TEMA I TRANSMISION DIGITAL Y DEFINICIONES

Presentación del tema: "TEMA I TRANSMISION DIGITAL Y DEFINICIONES"— Transcripción de la presentación:

1 TEMA I TRANSMISION DIGITAL Y DEFINICIONES
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica TEMA I TRANSMISION DIGITAL Y DEFINICIONES

2 Sumario ¿Que estudiaremos en el Curso?
Conceptos Básicos de las Comunicaciones Perturbaciones del Medio de Transmisión Formatos de Codificación Digital

3 ¿Que veremos en este curso?
PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS Todo un conjunto de conceptos, teorías, procedimientos y estándares asociados a la transmisión de información en formato digital MULTICANALIZACIÓN TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN INTERFASES DE DATOS DETECCIÓN DE ERRORES CORRECCIÓN DE ERRORES APLICACIONES EMPLEANDO MODEMS ESTÁNDARES

4 Veamos estas aplicaciones …
Aplicación de Voz Aplicación de Datos

5 Modulaciones Analógicas
Técnicas de Modulación analógicas: Modulacion en amplitud Modulacion en Frecuencia Modulacion de Fase Modulacion de amplitud de pulsos Modulacion de ancho de pulsos Modulacion de posicion de pulsos

6 Modulaciones Digitales
Técnicas de Modulación Digitales: Modulacion por conmutación de amplitud Modulacion por conmutación de frecuencia Modulacion por conmutacion de fase Modulacion 4PSK, 8-PSK y 16_PSK Modulacion 8-QAM y 16_QAM

7 Comparación entre las Modulaciones Analógicas y Digitales
Se pueden comparar los siguientes parámetros entre ellas: Naturaleza de la modulante y la portadora Facilidad de generación Ancho de banda Influencia del ruido Facilidad de multiplexado

8 Comparación entre las Modulaciones Analógicas y Digitales
Según la comparación anterior ¿Cuál sería la(s) razón o razones para emplear preferentemente la información en formato digital?

9 Modelo para las Comunicaciones Digitales
Según hemos visto desde cursos anteriores, los sistemas de comunicaciones pueden ser representados por medio de un diagrama de bloques, el cual recibe el nombre de Modelo de los Sistemas de Comunicaciones. Esta misma estrategia puede ser empleada para representar los sistemas de Comunicaciones Digitales.

10 Modelo simple para las Comunicaciones de Datos
Ejemplo: Aplicación usando para el envío de la información en forma de texto

11 Modelo simple para las Comunicaciones de Datos
Debe tenerse en cuenta lo siguiente: El mensaje enviado puede ser alterado durante todo su recorrido o en parte de él. Al destino puede o no llegar la información correcta. Debe tenerse una forma de saber si la información que llegó, es correcta o no (Detección de errores). Debe considerarse la posibilidad de corregir los errores cuando se presenten (Corrección de errores). Si la velocidad del destino y fuente son diferentes, es recomendable poder sincronizar el sistema (Control de Flujo).

12 Conceptos de Análisis de señales
Señal Periódica: es aquella que posee un patrón que se repite en el tiempo, puede ser contínua o discreta. Una Señal No Periódica se puede considerar como una señal periódica de período infinito.

13 Conceptos de Análisis de señales
Señal Contínua Señal Discreta

14 Conceptos de Análisis de señales
Parámetros de una Señal Periódica: Amplitud, Frecuencia, Período, Fase. f(t) wt A -A T θ

15 Conceptos de Análisis de señales
Longitud de Onda de la Señal: es la distancia que ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a una velocidad ν. donde: c: Velocidad de la Luz, 3x108 m/s f: frecuencia de la señal.

16 Conceptos de Análisis de señales
Señal en el Dominio de la Frecuencia: Representación de la señal utilizando como variable independiente la frecuencia. Frecuencia Fundamental: es el primer armónico de la señal y está representado por la frecuencia natural de la misma.

17 Componentes Espectrales de una señal
Conceptos de Análisis de señales Componentes Espectrales de una señal La sumatoria de señales de varias frecuencias, contiene todas las frecuencias involucradas en los sumandos.

18 Conceptos de Análisis de señales
Espectro Discreto y Contínuo: el espectro de la señal es el conjunto de frecuencias que la constituyen. Conocer el espectro de la señal facilita el análisis de los sistemas de comunicaciones, fundamentalmente en lo que respecta a su ancho de banda.

19 Espectro Discreto y Contínuo
Conceptos de Análisis de señales Espectro Discreto y Contínuo

20 Conceptos de Análisis de señales
Ancho de banda: a) El ancho de banda de una Señal se puede entender como la anchura del espectro de la señal. b) Si se trata del ancho de banda de un Canal, el ancho de banda es la gama de frecuencias que dicho canal permite que pasen a través de él sin ser distorsionadas. Se puede determinar como:

21 Conceptos de Análisis de señales
Ancho de banda: El ancho de banda de la figura superior, se halla directamente de la diferencia entre la frecuencia mayor menos la menor. El ancho de banda para la figura inferior, puede ser determinado para la gama de frecuencias con mayor energía, lo cual ocurre desde 0 hasta 1/X.

22 Información en Formato Digital
En las comunicaciones digitales la modulante es información digital, la cual se representa en forma binaria, 1´s y 0´s. 1 Código Binario: Se denomina código binario porque utiliza 2 símbolos, el 0 y el 1.

23 Tipos de Códigos Códigos de uso como son: BINARIO GRAY BCD ASCII

24 Ancho de Banda de la información en Formato Digital
Como regla general, antes de transmitir el mensaje, se determina si el sistema de comunicaciones a emplear es capaz de soportar el manejo de la información en este formato, para así poder determinar si se puede enviar la información a través de él. Veamos una simulación que considera el ancho de banda a emplear por el sistema. Se considera el análisis de Fourier.

25 Cociente Eb/No Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio, Eb/No. Este es un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisión.

26 Cálculo del Cociente Eb/No
Se puede determinar por: Donde: Eb=STb, S es la potencia de la señal y Tb es el tiempo necesario para enviar un bit. La velocidad de transmisión es R=1/Tb. k es la constante de Boltzmann y T la temperatura.

27 Cálculo del Cociente Eb/No
Se puede expresar en dB:

28 Comparacion entre Relacion C/No y Relacion Eb/No
Relación expresada en dB entre el nivel máximo de la portadora (carrier) a la densidad de ruido (noise). Relación expresada en dB entre la energía consumida por bit a la densidad de ruido, o sea, la energía ocupada por la portadora modulada. En la práctica es aceptado que Eb/No sea 3 dB menos que C/No

29 Bits y Baudio Razón de Bits: es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps) Razón de Baudio: es la razón de cambio en la salida del modulador y es igual al reciproco del tiempo de un elemento de señalización de salida.

30 Capacidad de Información de un Sistema de Comunicación
La capacidad de información es una medida del número de símbolos independientes que pueden enviarse por un sistema de comunicaciones por unidad de tiempo.

31 Capacidad de Información de un Sistema de Comunicación
Según la ley de HARTLEY, se tiene que la capacidad de información esta dada por: donde: I: capacidad del canal de información del sistema B: ancho de banda disponible (Hz). T: línea de transmisión (seg).

32 Limite de Shannon Una relación mucho más útil que la que formuló Hartley, es el Limite de Shannon. Relaciona la capacidad de información de un canal de comunicaciones al ancho de banda y a la relación señal – ruido que el mismo posee.

33 Limite de Shannon Esto es, en forma de ecuación: donde: I: capacidad de información (bps). B: ancho de banda (Hz). S/N: relación señal a ruido (sin unidades).

34 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Se pueden establecer las siguientes comparaciones: La velocidad a la cual se puede transmitir la información por el medio de transmisión, depende del ancho de banda de este último. Si el ancho de banda no es suficiente para la velocidad de los datos, estos serán distorsionados y en el receptor será muy difícil recuperar la información. El ancho de banda del medio de transmisión establece la máxima velocidad a la cual se puede transmitir la información a través de él.

35 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.

36 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Consideremos el siguiente ejemplo: Se tiene un sistema de transmisión digital capaz de transmitir señales con un ancho de banda de 4 MHz. Si se desea transmitir una secuencia de 1´s y 0´s alternados, ¿Qué velocidad de transmisión se puede conseguir?

37 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Analizaremos tres casos: Caso 1: sea en la figura 1, f = 1 MHz, entonces B = 5 MHz – 1 MHz = 4 MHz El período para la frecuencia fundamental es T= 1/ (1 MHz)= 1 us Cada bit durará entonces 0,5 us La velocidad de transmisión, será R= 2/(1 x 10-6) = 2 Mbps 2 bits 1 useg

38 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Caso 2: sea en la figura 2, f = 2 MHz, y se dispone de un ancho de banda de 8 MHz Así, B = 8 MHz. El período para la frecuencia fundamental es T= 1/ f = 0,5 us Cada bit durará entonces 0,25 us La velocidad de transmisión, será R= 4/(1 x 10-6)= 4 Mbps

39 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Caso 3: sea en la figura 3, f = 2 MHz. El período para la frecuencia fundamental es T= 1/ f = 0,5 us Cada bit durará entonces 0,25 us La velocidad de transmisión, será R = 4/(1 x 10-6)= 4 Mbps

40 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
Resumiendo se tiene: Caso 1: f= 1 MHz, T= 1 us. B= 4 MHz Velocidad= 2 Mbps Caso 2: f= 2 MHz, T= 0,5 us. B= 8MHz Velocidad= 4 Mbps Caso 3: f= 2 MHz, T= 0,5 us. B= 4 MHz Velocidad = 4 Mbps

41 Relación entre Velocidad de Transmisión y el Ancho de Banda.
CONCLUSION: Para una mejor transmisión de la información digital, es necesario que el ancho de banda disponible sea suficiente para dejar pasar la mayor cantidad de armónicos posibles de los pulsos digitales.

42 Transmisión de Datos Digitales
Los sistemas digitales operan con datos binarios, por lo cual mucha de la información que los humanos deben transmitir por un sistema digital es representado previamente por códigos. Los códigos representan los caracteres en forma binaria, son secuencias de bits prescritas, usadas para codificar caracteres y símbolos.

43 Códigos de Comunicación de Datos
Poseen tres grupos: Caracteres de Control de Enlace de Datos: facilitan el flujo ordenado de la información. Caracteres de Control Grafico: presentación de la información en el terminal de recepción.

44 Códigos de Comunicación de Datos
Poseen tres grupos: (Cont.) Caracteres Alfanuméricos: representación números y letras. El primer código de uso amplio fue el código Morse, el cual usaba tres símbolos: punto, guión y espacio

45 Códigos de Comunicación de Datos
Los tres códigos más utilizados en el campo de la transmisión de datos, son: Código Baudot Código Estándar Americano para el Intercambio de Información, ASCII Código de Intercambio de Decimal Codificado en Binario Extendido, EBCDIC

46 CODIGO IRA Uno de los códigos más utilizados, es el Alfabeto de Referencia Internacional (IRA), también conocido como Alfabeto Internacional número 5, (IA5). Posee 7 bits, pudiendo representar hasta 128 caracteres. Los 128 caracteres están formando 4 grupos.

47 CODIGO IRA Grupo: Control de Formato: 6 caracteres.
Grupo: Control de Transmisión: 9 caracteres Grupo: Separadores de Información: 4 caracteres Grupo: Miscelánea: 15 caracteres

48 CODIGO IRA

49 CODIGO IRA Se puede agregar un bit adicional para tener grupos de 8 bits, llamados byte. El octavo bit se puede utilizar para chequeo de paridad en el proceso de transmisión y así poder detectar errores de un bit. La paridad puede ser par o impar, según el número de 1’s se par o impar.

50 Transmisión de datos analógicos y digitales
SEÑALES: en un sistema de comunicaciones, los datos se propagan en forma de señales eléctricas. DATOS SEÑALES ELECTRICAS SISTEMA DE COMUNICACIONES

51 Perturbaciones en la Transmisión
Las perturbaciones más significativas son: La atenuación y la distorsión de atenuación La distorsión de retardo El ruido

52 Perturbaciones en la Transmisión
Capacidad del Canal: Es la velocidad a la que se pueden transmitir los datos en un canal o ruta de comunicación de datos. Está relacionada con: Velocidad de Transmisión de los datos (R), el Ancho de Banda (B), el Ruido, la Tasa de Errores.

53 Capacidad del Canal Velocidad de Transmisión de los Datos: es la velocidad expresada en bits por segundo (bps), a la que se pueden transmitir los datos. Ancho de Banda: es el ancho de banda de la señal transmitida que estará limitado por el transmisor y la naturaleza del medio de transmisión, se mide en ciclos por segundos o Hz.

54 Capacidad del Canal Ruido: es el nivel medio de ruido a través del camino de transmisión. La Tasa de Errores: es la tasa a la que ocurren los errores. Se considera que ha habido un error cuando se recibe “1” habiendose transmitido un “0” o visceversa.

55 Capacidad del Canal Factores que limitan la capacidad de un canal:
Perdida de intensidad de la señal a medida que se difunde y ruido proveniente de diferentes fuentes.

56 Capacidad del Canal Factores que limitan la capacidad de un canal: (Cont.) Normalmente un medio puede transmitir las frecuencias desde 0 hasta algún límite fc; las frecuencias mayores se atenúan fuertemente. Entonces, el ancho de banda de un canal determina la velocidad de la transmisión de datos, aun cuando el canal sea perfecto.

57 Ancho de Banda de Nyquist
“Si la velocidad de transmisión de la señal es 2B, entonces una señal con frecuencias no superiores a B es suficiente para transportar ésta velocidad de transmisión de la señal y viceversa.” Entonces: C = 2B bps donde se ha considerado B Hz y una señal de dos niveles de tensión.

58 Ancho de Banda de Nyquist
Para una señal multinivel se tiene: donde M es el número de niveles

59 El Decibel: dB La ganancia de Potencia G de un amplificador es la razón entre la potencia de salida a la potencia de entrada. G = P2/ P1 La ganancia de potencia en decibeles se define como: G'(dB) = 10*log10(G)

60 Formatos de codificación digital de señales
Definición de cada uno de los CODIGOS más empleados

61 Formatos de codificación digital de señales

62 No Retorno a Cero (NRZ, Nonreturn to zero)
El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo. NRZ-L, Nivel No Retorno a Cero (NonReturn to Zero Level)

63 No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)
El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” no cambia el nivel, el “1” cambia alternadamente el nivel.

64 No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)
El caso de NRZI, es una codificación diferencial. Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior. Este esquema de polarización no es vulnerable a la inversión de cables en el proceso de transmisión, es decir la inversión de la polaridad en los cables de transmisión no afecta los datos.

65 No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)
Representación Espectral de la Codificación

66 Binarios Multinivel Estos códigos usan más de dos niveles de señal.
Los casos son: Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion) Pseudoternario

67 BIFASE Engloba todo un conjunto de técnicas de codificación alternativas, diseñadas para superar las dificultades encontradas en los códigos NRZ. Dos de estas técnicas, son: Manchester Manchester diferencial

68 Manchester y Manchester Diferencial
Representación Espectral de la Codificación

69 Velocidad de Modulación y Transmisión
Es deseable establecer una diferencia entre velocidad de transmisión de los datos (expresada en bits por segundo, bps) y la velocidad de modulación (expresada en baudios). Velocidad de transmisión, tasa de bits Tb: duración de un bit

70 Velocidad de Modulación
La velocidad de modulación es aquella con la que se generan los elementos de señal. D: velocidad de modulación en baudios R: velocidad de transmisión en bps B: número de bits por elemento de señal

71 Velocidad de Modulación

72 Velocidad de Modulación

73 Técnicas de < <Scrambling> >
La idea que se sigue es: Reemplazar las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante por otras secuencias que proporcionen suficiente número de transiciones, de forma tal que el reloj del receptor pueda mantenerse sincronizado.

74 Técnicas de < <Scrambling> >
En el receptor: Se debe identificar la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia original. La secuencia reemplazada tendrá la misma longitud que la original, por lo cual no se produce cambio de velocidad

75 Técnicas de < <Scrambling> >
Los objetivos son Evitar la componente en continua Evitar las secuencias largas que correspondan a señales de tensión nula No reducir la velocidad de transmisión de los datos Tener cierta capacidad para detectar errores

76 Técnicas de < <Scrambling> >
Reglas de Codificación B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) utilizado en Norteamérica. HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) utilizado en Europa y Japón.

77 Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:
Técnicas de <Scrambling> B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) Esta basado en AMI bipolar, con las reglas: Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, codificar dicho octeto con Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, codificar dicho octeto como

78 Técnicas de <Scrambling> B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
Estrategia: Pulso anterior: + → Pulso anterior: - → V: violación de secuencia bipolar B: bit bipolar valido

79 Técnicas de <Scrambling> B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
Con este procedimiento se fuerzan dos violaciones de código del código AMI, combinaciones de señalización no permitidos por el código. El receptor identificará ese patrón y lo interpretará convenientemente como un octeto todo ceros.

80 Técnicas de <Scrambling> HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Se basa en la codificación AMI. Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. El cuarto cero se sustituye por una violación del código.

81 Técnicas de <Scrambling> HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3 Numero de Pulsos Bipolares (unos) desde la última sustitución Polaridad del pulso anterior Impar Par - 000- +00+ + 000+ -00- La sustitución dependerá: a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar. b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de los cuatro ceros.

82 Técnicas de <Scrambling> HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3 Numero Impar de 1’s Desde la última sust.

83 Tecnología sin Fronteras Medios de Comunicación alternativos...

84 Fin del Tema I Gracias

85 Bipolar AMI El “0” binario se representa por ausencia de señal y el “1” binario se representa como un pulso positivo o negativo. Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener una polaridad alternante. 1

86 Bipolar AMI Representación Espectral de la Codificación

87 Bipolar AMI Ventajas: Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.
No hay componente CD El ancho de banda es, menor que para NRZ Se puede usar la alternancia para los “1” como una forma de detectar errores. Desventajas: Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.

88 Pseudoternario Se tiene una codificación con tres niveles.
Para este caso el bit “1” se representa por la ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos de polaridad alternante. 1

89 Pseudoternario Representación Espectral de la Codificación

90 Pseudoternario Ventajas
Se puede enviar la señal de sincronismo con la información. No se tiene componente contínua. Se disminuye el ancho de banda El mayor nivel de energía está ubicado a la mitad de la frecuencia normalizada

91 Pseudoternario Desventajas
Una larga cadena de “1” hace perder el sincronismo. El sistema receptor se ve obligado a distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.

92 Código Pseudoternario: Comparación de Potencia
Para la misma probabilidad de error, las señales de un código multinivel requieren 3 dB más de potencia que las señales bivaluadas.

93 Codificación Manchester
Siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización. Regla: a) “1” lógico: transición de bajo a alto. b) “0” lógico: transición de alto a bajo. Nota: esta regla es contraria a la utilizada por otros autores, pero se ajusta a la estandarizada en equipos de uso comercial

94 Codificación Manchester

95 Codificación Manchester: Comparación con otras Codificaciones

96 Manchester Diferencial
La transición en mitad del intervalo se utiliza tan solo para proporcionar sincronización. La codificación de “0” se representa por la presencia de una transicion al principio del intervalo del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo.

97 Manchester Diferencial

98 Manchester Diferencial: Comparación con otras Técnicas