Redes de Computadores

Transcripción

1 Dpto. Ingeniería Div. Ingeniería de Sistemas y Automática Redes de Computadores CONCEPTOS BÁSICOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS 1

2 Objetivos Introducir los conceptos básicos relativos a la transmisión de datos Qué vamos a estudiar? Fundamentos Teóricos de la Transmisión Ancho de Banda Datos y Señales Perturbaciones en la Transmisión Atenuación Distorsión de Retardo Ruido Capacidad del canal Velocidad de Transmisión 2

3 Bibliografía "Redes de Computadoras", A. Tannenbaum, Prentice- Hall Comunicación de Datos, Redes de Computadores y Sistemas Abiertos, F. Halsall, Addison Wesley, 1998 Comunicaciones y Redes de Computadores, W. Stallings, Prentice-Hall,

4 Fundamentos Teóricos de la Transmisión (i) Transmisión digital: Transmisión de una señal cuadrada periódica f(t) Series de Fourier: Representación de una función periódica f(t) de periodo T como suma de infinitos armónicos T 2 a = f ( t ) sin ( 2π ft ) dt f 1 2 ( t ) = c + a s i n ( 2π n f t ) + b cos ( 2π n f t ) n = 1 n 2 f = 1/T frecuencia fundamental c = T a n, b n amplitudes de seno y cos del n-ésimo armónico n = 1 n-ésimo armónico: frecuencia nf múltiplo de la frecuencia fundamental n n T T 0 2 b n = f ( t ) c o s ( 2π f t ) d t T 0 T 0 f ( t ) d t 4

5 Fundamentos Teóricos de la Transmisión (ii) Espectro de Potencia: Representación gráfica de la serie de Fourier Módulo de la componente armónica para cada 2 2 frecuencia F n = a n + b n Su cuadrado es proporcional a la energía transmitida a la frecuencia correspondiente El espectro de potencia se anula a frecuencias elevadas La mayor parte de la energía (información) se acumula en los armónicos de orden más bajo Permite expresar f(t) como el sumatorio de componentes armónicas, pudiendo truncarlo cuando Fn sea poco significativo Cuantos más armónicos se trunquen, más diferirá f(t) de la suma de armónicos 5

6 Serie de Fourier de una señal digital La reconstrucción de la señal es diferente en función del número de armónicos considerados 6

7 Ancho de banda Transmisión de una señal La señal sufre una pérdida de energía y diminuyen las amplitudes de cada armónico Las amplitudes disminuyen de forma diferente distorsión de la señal Ancho de banda Rango de frecuencias sin que sufran una atenuación importante Frecuencia de corte superior (f c ): frecuencia a partir de la cual el nivel de atenuación impide la transmisión (Hz) Frecuencia de corte inferior (f 0 ): frecuencia menor que permite la transmisión (Hz) Ancho de banda: f c - f 0 el grado de atenuación se mantiene constante entre estas 2 frecuencias 7

8 Datos y señales (i) Datos Entidades que transportan información Analógicos o digitales Señales Analógicos: toman valores en un intervalo continuo. Ej: el vídeo y la voz Digitales: toman valores discretos. Ej: texto, números enteros Medios por los que se transmiten los datos Continuas (analógicas) o discretas (digitales) Analógica: onda electromagnética que varía continuamente Digital: secuencia de pulsos de tensión 8

9 Datos y señales (ii) 9

10 Datos y señales (iii) Modem (Modulador/Demodulador): permite transmitir datos digitales mediante señales analógicas. Codifica los datos digitales variando algún parámetro característico de una señal portadora 10

11 Datos y señales (iv) CODEC (Codificador decodificador): aproxima la señal analógica que representa la voz por una cadena de bits 11

12 Perturbaciones en la transmisión Provocan que la señal recibida difiera de la transmitida Transmisión analógica: Degradación de la calidad de la señal Transmisión digital Errores en bits Perturbaciones: Atenuación Distorsión de retardo Ruido 12

13 Atenuación Efecto producido por la pérdida de energía de la señal según se propaga en el medio de transmisión Problemas: 1) La señal recibida debe tener la suficiente energía para que la electrónica en el receptor pueda detectar e interpretar la señal 2) La señal debe recibirse con un nivel mayor que el ruido 3) La atenuación varía en función de la frecuencia, lo que provoca que la señal recibida esté distorsionada Soluciones: Amplificadores o repetidores: incrementan la energía de la señal resuelven los problemas 1 y 2 Ecualizadores: amplifican de forma diferente cada frecuencia evitan la distorsión de la señal (problema 3) 13

14 Distorsión de retardo Fenómeno característico de los medios guiados Se produce por la diferente velocidad de propagación de las distintas componentes frecuenciales que forman la señal Cada armónico es recibido en un instante de tiempo diferente la señal reconstruida sufre una distorsión respecto a la señal original 14

15 Ruido (i) Ruido: cualquier señal que se inserta entre el emisor y el receptor Tipos de ruido: Ruido térmico: debido a la agitación térmica de electrones dentro del conductor Ruido de intermodulación: cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión Diafonía: acoplamiento entre las líneas que transportan las señales Ruido impulsivo: pulsos discontinuos de poca duración y de gran amplitud Fuente de errores en la comunicación digital de datos 15

16 Ruido (ii) 16

17 Capacidad del canal Capacidad de un canal de transmisión: Velocidad a la que se pueden transmitir los datos Codificación y velocidad de transmisión Velocidad de modulación Velocidad de transmisión Velocidad de transmisión frente a ancho de anda Velocidad de transmisión en un medio con ruido 17

18 Codificación y velocidad de transmisión Información digital: Se representa mediante los estados lógicos 0 y 1 Se utilizan diferentes niveles de tensión para codificar los estados lógicos 2 niveles de tensión 4 niveles de tensión Velocidad de modulación: 1 bit asociado a cada nivel 2 bits asociados a cada nivel Nº veces/seg que la señal cambia su valor (cambios de tensión) se mide en baudios Velocidad de transmisión: Nº bits/seg transmitidos bps 18

19 Velocidad de transmisión frente a ancho de banda Criterio de Nyquist: Determina la velocidad máxima de transmisión por un canal de ancho de banda dado Consideraciones: Codificación de n niveles por baudio Ancho de banda: B Velocidad máxima de transmisión (bps): V t max = 2 B l o g 2 n 19

20 Velocidad de transmisión en un medio con ruido Teorema de Shannon: Determina la velocidad máxima de transmisión en un medio con ruido Consideraciones: Medio de ancho de banda B Razón señal/ruido: razón entre la señal cuadrática media y el ruido cuadrático medio se expresa en decibelios (db) S N d B = 10 log 1 0 potencia señal potencia ruido Velocidad máxima de transmisión (bps): S V t max = B log N 20

21 Resumen Tipos Fundamentos de Redes Teóricos WAN de la Transmisión de Circuitos Ancho de Banda Interconexión de Redes Redes de Datos y señales Perturbaciones Redes de en la Conmutación Transmisión de Paquetes Características Atenuación Red X.25 Distorsión de Retardo Frame Realy Ruido Capacidad del Canal Codificación y Características velocidad de Transmisión Velocidad Red X.25 de Transmisión frente a Ancho de Banda Velocidad de Transmisión en un Medio con Ruido 21