0 Vs/2
Frecuencia
fc0 fc1
Más resistente a los ruidos que ASK

30. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
PSK: modulación o desplazamiento en fase
s(t)= Acos(2Πfct + Π) ≡ 1 binario
Acos(2Πfct) ≡ 0 binario
ABPSK= (1+r)·Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)
Amplitud
Ancho de banda mínimo = Vs
Frecuencia
fc – Vs/2
fc fc + Vs/2

31. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
Otras modulaciones (tasa baudios < tasa bits):
Modulación MPSK (modulación en múltiples fases):
(BPSK Si Vs=2400 baudios (n=1), Vbps=2400 bps)
QPSK Si Vs=2400 baudios (n=2), Vbps=4800 bps
8PSK Si Vs=2400 baudios (n=3), Vbps=7200 bps
16PSK Si Vs=2400 baudios (n=4), Vbps=9600 bps
...
Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios
r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1)
n= nº de bits por cada símbolo
Recuerde que la relación entre la tasa de baudios y la tasa en bps venía dada por:
Vbps= n·Vs
Ancho de banda para modulaciones multinivel: AB = Vs·(1+r)/n

32. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos digitales usando Señales analógicas
Tasa de baudios – Tasa de bits

33. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales digitales
Proceso de digitalización
Datos analógicos MUESTREO CUANTIFICACIÓN CODIFICACIÓN Señal digital
“Modulación”
CODEC
Teorema del muestreo:
“Si se muestrea s(t) a intervalos regulares de tiempo, con una frecuencia mayor del doble
de la frecuencia significativa más alta de s(t) (fmax), entonces las muestras obtenidas
contienen toda la información de la señal original”. fs ≥ 2fmax Ts ≤ 1/2fmax
Tipos de “Modulación”:
Modulación PCM: Modulación por codificación de impulsos
Usa PAM (Modulación por amplitud de pulsos)
Modulación Delta
La señal analógica se aproxima mediante una función escalera que en cada intervalo de
muestreo sube o baja un nivel de cuantización

34. Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación PCM
(8 bits en
signo-magnitud)
- Muestreo natural
- Muestreo plano
PCM

35. Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación PCM
Ejemplo:
Los datos de voz se limitan a frecuencias < 4000 Hz para
caracterizar una señal de voz se requieren 8000 muestras/seg
Para convertir muestras PAM a digital, se les debe asignar un
código digital a cada una de ellas
Si se usan 256 niveles diferentes se requieren 8 bits por
muestra
8000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 64 Kbps se necesita para
una señal de voz

36. Datos analógicos usando Señales digitales
Modulación Delta
Por cada intervalo de muestreo, la
señal analógica de entrada se
compara con el valor más reciente
de la función escalera:
si el valor > función escalera, se
genera un 1
si el valor ≤ función escalera, se
genera un 0
δ, Ruido de cuantización
(variaciones lentas de la señal)
δ, Ruido de sobrecarga en la
pendiente (variaciones rápidas de
la señal)
Más sencillo de implementar y
mejor SNR para una misma Vt que
PCM

37. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales analógicas
Datos analógicos f(t) MODULADOR g(t) Señal analógica
Señal moduladora Señal modulada
Señal portadora
cos 2πfct
La modulación consiste en variar la amplitud, frecuencia o fase de la
portadora en función de f(t) :
Modulación en amplitud:
AM (Modulación en Amplitud) ABAM= 2·B
Modulación angular:
FM (Modulación en frecuencia) ABFM= 10·B
PM (Modulación en fase) ABAM= 10·B
B = ancho de banda de la señal original

38. Datos analógicos usando Señales analógicas
Señal Portadora, Moduladora y Modulada

39. CODIFICACIÓN DE DATOS
Datos analógicos usando Señales analógicas
BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)
BWt = Ancho de banda total (radio)
fc = frecuencia de la portadora
AM
BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio)
BWt = Ancho de banda total (radio)
fc = frecuencia de la portadora FM y PM

40. Multiplexión o multiplexación
Es el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples
señales (canales) a través de un único enlace de datos
En toda transmisión multiplexada se tiene un multiplexor (en Txor) y un
demultiplexor (en Rxor)
DEMULTIPLEXOR
1 camino
MULTIPLEXOR
3 canales
Hay tres técnicas de multiplexión:
FDM (Multiplexión por División en Frecuencias)
WDM (Multiplexión por División de Onda)
TDM (Multiplexión por División en el Tiempo)

41. Multiplexión. FDM
Multiplexión por División en Frecuencias
Generalmente para señales analógicas
Se puede aplicar cuando el AB de un enlace es mayor que los anchos de banda
combinados de la señal a transmitir
Se usan distintas frecuencias portadoras para transmitir (que no deben interferir
con las frecuencias de los datos originales)
Se usan bandas de seguridad
Bandas de seguridad
Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5
Frecuencia (Hz)
Ancho de banda del enlace de transmisión

42. Multiplexión. WDM
Multiplexión por División de Onda
Conceptualmente igual que FDM, pero la multiplexación y
demultiplexación involucran señales luminosas a través de fibra
óptica (bandas de longitudes de ondas)

43. Multiplexión. TDM
Multiplexión por División en el Tiempo
Generalmente para señales digitales
Se puede aplicar cuando la capacidad de tasa de datos de la transmisión es mayor que la
tasa de datos necesaria requerida por los dispositivos transmisores y receptores
Se divide el enlace en el tiempo y no en frecuencia
Canal 1 Canal 2 Canal 3 ... Canal 1 Canal 2 Canal 3 ...
Tiempo (s)
Tipos:
Síncrona: el multiplexor siempre asigna exactamente la misma ranura de tiempo para cada
dispositivo, independientemente de que los dispositivos tengan o no que transmitir.
Asíncrona o estadística: el multiplexor usa reserva dinámica bajo demanda de las ranuras. Con
un enlace de igual velocidad, esta multiplexión puede dar más servicios que la síncrona.

44. Interfaz RS-232
Nombres oficiales: ANSI/TIA-232F o ITU-T V.24
Se compone de varias especificaciones:
mecánica: ISO 2110
eléctrica: V.28
funcional y procedural: V.24
Describe las características mecánicas, eléctricas, funcionales y procedimentales que
permiten el intercambio de información binaria entre un DTE y un DCE, con transmisión
serie
Modos half-duplex y full-duplex
Permite transmisión síncrona y asíncrona
Computadora Conector DB25 hembra
Conector DB25 macho Línea de teléfono
Cable
del interfaz

45. DTE y DCE
DTE (Data Terminal Equipment)
Emisor o receptor de datos.
Terminales, computadores, fax...
DCE (Data terminal Circuits Equipment)
Equipo que transforma la información para ser enviada por la línea.
Módem
Línea de
transmisión
DTE DTE
Fuente o Controlador de Controlador de Fuente o
colector de datos comunicaciones DCE DCE comunicaciones colector de datos
Circuitos de datos
Enlace de datos

46. INTERFAZ RS-232
Características mecánicas
Especifica el conector a utilizar
Conector DB-25 (síncrona y asíncrona) y conector DB-9 (asíncrona)
1 pulgada = 23 mm

47. INTERFAZ RS-232
Características eléctricas
El estándar define:
Velocidad máxima: 20 kbps (típicas:300, 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 bps)
Distancia máxima: 15 m
código NRZ-L
Transmisión no balanceada +25
Referencias a 0V “0”
+15
Limitación de corriente a 0.5 A “0”
+5 +3
Capacidad máxima 2500 pF
-5 -3
“1”
1 lógico = [-3,-15] voltios -15 “1”
Tx
0 lógico = [15,3] voltios -25
Rx

48. INTERFAZ RS-232
Características funcionales
Se describen las funciones de cada uno de los circuitos de intercambio, así como la
posición de esos circuitos en el conector (pin)
Líneas de datos
TxD y RxD
Líneas de control de flujo
Request to send (RTS)
Clear to send (CTS)
Data Carrier Detected (CD ó DCD)
Líneas de establecimiento de conexión
Data Terminal Ready (DTR)
Data Set Ready (DSR)
Ring Indicator (RI)
Líneas de referencia
Masa (GND)
Masa de protección (SGH)

49. INTERFAZ RS-232
Características funcionales.
Conector DB15 (DTE)

50. INTERFAZ RS-232
Características procedimentales
Especifican la secuencia de eventos que se debe producir en la transmisión de datos,
basándose en las características funcionales del interfaz. Ejemplo de llamada:
[Fuente: Stallings]

51. Bibliografía
Behrouz A. Forouzan, “Transmisión de datos y redes de
comunicaciones”, 2ª edición, McGrawHill, 2002.
William Stallings, “Comunicaciones y Redes de Computadores”, 6ª
edición, Prentice Hall, 2000.
James Truvole, “LAN wiring”, 2ª edición, MacGrawHill, 2000.
Andrew S. Tanenbaum, “Redes de Computadoras”, 3a edición,
Prentice Hall, 1997.
ANSI/TIA-232-F (R2002), “Interface Between Data Terminal
Equipment and Data Circuit-Terminating Equipment Employing
Serial Binary Data Interchange”, 1997.