CAPITULO 3. DATOS Y SEÑALES

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1 CAPITULO 3. DATOS Y SEÑALES Un aspect fundamental del nivel físic es transmitir infrmación en frma de señales electrmagnéticas a través de un medi de transmisión. El medi de transmisión funcina cnduciend energía a través de un camin físic. ANALÓGICO Y DIGITAL: DATOS ANALÓGICOS Y DIGITALES: Ls dats pueden ser analógics digitales. Ls dats analógics sn cntinus y tman valres cntinus. Ls dats digitales tienen estads discrets y tman valres discrets. SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES: Las señales pueden ser analógicas digitales. Las señales analógicas pueden tener un númer infinit de valres dentr de un rang. Las señales digitales slamente pueden tener un númer limitad de valres. SEÑALES PERIODICAS Y APERIODICAS: Una señal es periódica si cmpleta un patrón dentr de un marc de tiemp denminad perid, y repite es patrón en perids idéntics subsecuentes. Cuand se cmpleta un patrón se ha cmpletad un cicl. Una señal aperiódica cambia sin exhibir ningún patrón cicl En transmisión de dats se usa habitualmente señales analógicas periódicas y señales digitales aperiódicas. SEÑALES ANALÓGICAS PERIÓDICAS Las señales analógicas se pueden clasificar en simples cmpuestas. Simple, u nda sen, n puede ser descmpuesta en señales más imples. Cmpuesta está frmada pr múltiples ndas sen. ONDA SENO: Se puede describir mediante tres características: amplitud pic, perid frecuencia y fase. Amplitud pic (máxima): Es el valr abslut de su intensidad más alta, prprcinal a la energía que transprta. 1 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)

2 Perid y frecuencia: El perid es la cantidad de tiemp, en segunds, que necesita una señal para cmpletar un cicl. La frecuencia es la cantidad de perids cicls en un segund, cuya magnitud sn ls Herzis (Hz). El perid y la frecuencia sn inverss entre sí: f = 1 T T = 1 f Si una señal n cambia en abslut, su frecuencia es 0. Si una señal cambia instantáneamente su frecuencia es. Fase: La fase describe la psición de la frma de nda relativa al instante de tiemp 0. Se mide en grads radianes (360º sn 2π radianes). LONGITUD DE ONDA (λ): Es la distancia que una señal simple puede viajar en un perid. Depende de la frecuencia y del medi. Se calcula cnciend la frecuencia (f) el perid (T) y la velcidad de prpagación del medi (c). λ = c = c. T f Se mide en micrómetr (micrnes). 2 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)

3 DOMINIOS DEL TIEMPO Y LA FRECUENCIA: Para representar gráficamente la amplitud de una nda sen se utiliza una traza en el dmini del tiemp. La fase n se mide explícitamente en el dmini del tiemp. Para representar gráficamente la relación entre amplitud y frecuencia se utiliza una traza en el dmini de frecuencia. Una nda sen cmpleta en el dmini del tiemp de puede representar mediante una única barra en el dmini de frecuencia. SEÑALES COMPUESTAS: Una nda sen de frecuencia única n es útil para transmitir dats. Es necesari usar una señal cmpuesta, una señal frmada pr múltiples ndas sen (señales periódicas simples). De acuerd cn el análisis de Furier, cualquier señal cmpuesta es realmente una cmbinación de ndas simples cn distintas frecuencias, amplitudes y fases. Si la señal cmpuesta es periódica, la descmpsición da una serie de señales cn frecuencias discretas. En la descmpsición generada de señales, la señal de frecuencia más baja se denmina frecuencia fundamental primer armónic. El rest de armónics serán múltipls enters de la frecuencia fundamental. Si la señal es aperiódica, la descmpsición da una cmbinación de ndas sen cn frecuencias cntinuas. ANCHO DE BANDA: El anch de banda de una señal cmpuesta es la diferencia entre la frecuencia más alta y más baja cntenida en una señal. Sea f h la frecuencia alta f l la frecuencia baja y B el anch de banda. Entnces: B = f h - f l SEÑALES DIGITALES Una señal digital puede tener más de ds niveles. En general, si una señal tiene L niveles, cada nivel necesita lg2l bits. 3 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)

4 TASA DE BITS (velcidad): Es el númer de bits enviads en un segund, expresad en bps (bits pr segund). INTERVALO DE BITS: Es la distancia que cupa un bit en medi de la transmisión. Interval de bit = velcidad de prpagación x duración del bit LA SEÑAL DIGITAL COMO UNA SEÑAL ANALÓGICA COMPUESTA: Basándse en el análisis de Furier, una señal digital es una señal analógica cmpuesta, cn frecuencias entre cer e infinit. Si la señal digital es periódica, la señal descmpuesta tiene una representación en el dmini de frecuencia cn un anch de banda infinit y frecuencias discretas. Si la señal es aperiódica, la señal descmpuesta tiene una representación en el dmini de frecuencia cn un anch de banda infinit y frecuencias cntinuas. TRANSMISIÓN DE SEÑALES DIGITALES: Transmisión banda base: Significa enviar una señal digital sbre un canal sin cambiar la señal digital a una señal analógica. Esta transmisión necesita la existencia de un canal pas baj, un canal cn un anch de banda que cmience en cer. Este es el cas si se tiene un medi dedicad que tiene un únic canal. El anch de banda necesari es prprcinal a la tasa de bits; si hace falta enviar ls bits más rápid, se necesita más anch de banda. Canal pas baj cn gran anch de banda: Aunque la señal de salida n es réplica exacta de la señal de rigen, ls dats se pueden deducir de la señal recibida. Canal pas baj cn anch de banda limitad: El nivel de aprximación depende del anch de banda dispnible. Aprximación burda: Se envían ds bits pr cicl. El canal debe manejar frecuencias 0, bps/4 y bps/2. El anch de banda necesari es bps/2. Aprximación mejr: Para hacer que la frma de la señal analógica se parezca más a la señal digital, es necesari añadir más armónics. Es necesari aumentar el anch de banda, 3bps/2, 5bps/2, 7bps/2, Transmisión banda ancha (usand mdulación): Implica cambiar la señal digital mduland a una señal analógica para su transmisión, n se puede enviar directamente la señal digital al canal. Esta transmisión necesita la existencia de un canal pas banda, un canal cn un anch de banda que n cmience en cer. DETERIORO DE LA TRANSMISIÓN: Atenuación: Cuand una señal viaja a través de un medi, pierde energía para vencer la resistencia del medi. Para cmpensar esta pérdida se usan amplificadres de señal. Decibelis (db): Cncept que mide las ptencias relativas de ds señales de una señal en ds punts. P2 db = 10 lg 10 si Px es la ptencia en el punt x. P1 V2 db = 20 lg 10 si Vx es el vltaje en el punt x. V1 4 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)

5 Para medir la ptencia de la señal en milivatis se calcula cm db = 10 lg 10 P m dnde Pm es la ptencia en milivatis. Distrsión: Significa que la señal cambia su frma de nda. Ocurre en una señal cmpuesta frmada pr distintas frecuencias, debid a desfases en ls armónics en el receptr. Ruid: Térmic: Debid al mvimient aleatri de electrnes en un cable que crea una señal extra n enviada riginalmente pr el transmisr. Inducid: Debid a fuentes externas cm mtres electrdméstics, actuand cm antenas emisras y el medi de transmisión cm antenas receptras. Cruces: Igual que el inducid, per debid al efect de un cable sbre tr. Impuls: Es un pic que viene de líneas de ptencia, iluminación, etc. Razón entre señal y ruid (SNR): SNR = ptencia media de la señal ptencia media del ruid SNRdB = 10.lg10SNR, descrit en decibelis. LÍMITES DE LA VELOCIDAD DE DATOS: La velcidad de ls dats depende de tres factres: El anch de banda. Ls niveles de señal que se usan. La calidad del canal (el nivel de ruid). Canal sin ruid: Tasa de bits de Nyquist: Determina la máxima tasa de dats teórica para un canal sin ruid. TasaDeBits = 2. anc banda. lg 2 L Dnde L es el númer de niveles de señal, para representar dats. Incrementar ls niveles de la señal reduce la fiabilidad del sistema. Define una característica del métd de transmisión. Canal cn ruid: Capacidad de Shannn: Determina la máxima tasa de dats teórica para un canal cn ruid. Capacidad = anc banda. lg 2 (1 + SNR) Dnde SNR es la razón señal-ruid. Define una característica del canal. Usand ambs límites: En la práctica, es necesari usar ambs métds para encntrar ls límites y ls niveles de la señal. La capacidad de Shannn ns da el límite superir. La fórmula de Niquist ns dice cuants niveles de señal sn necesaris. PRESTACIONES: Un aspect imprtante en redes sn las prestacines rendimient de la red. Anch de banda: En redes se usa el términ anch de banda en ds cntexts. El primer, anch de banda en Hz, es el rang de frecuencias cntenidas en una señal cmpuesta el rang de frecuencias que un canal puede pasar. El segund, anch de banda en bps, se refiere a la velcidad de transmisión de bits en un canal enlace. Rendimient (Thrughput): Mide l rápid que se pueden enviar dats realmente a través de una red. Latencia (retras): Define cuant tarda un mensaje en llegar a su destin desde el mment en que el primer bit es enviad pr el rigen. 5 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)

6 Latencia = tiemp de prpagación + tiemp de transmisión + tiemp de enclamient + retras de prcesamient. Tiemp de prpagación: Mide el tiemp necesari para que un bit viaje del rigen al destin. Tiemp de prpagación = Distancia Velcidad de prpagaci ón La velcidad de prpagación depende del medi físic y de la frecuencia de la señal. Tiemp de transmisión: Mide el tiemp necesari en enviar el mensaje cmplet. Tiemp de transmisión = Tama ñ del mensaje Anc de banda Tiemp de enclamient: Mide el tiemp necesari para que casa dispsitiv intermedi terminal mantenga el mensaje en espera antes de que pueda ser prcesad. El tiemp de enclamient es un factr variable. Prduct anch de banda Retras: Sn ds medidas de rendimient de un enlace. El prduct de ambs es imprtante en transmisión de dats. Define el númer de bits que pueden llenar el canal. Retras variable (Jitter): Se refiere a la variación en el tiemp de llegada de ls paquetes. Es un prblema si distints paquetes de dats llegan cn distints retrass y la aplicación que usa ls dats en lad del receptr es sensible al tiemp. 6 Lngins Recuer Busts (lrecuer1@alumn.unes.es)