gua de una prueba de telecomunicaciones!

1. Transmisión de datos y teoría de la
información.
1.- Conceptos y Terminología.
En este tema se estudia todo lo relaccionado con el nivel más bajo de cualquier sistema de
comunicaciones: la capa física, que se ocupa de como se transmiten los datos a traves de los medios
físicos de transmisión.
Debe controlar que el medio físico no cambie la información enviada, es decir, que un bit a 1
enviado no sea interpretado por el receptor como un bit a 0.
El éxito de la comunicación, es función tanto del medio de transmisión como de la calidad de
la señal que se transmite.
1.1.- Medios de Transmisión.
Entendemos por medio de transmisión el sistema (físico o no) por el que viaja la información
que transmitimos (datos, voz, audio..) entre puntos distantes entre sí.
1.2.- Enlaces.
Los enlaces se pueden clasificar en:
o Directo vs. Indirecto: La señal se propaga entre el emisor y el receptor sin pasar por
ningún dispositivo intermedio que no sea un amplificador o repetidor, que sirven
para aumentar la potencia de la señal. Indirecto es si la señal sufre algún tipo de
transformación (regeneradores,...).
o Punto-a-punto vs. Multipunto(difusión):o dos únicos medios que comparten un
enlace directo frente a varios sistemas conectados a un mismo medio. Cada uno de
estos sistemas podrá tanto recibir como transmitir información con el resto.
Sistema Punto-a-punto

2. Sistema de Difusión
 En función del sentido en que viaja la información:
Simplex
Sentido único de la transmisión.
Half-duplex
Canal bidireccional, pero sólo transmite un extremo cada vez.
Duplex
Canal bidireccional, ambos extremos pueden transmitir a la vez ,aunque utilizarán distintas frecuencias.
1.3.- Tipos y Características de las Señales.
Continuas/Discretas:
Las señales continuas serán aquellas que cumplan : lim t ® a s(t) = s(a) , es decir, la señal
varía suavemente en el tiempo sin discontinuidades. Ejemplo:la voz.
Las señales discretas por el contrario mantienen un valor constante durante un cierto tiempo
tras el cual pasan a otro valor de forma discontinua. Ejemplo: señal binaria (que sólo puede tomar los
valores 0 y 1).
Periódicas /Aperiódicas:

3. Las señales periódicas se caracterizan porque repiten un cierto patrón en el tiempo: s( t + kT )
= s(t) , k=0,1,-1,2,-2,... se dice que la señal es periódica de periodo T (donde T es el menor periodo
que cumple la condición). Ejemplo: sinusoides, tren de pulsos...
Cuando el valor del periodo es infinito la señal es aperiódica..
Nota: Aunque hasta aquí nos hemos limitado a estudiar las señales en el dominio del
tiempo en ocasiones resulta más sencillo trabajar en el dominio de la frecuencia.
Velocidad de Transmisión (Vt):
Hablaremos normalmente de bits por segundo (bps) al referirnos a la velocidad de
transmisión de un enlace o tasa binaria.
Existen además otras unidades como por ejemplo el baudio, o número de cambios por
segundo que experimenta la señal. Sin embargo una línea de K bauds no necesariemente transmite
k bps, pues cada señal puede que transmita varios bits. Si se usaran los voltajes 0,V y 2V, y el valor
de cada señal transportara 2 bits, entonces la velocidad en bps sería el doble que la de bauds.
En el caso de la señal binaria el número de niveles de tensión (2) se corresponde con el
número de bits (2), por lo que la velocidad en bps es igual a los bauds. Si se tratase de un sistema de
256 niveles tendríamos - 256 bps = 28= 8 bauds.
Ancho de banda (W):
Se define como el rango de frecuencias en el que está contenida la mayor parte de la
energía de la señal. Su unidad son los Herzios (Hz).
La necesidad de renunciar a parte de la energía de la señal al limitar el ancho de banda a
un determinado intervalo de frecuencias radica en el hecho de que señales con un espectro muy
amplio de frecuencias no pueden transmitirse integramente por el medio de transmisión, puesto que
estos suelen funcionar bien exclusivamente en un determinado rango de frecuencias. Por lo tanto las
frecuencias con menor energía se rechazan (se filtran). Un ejemplo muy claro de señal con espectro
infinito es el pulso, base de las comunicaciones digitales.
Relación entre Ancho de Banda y velocidad de transmisión:
La velocidad a que se pueden transmitir los bits no puede ser tan grande como
queramos, sino que tiene un máximo, impuesto por el ancho de banda. Nyquist dedujo en 1924 una
expresión que relacionaba ambos parámetros cuando la transmisión se realizaba a través de un
medio sin ruido:
Tasa de datos máx. = 2H log2 V bps
Donde V es el número de niveles discretos de la señal, y H el ancho de banda del filtro
paso-bajo con el que se filtra la señal, señal que por tanto se podrá recuperar tomando un mínimo de
2H muestras por segundo (teorema del muestreo de Nyquist).
Pero no fue hasta 1948 que Shannon partiendo del trabajo de Nyquist consiguió
relacionar tasa binaria y ancho de banda para un canal sujeto a un ruido aleatorio gaussiano:
Nº máx. de bps = H log2 (1 + S/N)
Un caso importante de señal con ancho de banda infinito es una onda digital; la
necesidad de acotarla en frecuencia se debe tanto a que el medio de transmisión es limitado como a
lo caro que resulta el ancho de banda. Al eliminar frecuencias de la señal en el tiempo se produce
una distorsión, es decir, nunca encontraremos pulsos perfectos con pendientes infinitas, sino
aproximaciones. Esto dificulta la interpretación en recepción. Cuanto mayor es la limitación en

4. frecuencia mayor es la distorsión, y por tanto mayor la probabilidad de error.
Finalmente se extrae como conclusión que cuanto mayor sea el ancho de banda
disponible mayor será la velocidad con la que podremos transmitir. En principio con una Vt = W/2la
representación de la señal será suficientemente buena.
2.-Transmisión de Datos Analógicos y Digitales.
2.1.- Datos.
El dato se define como una entidad que transporta información. Podemos clasificar los datos
en dos grupos:
- Analógicos : Los datos toman valores en un intervalo continuo. Ej:voz, video...
- Digitales : Toman valores de un conjunto discreto. Ej:textos, números enteros.
Dependiendo del tipo de datos tendremos señales analógicas y digitales. Para transmitir
utilizaremos uno u otro tipo de señales en función del tipo de medio del que se disponga. Por
ejemplo para transmitir datos digitales mediante señales analógicas usaremos un módem.
2.2.- Señales.
La señal se define como la codificación eléctrica o magnética de los datos.
o Señales Analógicas: El problema principal que presentan estas señales es la atenuación con la
distancia lo que provocará que tengamos que intercalar una serie de amplificadores. Sin
embargo estos amplificadores tienen un problema añadido y es que además de nuestra señal se
amplifica el ruido, por lo que cuanto más largo sea el enlace peor será la calidad de la señal en
recepción.
o Señales Digitales: Con las señales digitales eliminamos el problema de la pérdida de calidad,
ya que en lugar de amplificadores se emplean repetidores. Los repetidores no se limitan a
aumentar la potencia de la señal, sino que decodifican los datos y los codifican de nuevo
regenerando la señal en cada salto; idealmente el enlace podría tener longitud infinita.
Datos Analógicos
Señales Analógicas
teléfono
Datos Digitales
modem Señales Analógicas
Datos Analógicos
CODEC Señales Digitales
Datos Digitales
transmisor digital Señales Digitales
2.3.- Medios digitales.

5. Usaremos normalmente medios digitales ya que podremos conseguir una serie de ventajas
tales como:
 Abaratamiento de la tecnología, en la escala de integración a gran-escala(LSI) y a muy gran-
escala (VLSI).
 Ruido no aditivo, ya que los repetidores regeneran la señal.
 Uso del medio más eficiente, por ejemplo las tecnologías de multiplexación en el tiempo
(técnicas digitales) que son más baratas que la multiplexación en frecuencia (técnicas
analógicas).
 Seguridad y Privacidad de los datos. La digitalización de los datos (analógicos o digitales)
permite usar cifrado.
 Integración, con el tratamiento digital de los datos analógicos y digitales todas las señales se
pueden tratar de forma similar.
3.- Perturbaciones de la Transmisión.
Será necesario que tengamos en cuenta una serie de factores que van a afectar a nuestra
transmisión, de forma que la señal emitida nunca coincidirá exactamente con la recibida. En el caso
de señales analógicas el medio introduce ciertas alteraciones aleatorias que degradan la calidad de
la señal; en el caso de señales digitales se producen errores de bit ( aparece un 0 en lugar del 1
original, y viceversa).
Las pertubaciones más importantes son:
 Atenuación y distorsión de atenuación.
 Distorsión de retardo.
 Ruido.
3.1.- Atenuación.
La energía de la señal es inversamente proporcional a la distancia, de manera que disminuye
con ésta. En medios guiados la atenuación es logarítmica, por lo que se suele expresar en dB / Km.
En medios no guiados su dependencia no es sólo de la distancia, sino también de las condiciones
atmosféricas.
La atenuación perjudica la comunicación por tres razones:
 la circuitería electrónica necesita un mínimo de señal para detectarla.
 para que los errores sean mínimos y la calidad de la comunicación sea
aceptable.
 la atenuación crece directamente con la frecuencia a la que se transmite.
Los dos primeros problemas se superan con amplificadores y regeneradores. Para resolver el
tercero es corriente el uso de ecualizadores que discriminan ciertas frecuencias en la señal..
3.2.- Distorsión de retardo.
En medios guiados la velocidad de propagación varía con la frecuencia, esto hace que las
distintas componentes espectrales de la señal no viajen todas a la misma velocidad, y que aquellas
más cercanas a la frecuencia central vayan más deprisa. Consecuentemente la llegada al receptor
no será simultánea, sino que ciertas componentes llegarán con retraso y es lo que llamamos
distorsión de retraso (ISI en la transmisión de bits,...).

6. Para resolver este problema recurriremos de nuevo al uso de ecualizadores.
3.3.- Ruido.
El ruido es la perturbación más importante; se define como el conjunto de señales que se
introducen durante la transmisión entre emisor y receptor.
El ruido se clasifica en:
o Térmico: debido a la agitación de los electrones por efecto de la temperatura, es
uniforme en el espectro (ruido blanco) y no se puede eliminar.
Se puede modelar a través de la siguiente fórmula:
N(Wattios) = K T W ; donde K = 1.38 e-23 J/ºK;K (cte de Boltzmann)
W: Ancho de Banda (Hz)
T : Temperatura (ºK)
N(dBW) = -228.6 dBW + 10 log T + 10 log W
o Intermodulación: Esta clase de ruido aparece cuando el sistema de transmisión es
no lineal, lo que provocará la aparición de nuevas frecuencias. Las nuevas
frecuencias se suman o restan con las originales dando lugar a componentes
frecuenciales que antes no existían y que distorsionan la verdadera señal.
o Diafonía: Se produce al tener señales viajando por medios adyacentes. La señal de
una línea se acopla a otra línea cercana distorsionando la señal que viajaba por allí.
Esto puede ocurrir por el acoplamiento entre pares de cables cercanos, o cuando
antenas de microondas captan señales no deseadas,...
o Impulsivo:Hasta ahora los tres tipos de ruido que habíamos visto eran predecibles y
se podían modelar. Sin embargo este último tipo no es así, se trata de un rumor
continúo formado por picos irregulares de una cierta duración que afectan
notablemente a la señal.
En comunicaciones analógicas este ruido provoca chasquidos breves; en
medios de transmisión digital este ruido transforma ráfagas de bits que pierden toda
la información que transportaban.
4.- Capacidad de un Canal.
Entendemos por capacidad de un canal la velocidad a la que se puede transmitir datos en
dicho canal ó ruta de datos.
Existen cuatro conceptos relacionados con la capacidad:
-Velocidad de los datos (bps).
- Ancho de banda (Hz). Limitado por el transmisor y por el medio; recurso caro.
- Ruido. Nivel medio de ruido a través del camino de transmisión (dBW)
- Tasa de errores. Se producirá un error cuando interpretemos un símbolo de forma incorrecta.
El ancho de banda del canal está limitado por razones:
- Físicas
- Económicas.

7. Por lo tanto será necesario que hagamos un uso eficiente del mismo. Con los datos digitales se
perseguirá conseguir la mayor velocidad de transmisión sin superar las tasas de error permitidas,
teniendo en cuenta el ruido que se va a introducir ( Ruido térmico - componente impulsiva).
4.1.- Canal sin ruido.
La máxima velocidad de transmisión la impone el ancho de banda (ver apartado 1.3). Según
Nyquist dado el ancho de banda (W), si se transmiten señales binarias, tendremos una velocidad de
transmisión de 2W, que a su vez es igual a la capacidad. Para un caso general multinivel:
Capacidad = 2W log2 M.
(M: número de niveles que uso para codificar la señal)
En principio aumentar la Vt parece a simple vista fácil, bastaría con aumentar el número de
niveles (M). Sin embargo, al aumentar M los niveles están más próximos entre sí, lo que aumenta el
efecto de ruido.
De igual forma si dado un ancho de banda intento aumentar la Vt el ruido impulsivo afectará a
más bits, ya que el efecto de aumentar la Vt es que los bits se comprimen en el tiempo.
4.2.- Canal con ruido.
Utilizando como parámetro la SNR Shannon demostró que la capacidad teórica de un canal
es la siguiente:
C = W log2 ( 1 + S/N)
En este fórmula se ha supuesto ruido blanco y no se tienen en cuenta la distorsión, el ruido
impulsivo, la distorsión de retardo...
Para un ruido dado podríamos intentar aumentar la potencia de la señal (S) para que
aumentase la capacidad, y así también Vt. Pero el aumento de S conlleva el que las componentes no
lineales del sistema se acentúen, así como el ruido de intermodulación. Si optamos por aumentar W,
es la potencia de ruido blanco la que aumenta.
En los sistemas de comunicación de datos además de S/N, podemos usar la relación Eb/Nb
(Energía de bit / Ruido de bit). Podremos hallar este cociente sin más que aplicar la siguiente
fórmula:
Eb/Nb = (S/R) / (1/KT)
Eb/Nb(dB) = S - 10 log T - 10 logR + 228.6 dBW
donde S = Energía de la señal
R= Régimen binario ( 1/ Tb)
T = Temperatura
K = Constante de Boltzman