Cd 1 introduccion y conceptos basicos-e
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Este documento presenta la asignatura de Comunicaciones Digitales. Incluye un resumen del contenido de la asignatura, el sistema de evaluación e introducción a las comunicaciones digitales. Cubre temas como conceptos básicos, teoría de información, arquitectura de redes, modulación, interfaces y equipos para comunicaciones digitales. También incluye una bibliografía de textos básicos y de consulta para la asignatura.
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- 1. Comunicaciones Digitales (CxD) Jaime Acurio acuriojaime@hotmail.com Comunicaciones Digitales 1
- 2. Sumario • Contenido de la Asignatura • Sistema de Evaluación • Introducción a Comunicaciones Digitales Comunicaciones Digitales 2
- 3. Contenido de la Asignatura • Conceptos Básicos de Comunicaciones Digitales. • Teoría de Información. • Arquitectura de Redes de Computadoras. • Transmisiónes en Banda Base. • Modulación. • Interfaces. • Equipos para Comunicaciones Digitales la Transmisión de Datos. 3
- 4. Bibliografía • Textos Básicos • “Digital Communication Fundamentals and Applications”, B. Sklar. 2da. Edición. • “Computer Networks” , A. Tanenbaum. 4ta Edición.. Comunicaciones Digitales 4
- 5. Bibliografía Textos de Consulta • “Breaking the Barriers, Transformation to Digital Life”, Colectivo de autores, Marcus Weldon y otros. 2008. • “Fundamentals of WiMAX Undersdtanding Broadband Wireless Networking”. J.G. Andrews, A. Ghosh. 2007. • “Digital Modulation Techniques”. F. Xiong. 2000. • “Introducction to Error Correcting Codes”, M. Purser. 1995 • Estándares de la UIT, Artículos Técnicos y Materiales auxiliares entregados en formato electrónico. • Artículos e información de Internet. • Normas de la UIT, de la IEEE. Comunicaciones Digitales 5
- 6. Sistema de Evaluación • Seminarios • Trabajo de Clase • Trabajo investigativo • Examen Final Comunicaciones Digitales 6
- 7. Introducción a las Comunicaciones Digitales Comunicaciones Digitales 7
- 8. Atención!! Presencia de indica ir a las notas del ppt. Comunicaciones Digitales 8
- 9. Generalización de Cx Digitales • Tecnología Digital más noble y de mayor nivel de integración. • Digitalización de señales analógicas. • Mayor inmunidad ante la interferencia y el ruido. • Posibilidad de aplicar técnicas de compresión. y/o cifrado. • Posible empleo de diferentes técnicas de Multiplex. • Posibilidad de detectar Digitales Comunicaciones y corregir errores. 9
- 10. Datos- Mejor esfuerzo Proyección Comportamiento del tráfico hasta el 2006 Valor Datos Telefónico Según Revista de Telecomu- nicaciones de Alcatel Comunicaciones Digitales 10
- 11. Modificación de los servicios actuales • Telefonía • Telefonía IP • Telefax. • E-mail • Datos • Internet. • Redes privadas • Intranet • etc* Comunicaciones Digitales 11
- 12. Evolución de Aplicaciones Teléfono Casa inteligente Teléfono celular Carro inteligente Asistente personal digital Computadora personal Redes Personales Televisión Televisión interactiva Vídeo Terminales integrados. venta Comercio Comunicaciones Digitales 12
- 13. Evolución de las Redes Tecnmologia y Procedimiento Procedimiento Uso generalizado Cambio Cambio de IP + Ágil X.25 FR ATM NGN •+ Ágil Alternativas •Integracion DWDM de •QoS Soluciones PDH SDH ASON gestión tolerancia a fallo escalabilidad Comunicaciones Digitales 13 flexibilidad
- 14. Escenarios de Inicios de Siglo Sociedad basada en el consumo intensivo de Información. Sobrecumplimiento de los pronósticos de crecimiento de tráfico de internet. Crecimiento moderado del tráfico telefónico convencional pero crecientes servicios de telecomunicaciones. Crecimiento espectacular del tráfico de datos. Migración de redes Privadas a VPN en internet. Desarrollo de Equipos terminales con capacidades integradoras. Red de Próxima Generación Generalización de IP. (Next Generation Network) NGN Comunicaciones Digitales 14
- 15. Next Generation Network (NGN) Principios flexibilidad Servicios fijos servicios móviles Transporte de VoIP tráfico de datos Movilidad generalizada nuevos servicios y aplicaciones avanzadas. Seguridad. etc Comunicaciones Digitales 15
- 16. Convergencia: Redes de Telecomunicaciones hoy Fuente- Bibliografía 1 Comunicaciones Digitales 16
- 17. Convergencia: Redes de Telecomunicaciones Mañana Fuente- Bibliografía 1 Comunicaciones Digitales 17
- 18. Aristas de la convergencia • A nivel de Servicios: Fijo y Móvil, Interactivos y Difusión, etc. • A nivel de Red: Una red para los distintos servicios o NGN • A Nivel de Acceso: Estándares inalámbricos (DECT, WiMAX, 3G, etc) y sobre cable (xDSL, FTTX, etc.). • A nivel de Operación: OSS, BSS, Gestión de Calidad, etc., para las distintas clases de clientes. • A nivel de Terminales: 2G, 3G, PDA, iPhone, etc. Comunicaciones Digitales Bibliografía 1 18
- 19. Direcciones de Desarrollo principales • Evolución hacia una red de acceso multiservicio de banda ancha. • Evolución hacia la próxima generación de móvil celular representada por 3G y B3G. • Sustitución gradual de los conmutadores TDM tradicionales por soluciones a Softswitchs. • Migración hacia la próxima generación del protocolo de Internet IPv6. • Evolución hacia una red de Transporte de próxima generación. Comunicaciones Digitales Bibliografía 1 19
- 20. Nuevo Modelo de Red de Transporte Proceso de evolución mostrando como se introduce el protocolo de QoS y control de trafico, MPLS, en el nivel óptico MPLS Bibliografía 1 Comunicaciones Digitales 20
- 21. Sistema Básico de Comunicaciones Señal Señal Información información transmitida recibida recuperada* transmisor receptor fuente canal de destino transmisión Comunicaciones Digitales 21
- 22. Modelo de un sistema de Telecomunicaciones Básico procesamiento fuente en TX efectos medio indeseables* Tx procesamiento destino en RX Comunicaciones Digitales 22
- 23. Procesamiento en transmisión codificación fuente cifrado de la fuente codificación Mux de canal Banda Medio Modulador de CX* Base Comunicaciones Digitales 23
- 24. Procesamiento en recepción del medio demodulador detector Mux de CX Decodificación Decodificación descifrado de canal de fuente destino* Comunicaciones Digitales 24
- 25. Modelo de un sistema de transmisión de datos De otras fuentes Codif. Codif. Banda Modu- fuente cifrado MUX fuente canal Base lador Mensaje en CANAL Sincronización* CANAL formato numérico Decodif. Des- Decodif. Banda Demo- destino DEMUX dulador fuente cifrado canal Base A otros destinos Comunicaciones Digitales 25
- 26. Sincronización • Permite coordinaciones temporales y de frecuencia entre elementos y bloques del sistema. – Sistema coherente (requieren recuperación de frecuencia y fase de la portadora. – Sistemas no coherentes • Sincronización temporal – Sincronización de símbolo o de bit – Sincronización de trama Comunicaciones Digitales 26
- 27. Preguntas • ¿Qué importancia le atribuyes al proceso de sincronización de bits? • Cualquier comunicación sincrónica viene precedida de un proceso de sincronización de bits. Justifica por qué ese proceso debe anteceder al de la transmisión de información. Comunicaciones Digitales 27
- 28. Sistema Básico de Comunicación Digital Codificación Codif. cifrado Codif. transmisor M fuente de fuente de canal e d Decodif. descifrado Decodif receptor i de fuente de canal destino o Decodificación* Comunicaciones Digitales 28
- 29. Efectos indeseables de la Transmisión Atenuación Distorsión * Pulso rectangular Interferencia Ruido Comunicaciones Digitales 30
- 30. Preguntas • ¿Por qué decimos que el efecto de atenuación y distorsión, tal y como muestra la gráfica, están íntimamente relacionados? – Es más si fuéramos rigurosos hablaríamos de un solo efecto. • ¿Funciones que deben cumplir los dispositivos encaminados a disminuir la distorsión?Comunicaciones Digitales 32
- 31. Tipos de Señales información analógica señal analógica información digital informaci MODEM señal analógica información analógica señal digital A/D información digital DSU/CSU señal digital* Comunicaciones Digitales 33
- 32. Medios de Transmisión Comunicaciones Digitales 34
- 33. SEMINARIO Medios de Transmisión Par de cobre Cable coaxial Fibra Optica •Ondas terrestres •Comunicación vía satélite •Evolución y Estado Actual •Características y Ancho de Banda •Empleo •Futuro Comunicaciones Digitales 35
- 34. Formatos de Transmisión de señales digitales • Formato de transmisión asincrónico • Formato de transmisión sincrónico Comunicaciones Digitales 36
- 35. Formatos de Transmisión Formato de transmisión asincrónico • Cada caracter precedido por pulso de arranque y terminado por pulso de parada. parada inactivo 1 2 3 4 5 6 7 8 inactivo arranque arranque parada inactivo inactivo 1 1 1 0 0 1 0 0 arranque en este caso 20% perdido arranque 37
- 36. Pregunta • Aprecie que el formato de transmisión asincrónica tolera pequeñas desviaciones del reloj de transmisión con el reloj de recepción que se resincroniza con la llegada de cada pulso de arranque sin que se produzcan sobrelecturas de un bit o se salte un bit por leer. ¿Sería esto posible si la resincronización se hiciera cada 10 mil pulsos de información?. Explica. Comunicaciones Digitales 38
- 37. Formatos de Transmisión Formato de transmisión sincrónico • Los caracteres se suceden a intervalos fijos sin pulsos de arranque y parada. •••6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 • • 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 Comunicaciones Digitales 39 100% eficiencia
- 38. Pregunta • En el formato de transmisión sincrónica , el reloj de recepción se extrae de la propia señal de información. • ¿Qué sucedería si en su lugar se usara una señal de reloj de recepción aproximadamente igual a la empleada por el transmisor? Comunicaciones Digitales 40
- 39. Tipos de Transmisión • Punto a punto. • Difusión – Broadcasting. Difusión plena – Multicasting. Difusión entre un grupo determinado. Comunicaciones Digitales 41
- 40. Simultaneidad emisión recepción Tx Rx Simplex Transmite en una sola dirección Típico de los sistemas de difusión. Comunicaciones Digitales 42
- 41. Simultaneidad emisión recepción Tx/Rx o Tx/Rx Semiduplex (half duplex) Transferencia de informacion en ambos sentidos pero NO simultáneamente Comunicaciones Digitales 43
- 42. Simultaneidad emisión recepción Tx/Rx Tx/Rx duplex (full duplex) Transmite y recibe simultáneamente Comunicaciones Digitales 44
- 43. Pregunta • ¿La operación full duplex, se podrá realizar empleando dos hilos solamente? • ¿Cómo? Comunicaciones Digitales 45
- 44. Proceso de Multiplexación Múltiples señales por el mismo soporte físico. ( Medio compartido). • Multiplex División de Frecuencia (MDF): Señal en rangos de frecuencia diferentes. • Multiplex por División de Longitud de Onda (WDM,DWDM). Señales ópticas en diferente LO. • Multiplex División de tiempo (MDT): Señal en intervalos de tiempo diferentes (time slots). • Multiplex División de Código (MDC): Señal emplea diferentes códigos para su procesamiento. Comunicaciones Digitales 46
- 45. Multiplex por división en tiempo de señales digitales MDT Isócrono A A B C A B C A B C A B B señal global Intervalos fijos para cada canal C A C A C A canales tributarios Intervalos no usados = perdidos Multiplex Estadístico A B C B A D A B F B C B E A D E F Mayor eficiencia, los intervalos se asignan según la necesidad, requiere campo de dirección Comunicaciones Digitales 47
- 46. Conclusiones • Generalización de las comunicaciones digitales. • Generalización de las Redes de computadoras. • Estudiaremos los procesos en la Transmisión de información en formato digital. Comunicaciones Digitales 48
- 47. Bibliografía 1. Estado actual y perspectivas de las investigaciones en las Telecomunicaciones. Conferencia del Dr. René Yañez en Dpto. de Tele. Mayo 2009. 2. Digital Communication, Fundamentals and Applications. B. Sklar. 3. Computer Networks, Tanembaum. Comunicaciones Digitales 49
Notas del editor
- Del gráfico se aprecia que en el mundo los incrementos de servicios telefónicos convencionales son extraordinariamente discretos, sin embargo el crecimiento de servicios de datos con requisitos en su entrega crecen exponencialmente y más aún el tráfico de Datos entregados sobre la base del “mejor esfuerzo”. Luego entonces deben producirse importantes transformaciones en las redes actuales puesto que hasta el 2003 aproximadamente fueron redes para transmitir voz con facilidades para transmitir datos. Hay que trabajar porque esta redes sean redes que estén hechas para transmitir datos de forma eficiente y que también sean capaces de transmitir voz emleando métodos de voz paquetizada.
- En este gráfico se presentan las evoluciones que han experimentado las redes de telecomunicaciones: arriba en cuanto a estándares de redes, desde X.25 a ATM y señalándose cual ha sido el aporte que se ha obtenido con cada paso y abajo en cuanto a los métodos para la transmisión de esos datos. Si bien este crecimiento cualitativo y de volumen de tráfico manejado ha ido en aumento con cada nuevo desarrollo, el surgimiento de la DWDM (Multiplex por División de Longitud de Onda de Alta Densidad) permite un salto abrupto en la capacidad de las redes al multiplicarse la capacidad de las fibras por la cantidad de longitudes de onda que pueden ser transportadas de forma independientes por ella. Este nuevo desarrollo propicia notablemente el surgimiento de las NGN. Se dice que es un rompimiento en la secuencia de evolución porque los avances anteriores incrementaban el volumen de tráfico a transportar y las condiciones en que se hacían, mientras que DWDM significa un salto cuantitativo que da lugar a un salto cualitativo por el volumen e independencias que se transportan por una misma fibra óptica.
- Todo lo expresado en las dos últimas láminas nos demuestran la necesidad de evolucionar hacia una red capaz de cumplir los retos de la evolución de las comunicaciones y a este tipo de red se le ha denominado NGN.
- Estos son los principios básicos que debe cumplir una NGN, sin que existan hasta el momentos estándares para ello, aunque sí soluciones particulares que algunos fabricantes le dan a la migración de las redes actuales a la NGNs. Es claro que la red debe ser suficientemente flexible para acomodar diferentes tipos de tráfico con diferentes requisitos, servicios fijos como móviles, de datos como de voz, debe ser capaz de transportar voz haciendo uso de los protocolos IP a la par de desarrollarse nuevos servicios y aplicaciones avanzadas que los clientes estén dispuestos a pagar por los beneficios que le reporten, garantizando con ello la rentabilidad de la NGN
- Se representa un esquema lo mas grueso posible de un proceso de transmisión de datos, en el que vale la pena señalar que la información recuperada NO siempre es igual a la información a la salida de la fuente, ya sea por razones de errores en la transmisión de ésta o por razones de métodos de compresión con pérdida de la información en los casos que esto sea permitido,
- Otra forma de expresar el modelo grueso, sólo que ahora hemos expresado que en el medio de transmisión se incorporan efectos indeseables que perturbaran la señal transmitida y podrán incluso producir errores en la información que se le presente al destino
- En este gráfico se representan los procesos básicos presentes en la transmisión: Codificación de la fuente (o eficiente), encaminada a extraer redundancia de la información transmitida y lograr una transmisión más eficiente de la información. Cifrado , encaminada a proteger la información contra usuarios no autorizados, garantizar la integridad de la información y/o evitar la ocurrencia de acciones de repudio, es decir no responsabilizarse con información transmitida. Codificación de canal , cuya función es proteger la información contra errores producidos en el proceso de la transmisión, lo que se logra con la introducción de bis redundantes o de chequeos que permitirán detectar y/o corregir errores de transmisión según el código detector o corrector que se emplee. Etapa de Multiplexación , no siempre presente pero que permitirá que por un mismo medio físico se transmitan múltiples canales de comunicación, haciendo con ello más eficiente el uso del medio de transmisión. Banda Base , es el bloque que representa el proceso de convertir la información en señal eléctrica para su transmisión, aprecien que hasta el módulo anterior sólo nos interesaban secuencias binarias y no señales. Modulador , etapa no siempre necesaria, encaminada a lograr determinados objetivos en el proceso de transmisión de datos y que en los casos necesarios entrega la señal a transmitir al Medio de comunicación
- Se significan los procesos en la recepción que cumplen, junto a la etapa correspondiente en la transmisión, determinadas funciones. El demodulador , recupera la señal de información en su banda base. Detector , identifica la llegada de un símbolo en particular. Demultiplexor , separa cada uno de los canales que en el multiplexor fueron combinados en la transmisión. Decodificación de canal , detecta o corrige los errores que se producen durante la transmisión. Descifrado , recupera la información en texto claro y cumpliendo los objetivos trazados. Decodificación de la fuente , traduce de los símbolos de un código a un mensaje de la fuente para entregar a su destino.
- Este gráfico sólo está para llamar la atención sobre la existencia de un proceso no representado que es el de sincronización que garantiza las relaciones temporales entre los diferentes procesos del sistema de Comunicación.
- Importante señalar que el receptor debe conocer cual es el intervalo de cada símbolo para saber en qué periodo de tiempo debe hacer las acciones para detectar un símbolo en cuestión (sincronización de símbolo), lo que se logra obteniendo de alguna forma un reloj que reproduce el ritmo temporal de los símbolos recibidos. La información se organiza por bloques o tramas en las que el significado de los símbolos dependen de la posición que estos ocupen en la trama, por ello es preciso conocer donde comienza y donde termina la trama para poder identificar los campos que la componen y sus respectivos significados.
- Se destacan los bloques considerados como bloques de codificación y los de decodificación.
- Este esquema es para identificar los efectos indeseables sobre las señales que se transmiten. Es una versión no rigurosa encaminada a ver los efectos de formas aisladas, aunque como veremos en la práctica la atenuación y la distorsión son en esencia el mismo efecto y explicaremos por qué. Atenuación : Decrecimiento progresivo de la energía de la señal transmitida producto de las pérdidas que se producen en la transmisión. (Observe que en esta definición incompleta no estoy teniendo en cuenta el comportamiento de la atenuación con las componentes de frecuencia, por eso supongo a la entrada un pulso de una determinada amplitud y a la salida otro de menor amplitud pero igual forma, esto en la práctica NO se presenta de esta forma). Distorsión : Modificaciones de la forma de onda de la señal recibida producto del ancho de banda limitado del canal de comunicación. (Ahora; el carácter de ancho de banda limitado en realidad se presenta porque la atenuación es diferente para diferentes componentes de frecuencia, y solo logran llegar al punto de recepción las componentes de frecuencias de menor atenuación, quedando las restantes fuera del Ancho de banda del canal) Interferencia y ruido según lámina siguiente.
- En esencia existen señales analógicas y señales digitales, solo que estas pueden estar representando a su vez información digital o analógica. El grafico muestra el dispositivo necesario para lograr esa representación. En el primer caso se particularizó para la transmisión de una señal telefónica como fuente de información analógica, en este caso los dispositivos para su transmisión pueden ser múltiple según el servicio que se refiera. Modem: dispositivo capaz de mediante un proceso de modulación convertir una información digital en señal analógica. A/D: Conversor Análogo Digital, Convierte una señal analógica en secuencia de símbolos generalmente binarios. En el otro extremo deberá existir un Conversor D/A para recuperar la señal original en su formato analógico. DSU/CSU: Data Service Unit/Channel Service Unit, dispositivo capaz de dotar a una señal de banda base de las condiciones que le permitan transmitirse por una distancia deseada en el Circuito de datos.
- La presencia de pulsos de arranque y parada determinan ineficiencia en el uso del medio de transmisión por lo que son sólo empleadas para bajos volúmenes de información. Su implementación es más sencillo que el formato de transmisión sincrónico. Los pulsos de arranques permiten resincronizar un reloj en la recepción que permite hacer la adecuada recepción de cada bit, dejando bien definido el intervalo de cada uno.
- Los caracteres se transmiten uno a continuación del otro sin pulsos de arranque y parada determinando mayor eficiencia en el uso del medio de transmisión. El reloj de recepción, para definir el intervalo de cada bit, es un reloj que se obtiene generalmente de un procesamiento electrónico hecho sobre la propia señal de información (recuperación del reloj). Para que la señal transmitida permita la recuperación del reloj, condición indispensable en este tipo de transmisión, se requiere que la misma cumpla determinados requisitos en la representación de los “1” y los “0” que generalmente se traduce en la existencia de transiciones frecuentes en la señal transmitida independiente de la secuencia de datos transmitida.
- Para mayor eficiencia en el uso del medio de transmisión, por ella se transmiten múltiples señales mediante el proceso de multiplexación. Existen diferentes tipos de multiplexación, según muestra la diapositiva. Estas modalidades quedarán más claras más adelante.
- El Multiplex por división en tiempo, MDT, transmite diferentes señales en ranuras de tiempo diferentes, usando en cada ranura todo el ancho de banda del medio para cada canal. La primera figura el MDT sincrónico, en el que la posición del canal en el bloque define o identifica el canal en cuestión. Tiene el inconveniente que si hay un canal inactivo, su ranura de tiempo NO puede ser usada para otro canal, determinando ineficiencias en el sistema. Es el método usado por la Red Digital de Servicios Integrados de Banda Estrecha. El multiplex estadístico está caracterizado porque los diferentes canales no ocupan posiciones fijas en los bloques y en su lugar los mismos son identificados por un campo de control o dirección. Es más eficiente, aunque los multiplexores estadísticos como equipos de transmisión de datos tienen aplicación en los sistemas que no son sensibles a la demora, pues en ocasiones la suma de las velocidades de las señales tributarias es superior a la señal global multiplexada, lo que determina que alguna información sea salvada en registros en espera de la oportunidad de extraerla en el flujo de señal global.