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COMUNICACIÓN DE DATOS
Tema: Transmisión Digital – Parte Uno
Professor: Ing. Pavel Lech VALER MEDINA
Índice
1.
2.
3.
Límites de la velocidad
Prestaciones
Conversión Digital a Digital
1. Límites de la velocidad
Una consideración importante en la transmisión de datos
es lo rápido que se pueden enviar por un canal, en bits
segundo.
por
La velocidad de los datos depende de tres factores:
1.
2.
3.
El ancho de banda disponible.
Los niveles de señal que se usan.
La calidad del canal (nivel de ruido).
Se han desarrollado dos fórmulas teóricas para calcular
tasa de datos:
la
1. Nyquist para un canal sin ruido
2. Shannon para un canal ruidoso.
1. Límites de la velocidad
Para un canal sin ruido, Nyquist (1928) define
teórica (en bps):
la máxima capacidad
CNYQUIST= 2B log2L
Donde:
B es el ancho de banda del canal (en Hz);
L es el número de niveles de
datos.
señal usados para representar los
Se sabe que:
logbL = X, entonces b = L
logb(N)/logb(L)= logL(N)
X
antilog (L) = X, entonces bL = Xb
1. Límites de la velocidad
Para un canal con ruido, Shannon (1948) define la máxima
capacidad teórica de un canal (en bps):
CSHANNON= B log2(1 + SNR)
Donde:
B es el ancho de banda del canal;
SNR es la razón señal-ruido.
No importa los niveles que tengamos, no se puede conseguir
una velocidad mayor que la capacidad del canal.
1. Límites de la velocidad
Para un canal con ruido, Shannon (1948) define la
capacidad teórica de un canal (en bps):
máxima
CSHANNON= B log2(1 + SNR)
Si SNR está en dB es necesario aplicar antilog:
SNRdB = 10 log10(Potseñal/Potruido)
SNRdB/10 = log10(Potseñal/Potruido)
antilog (SNRdB/10 ) = antilog (log10(Potseñal/Potruido)) = Potseñal/Potruido10 10
SNR = Potseñal/Potruido = antilog10(SNRdB/10) = 10exp(SNRdB/10)
SNR = 10exp(SNRdB/10)
2. Prestaciones
Un aspecto importante en redes son las prestaciones de la red.
¿Cómo es buena?
Ancho de Banda
El término se puede usar
diferentes valores a medir
bits por segundo.
en dos contextos distintos con dos
para el ancho de banda: en herzios y en
1) En herzios: es el rango de frecuencias contenidas en una señal
compuesta o el rango de frecuencias que un canal puede pasar.
2) En bits por segundo: es el número de bits por segundo que un
canal, un enlace, o incluso una red puede transmitir.
2.
Un aspecto importante en
¿Cómo es buena?
Prestaciones
redes son las prestaciones de la red.
Rendimiento
Mide lo rápido que se pueden enviar datos realmente a través de una
red.
El ancho de banda en bits por segundo y el rendimiento son
distintos.
El ancho de banda es una medida potencial de un enlace; el
rendimiento es la medida real de lo rápido que se pueden enviar los
datos.
Por ejemplo, se puede tener un enlace de 1 Mbps de ancho de
banda, pero los dispositivos de los extremos de la línea pueden
manejar sólo 200 kbps. Esto significa que no se pueden enviar más
de 200 kbps a través de este enlace.
2. Prestaciones
Un aspecto importante en redes son las prestaciones
¿Cómo es buena?
de la red.
Latencia (Retraso)
Define cuánto tarda un mensaje completo en llegar a su destino desde
el momento en que el primer bit es enviado por el
decir que la latencia tiene cuatro componentes:
origen. Se puede
1.
2.
3.
4.
Tiempo
Tiempo
Tiempo
de propagación
de transmisión
encolamiento
Retraso de procesamiento
2. Prestaciones
Un aspecto importante en redes son las prestaciones de la red.
¿Cómo es buena?
1. Tiempo de propagación = distancia / velocidad de propagación
Mide el tiempo necesario para que un bit viaje del origen al destino.
2. Tiempo de transmisión = Tamaño del mensaje / ancho de banda
Mide el tiempo que se requiere para empujar (es decir, transmitir)
todos los bits del paquete en el enlace.
3. Tiempo de encolamiento: tiempo necesario para que cada
dispositivo intermedio o terminal mantenga el mensaje en espera antes
de que pueda ser procesado. No es un factor fijo; cambia con la carga
impuesta sobre la red.
4. Retraso de procesamiento: tiempo de procesamiento del mensaje
en el dispositivo.
3. Conversion digital a digital
La codificación de línea es el proceso de convertir datos digitales a
señales digitales.
Se asume que los datos, en forma de texto, números, imágenes
gráficas, audio o voz, se almacenam en la memoria de la
computadora en secuencia de bits.
La codificación de línea convierte una secuencia de bits a una señal
digital.
3. Conversion digital a digital
Elemento de la señal frente a elemento de datos
Un elemento de señal transporta elementos de datos
La tasa r es el número de elementos de datos transportados por



cada elemento de señal.
3. Conversion digital a digital
¡OJO!
La tasa de datos define el número de elementos de datos (bits)
en un segundo. La unidad es bits por segundo (bps).

enviados
La tasa de señales es el número de elementos de señal enviados
en un segundo. La unidad es el baudio.
La tasa de datos se denomina también como tasa de bits.
La tasa de señales se denomina también como tasa de baudios,
tasa de pulsos, tasa de modulación.
3. Conversión digital a digital
¡OJO!
Cuando un nivel de voltaje en una señal digital es constante durante
bastante tiempo, el espectro crea frecuencias muy bajas (resultado
del análisis de Fourier).
Estas frecuencias cercanas a cero, denominadas componentes DC
(corriente continua), dan lugar a problemas en sistemas que no
pueden pasar frecuencias bajas.
Para estos sistemas, se necesita un esquema de conversión sin
componentes DC.
3. Conversión digital a digital
Valor promedio ≠ 0
→ No hay
componente DC
Valor promedio = 0
→ No hay
componente DC
3. Conversion digital a digital
Para interpretar correctamente las señales recibidas del emisor, los
intervalos entre los bits del receptor deben corresponder exactamente
con los intervalos del emisor.
Si el reloj del receptor es más rápido o más lento, los intervalos no
coincidirán y el receptor podría malinterpretar las señales.
3. Conversion digital a digital
Una señal digital con autosincronización incluye información
sobre el tiempo en los datos transmitidos.
Esto se puede conseguir si hay transiciones en la señal que
alerten al receptor del comienzo, de la mitad o del fin de un pulso.
Si el reloj del receptor no está sincronizado, estos puntos
pueden reiniciar el reloj.
3. Conversion digital a digital
Vamos
línea.
a estudiar los esquemas fundamentales de codificación de
Codificación
de línea
Unipolar Polar Bipolar
3. Conversion digital a digital
Esquema Unipolar
Todos los niveles de señal se encuentran a un lado del eje del tiempo, o
por encima o por debajo.
Tradicionalmente, un esquema unipolar fue diseñado como un esquema sin
retorno a cero (NRZ – Non Return to Zero) en que un voltaje positivo define
un bit a 1 y el voltaje 0 define a un bit a 0.
Se denomina NRZ debido a que la señal no retorna a 0 en la mitad del bit.
3. Conversion digital a digital
Esquema Unipolar
Dos problemas:
1 - Componente DC: el valor promedio de la señal codificado
en modo unipolar está claramente desplazado de la
referencia de 0 volt, lo que resulta una componente DC.
2 - Problemas de sincronización: no
sincronización. Una larga cadena de 0
receptor la decodificación correcta.
hay transiciones de
o 1 puede dificultar al
3. Conversion digital a digital
Esquemas Polares
En estos esquemas, los voltajes se encuentran a ambos lados del
eje del tiempo. Por ejemplo, el nivel de voltaje para el 0 puede ser
positivo y el nivel de voltaje para el 1 puede ser negativo.
La mayoría de los tipos de codificación polares por lo tanto puede
resolver el problema
unipolares.
de la componente DC de los esquemas
Polar
Manchester
NRZ RZ Manchester Diferencial
3. Conversion digital a digital
En la codificación NRZ, se utilizan dos niveles de amplitud de voltaje.
Se pueden tener dos versiones: NRZ-L (nivel NRZ) y NRZ-I (NRZ
invertido).
NRZ-L: El nivel de voltaje determina el valor del bit. Por ejemplo, voltaje
positivo = bit 0 y voltaje negativo = bit 1.
NRZ-I: El cambio o falta de cambio en el nivel de voltaje determina el
valor del bit. Por ejemplo, si no hay cambio, el bit es 0; si hay cambio, el
bit es 1.
3. Conversion digital a digital
El principal problema con la codificación NRZ ocurre cuando los
relojes del emisor y del receptor no están sincronizados. El receptor
no sabe cuando ha terminado un bit y comienza el siguiente.
Una solución es el esquema con retorno a cero (RZ), que utiliza tres
valores: positivo, negativo y cero. En RZ, la señal no cambia entre
bits sino durante el bit.
Por ejemplo: el voltaje negativo define un bit 0 y el voltaje positivo
define un bit 1, pero en la mitad del bit el voltaje va siempre a cero.
O sea, además del voltaje, el bit también es representado por
transiciones: positivo-cero → bit 1 y negativo-cero → bit
0.
3. Conversion digital a digital
Codificación RZ
Amplitud
Tiempo
Estas transiciones proporcionan
sincronización
3. Conversion digital a digital
En la codificación Manchester, la duración del bit se divide en dos mitades.
El voltaje permanece en un nivel durante la primera mitad y se mueve a otro
nivel en la segunda mitad. La transición es usada para representar el bit y
proporcionar la sincronización.
Por ejemplo, el bit 0 es representado por una transición positivo-negativo y
el bit bit 1 es representado por una transición negativo-positivo.
0 1
3. Conversion digital a digital
En la codificación Manchester
diferencial, siempre hay una
transición en la mitad del bit, pero
los valores del bit se determinan
al comienzo del bit.
La transición en la mitad del bit es
entonces usada para
proporcionar la sincronización,
mientras que la transición o falta
de transición al comienzo del bit
es usada para determinar el
valor del bit (0 o 1).
Por ejemplo, si el siguiente bit
es 0, hay una transición; si el
siguiente bit es 1, no la hay.
3. Conversion digital a digital
En la codificación Bipolar, denominado en algunas ocasiones binaria
multinivel, hay tres niveles de voltaje: positivo, negativo y cero.
El nivel de voltaje para un elemento de datos está en el cero, mientras
el nivel de voltaje para otro elemento alterna entre positivo y negativo.
que
Por ejemplo:
Bit 0: es representado por el nivel de voltaje cero;
Bit 1: si el primer bit 1 es representado por voltaje positivo, el segundo bit
1 es representado
Amplitude
por voltaje negativo, el tercero por voltaje positivo, etc.
Bit 1: positivo y negativo
3. Conversion digital a digital
Naturalmente, el deseo de incrementar la velocidad de los datos y reducir
el ancho de banda necesario ha dado lugar a la creación de muchos
otros esquemas de codificación de línea.
Por ejemplo, el esquema 2B1Q (dos binario, uno quartenario), que es
tipo Multinivel, donde un patrón de 2 elementos de datos se codifica
del
como un patrón de 1 elemento de señal. Son 4 niveles de voltaje.
Amplitud
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  • 1. COMUNICACIÓN DE DATOS Tema: Transmisión Digital – Parte Uno Professor: Ing. Pavel Lech VALER MEDINA
  • 2. Índice 1. 2. 3. Límites de la velocidad Prestaciones Conversión Digital a Digital
  • 3. 1. Límites de la velocidad Una consideración importante en la transmisión de datos es lo rápido que se pueden enviar por un canal, en bits segundo. por La velocidad de los datos depende de tres factores: 1. 2. 3. El ancho de banda disponible. Los niveles de señal que se usan. La calidad del canal (nivel de ruido). Se han desarrollado dos fórmulas teóricas para calcular tasa de datos: la 1. Nyquist para un canal sin ruido 2. Shannon para un canal ruidoso.
  • 4. 1. Límites de la velocidad Para un canal sin ruido, Nyquist (1928) define teórica (en bps): la máxima capacidad CNYQUIST= 2B log2L Donde: B es el ancho de banda del canal (en Hz); L es el número de niveles de datos. señal usados para representar los Se sabe que: logbL = X, entonces b = L logb(N)/logb(L)= logL(N) X antilog (L) = X, entonces bL = Xb
  • 5. 1. Límites de la velocidad Para un canal con ruido, Shannon (1948) define la máxima capacidad teórica de un canal (en bps): CSHANNON= B log2(1 + SNR) Donde: B es el ancho de banda del canal; SNR es la razón señal-ruido. No importa los niveles que tengamos, no se puede conseguir una velocidad mayor que la capacidad del canal.
  • 6. 1. Límites de la velocidad Para un canal con ruido, Shannon (1948) define la capacidad teórica de un canal (en bps): máxima CSHANNON= B log2(1 + SNR) Si SNR está en dB es necesario aplicar antilog: SNRdB = 10 log10(Potseñal/Potruido) SNRdB/10 = log10(Potseñal/Potruido) antilog (SNRdB/10 ) = antilog (log10(Potseñal/Potruido)) = Potseñal/Potruido10 10 SNR = Potseñal/Potruido = antilog10(SNRdB/10) = 10exp(SNRdB/10) SNR = 10exp(SNRdB/10)
  • 7. 2. Prestaciones Un aspecto importante en redes son las prestaciones de la red. ¿Cómo es buena? Ancho de Banda El término se puede usar diferentes valores a medir bits por segundo. en dos contextos distintos con dos para el ancho de banda: en herzios y en 1) En herzios: es el rango de frecuencias contenidas en una señal compuesta o el rango de frecuencias que un canal puede pasar. 2) En bits por segundo: es el número de bits por segundo que un canal, un enlace, o incluso una red puede transmitir.
  • 8. 2. Un aspecto importante en ¿Cómo es buena? Prestaciones redes son las prestaciones de la red. Rendimiento Mide lo rápido que se pueden enviar datos realmente a través de una red. El ancho de banda en bits por segundo y el rendimiento son distintos. El ancho de banda es una medida potencial de un enlace; el rendimiento es la medida real de lo rápido que se pueden enviar los datos. Por ejemplo, se puede tener un enlace de 1 Mbps de ancho de banda, pero los dispositivos de los extremos de la línea pueden manejar sólo 200 kbps. Esto significa que no se pueden enviar más de 200 kbps a través de este enlace.
  • 9. 2. Prestaciones Un aspecto importante en redes son las prestaciones ¿Cómo es buena? de la red. Latencia (Retraso) Define cuánto tarda un mensaje completo en llegar a su destino desde el momento en que el primer bit es enviado por el decir que la latencia tiene cuatro componentes: origen. Se puede 1. 2. 3. 4. Tiempo Tiempo Tiempo de propagación de transmisión encolamiento Retraso de procesamiento
  • 10. 2. Prestaciones Un aspecto importante en redes son las prestaciones de la red. ¿Cómo es buena? 1. Tiempo de propagación = distancia / velocidad de propagación Mide el tiempo necesario para que un bit viaje del origen al destino. 2. Tiempo de transmisión = Tamaño del mensaje / ancho de banda Mide el tiempo que se requiere para empujar (es decir, transmitir) todos los bits del paquete en el enlace. 3. Tiempo de encolamiento: tiempo necesario para que cada dispositivo intermedio o terminal mantenga el mensaje en espera antes de que pueda ser procesado. No es un factor fijo; cambia con la carga impuesta sobre la red. 4. Retraso de procesamiento: tiempo de procesamiento del mensaje en el dispositivo.
  • 11. 3. Conversion digital a digital La codificación de línea es el proceso de convertir datos digitales a señales digitales. Se asume que los datos, en forma de texto, números, imágenes gráficas, audio o voz, se almacenam en la memoria de la computadora en secuencia de bits. La codificación de línea convierte una secuencia de bits a una señal digital.
  • 12. 3. Conversion digital a digital Elemento de la señal frente a elemento de datos Un elemento de señal transporta elementos de datos La tasa r es el número de elementos de datos transportados por    cada elemento de señal.
  • 13. 3. Conversion digital a digital ¡OJO! La tasa de datos define el número de elementos de datos (bits) en un segundo. La unidad es bits por segundo (bps).  enviados La tasa de señales es el número de elementos de señal enviados en un segundo. La unidad es el baudio. La tasa de datos se denomina también como tasa de bits. La tasa de señales se denomina también como tasa de baudios, tasa de pulsos, tasa de modulación.
  • 14. 3. Conversión digital a digital ¡OJO! Cuando un nivel de voltaje en una señal digital es constante durante bastante tiempo, el espectro crea frecuencias muy bajas (resultado del análisis de Fourier). Estas frecuencias cercanas a cero, denominadas componentes DC (corriente continua), dan lugar a problemas en sistemas que no pueden pasar frecuencias bajas. Para estos sistemas, se necesita un esquema de conversión sin componentes DC.
  • 15. 3. Conversión digital a digital Valor promedio ≠ 0 → No hay componente DC Valor promedio = 0 → No hay componente DC
  • 16. 3. Conversion digital a digital Para interpretar correctamente las señales recibidas del emisor, los intervalos entre los bits del receptor deben corresponder exactamente con los intervalos del emisor. Si el reloj del receptor es más rápido o más lento, los intervalos no coincidirán y el receptor podría malinterpretar las señales.
  • 17. 3. Conversion digital a digital Una señal digital con autosincronización incluye información sobre el tiempo en los datos transmitidos. Esto se puede conseguir si hay transiciones en la señal que alerten al receptor del comienzo, de la mitad o del fin de un pulso. Si el reloj del receptor no está sincronizado, estos puntos pueden reiniciar el reloj.
  • 18. 3. Conversion digital a digital Vamos línea. a estudiar los esquemas fundamentales de codificación de Codificación de línea Unipolar Polar Bipolar
  • 19. 3. Conversion digital a digital Esquema Unipolar Todos los niveles de señal se encuentran a un lado del eje del tiempo, o por encima o por debajo. Tradicionalmente, un esquema unipolar fue diseñado como un esquema sin retorno a cero (NRZ – Non Return to Zero) en que un voltaje positivo define un bit a 1 y el voltaje 0 define a un bit a 0. Se denomina NRZ debido a que la señal no retorna a 0 en la mitad del bit.
  • 20. 3. Conversion digital a digital Esquema Unipolar Dos problemas: 1 - Componente DC: el valor promedio de la señal codificado en modo unipolar está claramente desplazado de la referencia de 0 volt, lo que resulta una componente DC. 2 - Problemas de sincronización: no sincronización. Una larga cadena de 0 receptor la decodificación correcta. hay transiciones de o 1 puede dificultar al
  • 21. 3. Conversion digital a digital Esquemas Polares En estos esquemas, los voltajes se encuentran a ambos lados del eje del tiempo. Por ejemplo, el nivel de voltaje para el 0 puede ser positivo y el nivel de voltaje para el 1 puede ser negativo. La mayoría de los tipos de codificación polares por lo tanto puede resolver el problema unipolares. de la componente DC de los esquemas Polar Manchester NRZ RZ Manchester Diferencial
  • 22. 3. Conversion digital a digital En la codificación NRZ, se utilizan dos niveles de amplitud de voltaje. Se pueden tener dos versiones: NRZ-L (nivel NRZ) y NRZ-I (NRZ invertido). NRZ-L: El nivel de voltaje determina el valor del bit. Por ejemplo, voltaje positivo = bit 0 y voltaje negativo = bit 1. NRZ-I: El cambio o falta de cambio en el nivel de voltaje determina el valor del bit. Por ejemplo, si no hay cambio, el bit es 0; si hay cambio, el bit es 1.
  • 23. 3. Conversion digital a digital El principal problema con la codificación NRZ ocurre cuando los relojes del emisor y del receptor no están sincronizados. El receptor no sabe cuando ha terminado un bit y comienza el siguiente. Una solución es el esquema con retorno a cero (RZ), que utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. En RZ, la señal no cambia entre bits sino durante el bit. Por ejemplo: el voltaje negativo define un bit 0 y el voltaje positivo define un bit 1, pero en la mitad del bit el voltaje va siempre a cero. O sea, además del voltaje, el bit también es representado por transiciones: positivo-cero → bit 1 y negativo-cero → bit 0.
  • 24. 3. Conversion digital a digital Codificación RZ Amplitud Tiempo Estas transiciones proporcionan sincronización
  • 25. 3. Conversion digital a digital En la codificación Manchester, la duración del bit se divide en dos mitades. El voltaje permanece en un nivel durante la primera mitad y se mueve a otro nivel en la segunda mitad. La transición es usada para representar el bit y proporcionar la sincronización. Por ejemplo, el bit 0 es representado por una transición positivo-negativo y el bit bit 1 es representado por una transición negativo-positivo. 0 1
  • 26. 3. Conversion digital a digital En la codificación Manchester diferencial, siempre hay una transición en la mitad del bit, pero los valores del bit se determinan al comienzo del bit. La transición en la mitad del bit es entonces usada para proporcionar la sincronización, mientras que la transición o falta de transición al comienzo del bit es usada para determinar el valor del bit (0 o 1). Por ejemplo, si el siguiente bit es 0, hay una transición; si el siguiente bit es 1, no la hay.
  • 27. 3. Conversion digital a digital En la codificación Bipolar, denominado en algunas ocasiones binaria multinivel, hay tres niveles de voltaje: positivo, negativo y cero. El nivel de voltaje para un elemento de datos está en el cero, mientras el nivel de voltaje para otro elemento alterna entre positivo y negativo. que Por ejemplo: Bit 0: es representado por el nivel de voltaje cero; Bit 1: si el primer bit 1 es representado por voltaje positivo, el segundo bit 1 es representado Amplitude por voltaje negativo, el tercero por voltaje positivo, etc. Bit 1: positivo y negativo
  • 28. 3. Conversion digital a digital Naturalmente, el deseo de incrementar la velocidad de los datos y reducir el ancho de banda necesario ha dado lugar a la creación de muchos otros esquemas de codificación de línea. Por ejemplo, el esquema 2B1Q (dos binario, uno quartenario), que es tipo Multinivel, donde un patrón de 2 elementos de datos se codifica del como un patrón de 1 elemento de señal. Son 4 niveles de voltaje. Amplitud Tiempo
  • 29. Planificar el tiempo ÉXITO Ejercitar Estudiar Haz siempre tu mejor ☺ ! pavellech0003@gmail.com