Semana 01 02 softcom

  • 1,059 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
    Be the first to like this
No Downloads

Views

Total Views
1,059
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
31
Comments
0
Likes
0

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. Software de Comunicaciones USPTema 01Sistema de Comunicación de Datos
  • 2. Introducción La energía para transmitir datos puede ser eléctrica, ondas de radio, luminosa, etc Cada tipo tendrá sus propiedades y requisitos de transmisión Podrá utilizar diferentes medios físicos de transmisión (cobre, aire, vidrio...) Transmisor necesita:Hardware especial para transmitir los Datos desde el origen (ETD)Una conexión de Hardware para adaptar los Datos al medio que los va a llevar (ETCD Receptor necesita: Hardware especial para transformar energía en datos(ETD) Una conexión hardware con el medio de transmisión utilizado (ETCD)DATOS Transmisor Medios de Tx Receptor DATOS
  • 3. Conceptos básicos y terminologíaCanal: medio de transmisión al que se le acoplan un transmisor y un receptor y,por tanto, tiene asociado un sentido de transmisión Analógico: información suministrada al transmisor es analógica Digital: información suministrada al transmisor es digital El tipo de canal lo imponen los equipos, no el medioCircuito: canal en cada sentido de transmisiónEnlace: circuito con controladores de los equipos terminales de datos (camino detransmisión entre Txor y Rxor)Enlace directo: enlace en el que la señal se propaga sin usar dispositivosintermedios que no sean amplificadores o repetidoresConfiguración o enlace punto a punto: enlace directo entre dos dispositivos quecomparten un medio de transmisiónConfiguración multipunto: el medio es compartido por más de 2 dispositivos
  • 4. Conceptos básicos y terminologíaSímbolo o elemento de señalización: Aquella parte de la señal que ocupa el intervalo más corto correspondiente a un código de señalización. Digital: un pulso de tensión de amplitud constante Analógico: un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantesVelocidad en símbolos (Vs) o velocidad de modulación (Vm): Es el número máximo de símbolos que se pueden transmitir en un segundo. Se calcula como: nº símbolos/1seg Se mide en baudios. Se asocia a la línea de transmisión.Velocidad de transmisión serie o régimen binario (Vt o R): Es el número máximo de elementos binarios que pueden transmitirse por unidad de tiempo. Se calcula como: nº de bits en un periodo/periodo Se mide en bps (bit/s). Se asocia al circuito de datos.
  • 5. Conceptos básicos y terminología Unidades de medida 103 Kilobits (Kb) 1.000 bits 106 Megabits (Mb) 1.000.000 bits 109 Gibabits (Gb) 1.000.000.000 bits 1012 Terabits (Tb) 1.000.000.000.000 bits 1015 Petabits (Pb) 1.000.000.000.000.000 bits 1018 Exabits (Eb) 1.000.000.000.000.000.000 bits 1021 Zettabits (Zb) 1.000.000.000.000.000.000.000 bits 1024 Yottabits (Yb) 1.000.000.000.000.000.000.000.000 bits
  • 6. Clasificación de las transmisionesSegún el sentido de la transmisión: Símplex (simple) A B Half-duplex (semi-dúplex) A B Full-duplex (dúplex) A B
  • 7. Clasificación de las transmisiones (II) Bus Paralela E/S paralela Asíncrona Txor Rxor (2 relojes) Tipos de Heterosincronizada Orientada al caráctercomunicaciones (2 líneas: datos y reloj) Serie Txor Rxor Síncrona Orientada al bit (1 solo reloj) Autosincronizada (1 línea: datos+reloj) Orientada al carácter Txor Rxor
  • 8. Transmisión paralelaTodos los bits de un dato se transmiten a la vezSon necesarias tantas líneas como nº de bits contenga el dato a TxTipos: Bus Líneas de direcciones, datos, control y alimentación Reglas estrictas de comunicaciones Elementos muy acoplados (CPU y memoria) Distancias muy pequeñas (típicamente <1m) Ejemplo: bus de datos entre CPU y memoria E/S paralela Menor número de líneas Menor dependencia entre elementos Cable plano o manguera multiconductora Ejemplo: impresora
  • 9. Transmisión serieSe transmiten los bits secuencialmenteProblema: cómo reconoce el receptor que tiene un bit válido para leer esnecesario conocer el reloj con el que se generó la secuencia de bitsTipos: Asíncrona Síncrona
  • 10. Transmisión serie asíncronaSólo se transmiten los datos; Txor y Rxor tienen su propio relojLa señal permanece a 1 mientras no se transmiteSe delimita el envío de 1 carácter (5-10bits) con 1 bit de comienzo (START) y 1 ,1.5 ó 2 bits de parada (STOP)Txor y Rxor deben estar de acuerdo previamente
  • 11. Transmisión serie síncronaLa señal de reloj debe transmitirse: Txor Rxor En una línea separada (heterosincronizada) Txor Rxor Codificando dicha señal con los datos que se Tx (autosincronizada)Los datos se delimitan por una serie de caracteres o bitsPuede ser: Orientada al carácter: se trata el bloque de datos como una secuencia de caracteres (8 bits) carácter Emisor ... ... ... Receptor Orientada al bit: se trata el bloque de datos como una secuencia de bits (flag de inicio de bloque-datos-flag fin de bloque) Flag inicio bloque Flag fin bloque Flag inicio bloque Flag fin bloque Emisor ... ... ... Receptor Datos Datos
  • 12. Transmisión serie vs. paralelaVentajas de la transmisión serie: Número de líneas bastante menor Menor coste, sobre todo cuando aumentan las distanciasVentajas de la transmisión paralela: Mayor velocidad Mayor simplicidad
  • 13. Representación de señalesUna misma señal puede ser representada de 2 formas: En el dominio del tiempo s(t) representación cartesiana En el dominio de la frecuencia S(f) representación espectralAmbas representaciones implican una misma realidad física.Todas las señales son funciones reales y, por tanto, las transicionesson continuas en el tiempo (aunque puedan ser muy rápidas).
  • 14. Representación de señales. Ejemplos
  • 15. Análisis de Fourier. Ejemplo
  • 16. Espectro y ancho de bandaEspectro de frecuencias (frecuency spectrum) Conjunto de frecuencias que constituyen una determinada señalAncho de banda absoluto Anchura del espectro de frecuencias completo Se mide en Hz (hercios) o s-1Ancho de banda relativo Anchura del espectro de frecuencias donde se concentra la mayor parte de la energía de la señal Amplitud (V) Se mide en Hz (hercios) o s-1 Frecuencia (Hz) Ancho de banda absoluto Ancho de banda relativo
  • 17. Ancho de banda y canalSe puede hacer una representación espectral de la señala transmitir y del canal por donde se va a transmitirSi ambos espectros coinciden, la señal se puede transmitirtal cual por ese canal, si no coinciden, hay que transformar(modular) la señal antes de transmitirla Canal telefónico 300 3400 Hz Hz
  • 18. Relación entre Vt y AB del canal Supongamos la señal A correspondiente a la secuencia Amplitud de la señal 1010101... Su desarrollo en serie de 0 Tiempo Fourier es: -A ∞s(t)= A x 4 x Σ sen(2πkf1t) periodo=T=1/f1 π K=1 K impar k Limitando el ancho de banda a las 4 primeras componentes: (4/π) [sen(2πf1t)+(1/3)sen(2 π(3f1)t)+ (1/5)sen(2 π(5f1)t) + (1/7)sen(2 π(7f1)t)]
  • 19. Relación entre Vt y AB del canal (II)Vt para el caso de esa señal cuadrada: Vt = 2/T = 2 f1 bpsSi f1 = 1 MHz: Amplitud (V) necesitamos AB = 6 MHz en el canal Vt = 2 MbpsSi f1 = 2 MHz: 1 3 5 7 9 11 13 Frecuencia (MHz) necesitamos un AB = 12 MHz en el canal AB efectivo Vt sería de 4 Mbps 4 componentes espectrales Amplitud (V) (f1=1MHz) 2 6 10 14 18 22 26 Frecuencia (MHz) AB efectivo 4 componentes espectrales (f1=2MHz)
  • 20. Relación entre Vt y AB del canal (III) Suponemos que ABcanal = 12MHz, podemos (a) o (b): (a) Mantener la velocidad de transmisión: Se mantiene la frecuencia de la señal (f1) Por el canal cabrían 7 armónicos en vez de 4 Misma velocidad y mayor ancho de banda mayor calidad de la señal (b) mantener la calidad de la señal: Se mantiene el nº de ármonicos Se aumenta la frecuencia de la señal (f1) Misma calidad y mayor ancho de banda mayor VtCuanto mayor es el ABcanal, mayor puede ser la Vt de la señal
  • 21. Relación entre Vt y AB del canal (IV) Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Pulsos antes de ser transmitidos: Razón de bits: 2000 bps Pulsos después de la transmisión: Ancho de banda 500 Hz Ancho de banda 900 Hz Ancho de banda 1300 Hz Ancho de banda 1700 Hz Ancho de banda 2500 Hz Ancho de banda 4000 Hz
  • 22. Relación Vs - AB y Vs - VtSe ha demostrado que: Vs = N x AB [baudios] donde N es una constante que puede variar entre: (peor caso) 1 ≤ N ≤ 2 (mejor caso) AB es el ancho de banda del canal En el caso ideal Vs = 2 x AB Como regla práctica Vs = ABSi al codificar la información en una señal analógica 1 símbolorepresenta a n bits, podemos decir que: Vt = n x Vs [bps]Vs está limitada por el AB del canal, pero no la VtVt está limitada por el ruido del canal (Shannon)
  • 23. Transmisión de datosHay que tener en cuenta: Naturaleza de los datos Datos ANALÓGICOS: toma cualquier valor dentro de un intervalo Datos DIGITALES: toma sólo determinados valores posibles dentro de un intervalo Propagación de la señal que lleva los datos Señal ANALÓGICA: onda electromagnética que varía continuamente Señal DIGITAL: secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos. Puede ser unipolar (1 nivel de tensión), polar (2 niveles de tensión) o bipolar (3 niveles de tensión) En la Tx de datos hay 4 combinaciones posibles: Dato analógico – Señal analógica Dato digital – Señal analógica Dato analógico – Señal digital Dato digital – Señal digital
  • 24. Transmisión de datos (II)Dato analógico – Señal analógica Si coincide el ancho de banda ambos, se envían los datos tal cual, si no, hay que modular los datosDato digital – Señal analógica En Txor se modula la señal analógica para que lleve los datos digitales y en Rxor se demodula (MODEM)Dato analógico – Señal digital En Txor se codifican los datos analógicos en digitales y en Rxor se decodifican (CODEC)Dato digital – Señal digital Si se dispone de dos niveles de tensión, se envían los datos directamente. Si se dispone de más niveles se convierten antes de enviar.
  • 25. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos digitales usando Señales digitalesEl Transmisor debe conocer: El tiempo empleado en enviar un bit: si la tasa de bits es de X bps, la duración de un bit es 1/X segundos La velocidad de modulación (depende del esquema de codificación elegido)El Receptor debe conocer: La duración de cada bit Comienzo y fin de cada bit Niveles de tensión utilizados para representar cada bitTipos de codificación: Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ, Manchester NRZ
  • 26. Formatos de codificación digital Cinta perforada 1 ≡ nivel alto (A voltios) Unipolar NRZ 0 ≡ nivel bajo (cero voltios)(Not Return to Zero) 1 ≡ nivel alto (A voltios) Polar NRZ 0 ≡ nivel bajo (-A voltios) 1 ≡ transición al principio y mitad del bit Unipolar RZ 0 ≡ no hay transición (0 voltios) 1 ≡ niveles alternantes A, -A voltios Bipolar RZ 0 ≡ no hay transición (0 voltios) 0 ≡ transición alto-bajo en mitad del bit Manchester NRZ 1 ≡ transición bajo-alto en mitad del bit (de acuerdo con IEEE 802.3) Tiempo de 1 bit Tiempo de 1 elemento de señalización = ½ Tiempo de 1 bit
  • 27. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos digitales usando Señales analógicasUna señal analógica se basa en la transmisión de una señalcontinua (señal portadora) con una frecuencia centrada en una zonacompatible con el medio de transmisión y de tipo Acos(2πfct+φ)Los datos digitales se transmiten modulando la señal portadora.Modulación: Variación de cierto parámetro de una señal en funciónde otra. Señal portadora Señal moduladora Señal moduladaTipos de modulación (tasa de bits = tasa de baudios) ASK: modulación de amplitud FSK: modulación de frecuencia PSK: modulación de fase
  • 28. CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicas ASK: modulación o desplazamiento en amplitud A1cos(2Πfct + ϕ) ≡ 1 binario ABASK= (1+r)·Vs s(t)= A2cos(2Πfct + ϕ) ≡ 0 binario Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios r = factor filtrado línea (0 ≤ r ≤ 1) AmplitudA1 Ancho de banda mínimo = VsA2 Frecuencia fc – Vs/2 fc fc + Vs/2
  • 29. CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicas FSK: modulación o desplazamiento en frecuencia fc1= frecuencia de la portadora para el 1 binarios(t)= Acos(2Πfc1t + ϕ) ≡ 1 binario fc0 = frecuencia de la portadora para el 0 binario Acos(2Πfc0t + ϕ) ≡ 0 binario Típicamente, fc1 y fc0 corresponden a desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos de la portadora ABFSK= (fc1- fc0) + (1+r)Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios r = factor filtrado línea (0≤r≤1) Amplitud ABFSK = (fc1- fc0) + (1+r)Vs Vs/2 fc1- fc0 Vs/2 Frecuencia fc0 fc1 Más resistente a los ruidos que ASK
  • 30. CODIFICACIÓN DE DATOS Datos digitales usando Señales analógicas PSK: modulación o desplazamiento en fases(t)= Acos(2Πfct + Π) ≡ 1 binario Acos(2Πfct) ≡ 0 binarioABPSK= (1+r)·Vs Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1) Amplitud Ancho de banda mínimo = Vs Frecuencia fc – Vs/2 fc fc + Vs/2
  • 31. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos digitales usando Señales analógicasOtras modulaciones (tasa baudios < tasa bits): Modulación MPSK (modulación en múltiples fases): (BPSK Si Vs=2400 baudios (n=1), Vbps=2400 bps) QPSK Si Vs=2400 baudios (n=2), Vbps=4800 bps 8PSK Si Vs=2400 baudios (n=3), Vbps=7200 bps 16PSK Si Vs=2400 baudios (n=4), Vbps=9600 bps ... Vs = velocidad en símbolos o tasa de baudios r = factor filtrado línea (0≤r≤ 1) n= nº de bits por cada símboloRecuerde que la relación entre la tasa de baudios y la tasa en bps venía dada por: Vbps= n·VsAncho de banda para modulaciones multinivel: AB = Vs·(1+r)/n
  • 32. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos digitales usando Señales analógicas Tasa de baudios – Tasa de bits
  • 33. CODIFICACIÓN DE DATOS Datos analógicos usando Señales digitales Proceso de digitalizaciónDatos analógicos MUESTREO CUANTIFICACIÓN CODIFICACIÓN Señal digital “Modulación” CODEC Teorema del muestreo: “Si se muestrea s(t) a intervalos regulares de tiempo, con una frecuencia mayor del doble de la frecuencia significativa más alta de s(t) (fmax), entonces las muestras obtenidas contienen toda la información de la señal original”. fs ≥ 2fmax Ts ≤ 1/2fmax Tipos de “Modulación”: Modulación PCM: Modulación por codificación de impulsos Usa PAM (Modulación por amplitud de pulsos) Modulación Delta La señal analógica se aproxima mediante una función escalera que en cada intervalo de muestreo sube o baja un nivel de cuantización
  • 34. Datos analógicos usando Señales digitalesModulación PCM (8 bits en signo-magnitud) - Muestreo natural - Muestreo plano PCM
  • 35. Datos analógicos usando Señales digitalesModulación PCMEjemplo: Los datos de voz se limitan a frecuencias < 4000 Hz para caracterizar una señal de voz se requieren 8000 muestras/seg Para convertir muestras PAM a digital, se les debe asignar un código digital a cada una de ellas Si se usan 256 niveles diferentes se requieren 8 bits por muestra 8000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 64 Kbps se necesita para una señal de voz
  • 36. Datos analógicos usando Señales digitalesModulación Delta Por cada intervalo de muestreo, la señal analógica de entrada se compara con el valor más reciente de la función escalera: si el valor > función escalera, se genera un 1 si el valor ≤ función escalera, se genera un 0 δ, Ruido de cuantización (variaciones lentas de la señal) δ, Ruido de sobrecarga en la pendiente (variaciones rápidas de la señal) Más sencillo de implementar y mejor SNR para una misma Vt que PCM
  • 37. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos analógicos usando Señales analógicas Datos analógicos f(t) MODULADOR g(t) Señal analógica Señal moduladora Señal modulada Señal portadora cos 2πfctLa modulación consiste en variar la amplitud, frecuencia o fase de laportadora en función de f(t) : Modulación en amplitud: AM (Modulación en Amplitud) ABAM= 2·B Modulación angular: FM (Modulación en frecuencia) ABFM= 10·B PM (Modulación en fase) ABAM= 10·B B = ancho de banda de la señal original
  • 38. Datos analógicos usando Señales analógicasSeñal Portadora, Moduladora y Modulada
  • 39. CODIFICACIÓN DE DATOSDatos analógicos usando Señales analógicas BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio) BWt = Ancho de banda total (radio) fc = frecuencia de la portadora AM BWm =Ancho de banda de la moduladora (audio) BWt = Ancho de banda total (radio) fc = frecuencia de la portadora FM y PM
  • 40. Multiplexión o multiplexaciónEs el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiplesseñales (canales) a través de un único enlace de datosEn toda transmisión multiplexada se tiene un multiplexor (en Txor) y undemultiplexor (en Rxor) DEMULTIPLEXOR 1 camino MULTIPLEXOR 3 canalesHay tres técnicas de multiplexión: FDM (Multiplexión por División en Frecuencias) WDM (Multiplexión por División de Onda) TDM (Multiplexión por División en el Tiempo)
  • 41. Multiplexión. FDMMultiplexión por División en FrecuenciasGeneralmente para señales analógicasSe puede aplicar cuando el AB de un enlace es mayor que los anchos de bandacombinados de la señal a transmitirSe usan distintas frecuencias portadoras para transmitir (que no deben interferircon las frecuencias de los datos originales)Se usan bandas de seguridad Bandas de seguridad Canal 1 Canal 2 Canal 3 Canal 4 Canal 5 Frecuencia (Hz) Ancho de banda del enlace de transmisión
  • 42. Multiplexión. WDM Multiplexión por División de Onda Conceptualmente igual que FDM, pero la multiplexación y demultiplexación involucran señales luminosas a través de fibra óptica (bandas de longitudes de ondas)
  • 43. Multiplexión. TDMMultiplexión por División en el TiempoGeneralmente para señales digitalesSe puede aplicar cuando la capacidad de tasa de datos de la transmisión es mayor que latasa de datos necesaria requerida por los dispositivos transmisores y receptoresSe divide el enlace en el tiempo y no en frecuencia Canal 1 Canal 2 Canal 3 ... Canal 1 Canal 2 Canal 3 ... Tiempo (s)Tipos: Síncrona: el multiplexor siempre asigna exactamente la misma ranura de tiempo para cada dispositivo, independientemente de que los dispositivos tengan o no que transmitir. Asíncrona o estadística: el multiplexor usa reserva dinámica bajo demanda de las ranuras. Con un enlace de igual velocidad, esta multiplexión puede dar más servicios que la síncrona.
  • 44. Interfaz RS-232Nombres oficiales: ANSI/TIA-232F o ITU-T V.24Se compone de varias especificaciones: mecánica: ISO 2110 eléctrica: V.28 funcional y procedural: V.24Describe las características mecánicas, eléctricas, funcionales y procedimentales quepermiten el intercambio de información binaria entre un DTE y un DCE, con transmisiónserieModos half-duplex y full-duplexPermite transmisión síncrona y asíncrona Computadora Conector DB25 hembra Conector DB25 macho Línea de teléfono Cable del interfaz
  • 45. DTE y DCE DTE (Data Terminal Equipment) Emisor o receptor de datos. Terminales, computadores, fax... DCE (Data terminal Circuits Equipment) Equipo que transforma la información para ser enviada por la línea. Módem Línea de transmisión DTE DTE Fuente o Controlador de Controlador de Fuente ocolector de datos comunicaciones DCE DCE comunicaciones colector de datos Circuitos de datos Enlace de datos
  • 46. INTERFAZ RS-232Características mecánicasEspecifica el conector a utilizarConector DB-25 (síncrona y asíncrona) y conector DB-9 (asíncrona) 1 pulgada = 23 mm
  • 47. INTERFAZ RS-232Características eléctricasEl estándar define: Velocidad máxima: 20 kbps (típicas:300, 1200, 2400, 4800, 9600 y 19200 bps) Distancia máxima: 15 m código NRZ-L Transmisión no balanceada +25 Referencias a 0V “0” +15 Limitación de corriente a 0.5 A “0” +5 +3 Capacidad máxima 2500 pF -5 -3 “1”1 lógico = [-3,-15] voltios -15 “1” Tx0 lógico = [15,3] voltios -25 Rx
  • 48. INTERFAZ RS-232Características funcionalesSe describen las funciones de cada uno de los circuitos de intercambio, así como laposición de esos circuitos en el conector (pin)Líneas de datos TxD y RxDLíneas de control de flujo Request to send (RTS) Clear to send (CTS) Data Carrier Detected (CD ó DCD)Líneas de establecimiento de conexión Data Terminal Ready (DTR) Data Set Ready (DSR) Ring Indicator (RI)Líneas de referencia Masa (GND) Masa de protección (SGH)
  • 49. INTERFAZ RS-232Características funcionales.Conector DB15 (DTE)
  • 50. INTERFAZ RS-232Características procedimentalesEspecifican la secuencia de eventos que se debe producir en la transmisión de datos,basándose en las características funcionales del interfaz. Ejemplo de llamada: [Fuente: Stallings]
  • 51. BibliografíaBehrouz A. Forouzan, “Transmisión de datos y redes decomunicaciones”, 2ª edición, McGrawHill, 2002.William Stallings, “Comunicaciones y Redes de Computadores”, 6ªedición, Prentice Hall, 2000.James Truvole, “LAN wiring”, 2ª edición, MacGrawHill, 2000.Andrew S. Tanenbaum, “Redes de Computadoras”, 3a edición,Prentice Hall, 1997.ANSI/TIA-232-F (R2002), “Interface Between Data TerminalEquipment and Data Circuit-Terminating Equipment EmployingSerial Binary Data Interchange”, 1997.