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Comunicación de Datos
Escuela Superior de Informática

Tema 1
Fundamentos de la
Comunicación de Datos

Terminología (1)
„ Transmisor
„ Receptor
„ Medio
ƒ Medio guiado
‚ Par trenzado, cable coaxial, fibra óptica
ƒ Medio no guiado
‚ Aire, agua, vacío

COMUNICACIÓN DE DATOS ESI-CR.UCLM 2

Terminología (2)
„ Enlace directo
ƒ Sin dispositivos intermedios
„ Punto a punto
ƒ Enlace directo
ƒ Sólo intervienen dos dispositivos en el enlace
„ Enlace múltiple
ƒ Intervienen más de dos dispositivos en el enlace


Terminología (3)
„ Simplex
ƒ Una dirección
‚ Ej: Radiodifusión
„ Semi duplex
ƒ Dos direcciones, pero no simultáneas
‚ Ej: Radioaficionados
„ Duplex
ƒ Dos direcciones simultáneas
‚ Ej: Teléfonos


Frecuencia, espectro y ancho
de banda
„ Conceptos en el dominio del tiempo
ƒ Señal continua
‚ Varía de una forma continua en un margen de tiempo
ƒ Señal discreta
‚ Mantiene constante un nivel y cambia a otro nivel distinto
ƒ Señal periódica
‚ Repite un patrón en el tiempo
ƒ Señal no periódica
‚ No repite un patrón en el tiempo


Señales Continuas y Discretas


Señales periódicas


Onda sinusoidad
„ Amplitud de pico (A)
ƒ Máxima intensidad de la señal
ƒ Voltios
„ Frecuencia (f)
ƒ Ritmo de cambio de la señal
ƒ Hertzios (Hz) o ciclos por segundo
ƒ Periodo = tiempo de una repetición (T)
ƒ T = 1/f
„ Fase (φ)
ƒ Posición relativa en el tiempo


Distintas ondas sinusoidales en
función de sus parámetros


Longitud de onda
„ λ
„ Distancia entre dos puntos con la misma fase
temporal en dos ciclos consecutivos
„ Distancia ocupada por un ciclo
„ Distancia recorrida por al onda en un período
„ Suponiendo que la velocidad de la señal es v
ƒ λ = v T0
ƒ λ F0 = v
ƒ v = 3*108 m/s (velocidad de la luz en espacio libre)


Conceptos en el Dominio de la
Frecuencia
„ La señal periódica se compone de la
superposición de varias frecuencias, todas ellas
múltiplos de la llamada frecuencia fundamental
„ La frecuencia fundamental coincide con la
frecuencia de la señal periódica
„ Las componentes son ondas sinusoidales
„ Se puede demostrar (Fourier) que cualquier
señal periódica está construida como suma se
señales sinusoidales
„ Se pueden representar funciones en el dominio
de la frecuencia

Suma de componentes de
frecuencia


Dominio de la Frecuencia

Señal periódica

Señal no periódica:
pulso rectangular


Espectro y Ancho de Banda
„ Espectro
ƒ Margen de frecuencias contenidas en la señal
„ Ancho de Banda absoluto
ƒ Anchura del espectro
„ Ancho de Banda efectivo
ƒ A menudo es el mismo que el Ancho de Banda
ƒ Banda de frecuencias que contienen la mayor parte
de la energía
„ Componente continua (DC)
ƒ Componente de frecuencia cero


Señal con Componente Continua

x(t ) = 1 + (4 / π ) sin( 2πft ) + (1 / 3) sin(3·2πft )


Ancho de Banda y
Velocidad Binaria
„ Cualquier sistema de transmisión tiene una
banda limitada de frecuencias
„ Ello limita la velocidad binaria que puede
soportar


Onda cuadrada
„ Una sucesión de pulsos cuadrados de 0 y 1 se
puede ver como la suma de los infinitos
múltiplos impares de la frecuencia fundamental
4 1
s (t ) =
π
∑ k
k
sin( 2πfkt )

„ También es una señal digital binaria a una
determinada velocidad en bits por segundo
(bps)


Componentes en frecuencia
de una onda cuadrada


Distintos casos
Caso 1. Frecuencia 1 MHz. Anchura bit 0,5 µs
(desde f hasta 5 f), Ancho de banda = 4 MHz
Velocidad de transmisión = 2 Mbps
(desde f hasta 5f), Ancho de banda = 8 MHz
(hasta 3f) Ancho de banda = 4 MHz
ANCHO DE BANDA=2·VELOCIDAD (o menor)


Efecto del ancho de banda
en las señales digitales


Datos
„ Analógicos
ƒ Valores continuos en un intervalo determinado
ƒ Ej: sonido, video, ...
„ Digitales
ƒ Valores discretos
ƒ Ej: texto, números enteros, ...


Transmisión de Datos
Analógicos y Digitales
„ Datos
ƒ Entidades que portan información
„ Señales
ƒ Representación eléctrica o electromagnética de datos
„ Señalización
„ Propagación física de señales por el medio adecuado
„ Transmisión
ƒ Comunicación de datos mediante la propagación y
proceso de señales


Espectro acústico (analógico)


Señales
„ Analógicas
ƒ Variable de forma continua
ƒ Varios medios
‚ Cable, fibra óptica, espacio (aire o vacío)
ƒ Ancho de Banda de voz de 100 Hz a 7 KHz
ƒ Ancho de Banda telefónico de 300 Hz a 3400 Hz
ƒ Ancho de Banda de video 4 MHz
„ Digitales
ƒ Usan dos componentes continuas
ƒ Se convierten datos discretos de varios valores en
binario (ASCII)

Datos y señales

Señal analógica Señal digital
Hay dos alternativas: la señal Los datos analógicos se
ocupa el mismo espectro que codifican utilizando un
los datos analógicos, los datos codec para generar una
Datos analógicos analógicos se codifican cadena de bits
ocupando una porción distinta
del espectro

Los datos digitales se codifican Hay dos alternativas: la
usando un modem para señal consiste en dos
generar señal analógica niveles de tensión que
Datos digitales representan dos valores
binarios, los datos
digitales se codifican
para producir una señal
digital con las
propiedades deseadas


Señales analógicas que portan
datos analógicos y digitales


Señales digitales que portan
datos analógicos y digitales


Transmisión analógica
„ La señal analógica se puede transmitir sin tener
en cuenta el contenido: puede provenir de una
señal analógica original (voz) o ser el resultado
de pasar por un modem una señal original
„ Se atenúa con la distancia
„ Se usan amplificadores para reforzar la señal
„ También se amplifica el ruido y se acumula
„ Se puede tolerar una pequeña distorsión.
Ejemplo: la voz, sigue siendo inteligible


Transmisión digital
„ Se tiene en cuenta el contenido de la señal
„ La integridad de los datos se daña con el ruido, la
atenuación, etc.
„ Se usan repetidores
„ Se produce regeneración
ƒ Los repetidores reciben la señal
ƒ Extraen el patrón de bits
ƒ Lo retransmiten
„ La atenuación se elimina
„ El ruido no se amplifica ni se acumula
„ Una señal analógica se puede aprovechar de estas
ventajas si se convierte previamente a digital

Ventajas de la transmisión
digital
„ Tecnología digital
ƒ Bajo coste tecnología LSI/VLSI
„ Integridad de los datos
ƒ El uso de repetidores permite mayores distancias incluso en
líneas de baja calidad
„ Utilización de la capacidad
ƒ Se ha conseguido mayor ancho de banda en enlaces baratos
ƒ Mayor grado de multiplexación y más fácil con técnicas digitales
„ Seguridad y Privacidad
ƒ Cifrado
„ Integración
ƒ Se pueden tratar los datos analógicos y digitales de forma
similar, independientemente de cuál sea su origen (voz, datos)


Perturbaciones en la transmisión
„ La señal recibida puede diferir de la señal
transmitida
„ Analógico - degradación de la calidad de la señal
„ Digital – Errores de bits
„ Causado por
ƒ Atenuación y distorsión de atenuación
ƒ Distorsión de retardo
ƒ Ruido


Atenuación
„ La intensidad de la señal disminuye con la distancia
„ Depende del medio
„ La intensidad de la señal recibida:
ƒ Debe ser suficiente para que se detecte
ƒ Debe ser suficientemente mayor que el ruido para que se
reciba sin error
ƒ Crece con la frecuencia
„ Ecualización: amplificar más las frecuencias más altas
„ Problema menos grave para las señales digitales


Distorsión de retardo
„ Sólo en medios guiados
„ La velocidad de propagación en el medio varía
con la frecuencia
„ Para una señal limitada en banda, la velocidad
es mayor cerca de la frecuencia central
„ Las componentes de frecuencia llegan al
receptor en distintos instantes de tiempo,
originando desplazamientos de fase entre las
distintas frecuencias


Ruido (1)
„ Señales adicionales insertadas entre el
transmisor y el receptor
„ Térmico
ƒ Debido a la agitación térmica de los electrones
ƒ Aumenta linealmente con la temperatura (N0= kT)
ƒ Uniformemente distribuido en la frecuencia
ƒ Ruido blanco (NBW= kTB)
„ Intermodulación
ƒ Señales que son la suma y la diferencia de
frecuencias originales
ƒ Se produce por falta de linealidad


Ruido (2)
„ Diafonía
ƒ Una señal de una línea se mete en otra
„ Impulsivo
ƒ Impulsos irregulares o picos
ƒ Ej: Interferencia electromagnética externa (tormenta)
ƒ Corta duración
ƒ Gran amplitud


Efecto del ruido en señal digital


Conceptos relacionados con la
capacidad del canal
„ Velocidad de datos
ƒ En bits por segundo
ƒ Velocidad a la cual se pueden transmitir los datos
„ Ancho de Banda
ƒ En ciclos por segundo
ƒ Limitado por el transmisor y el medio
„ Ruido, nivel medio a través del camino de
transmisión
„ Tasa de errores, cambiar 0 por 1 y viceversa


Ancho de Banda de Nyquist
(ancho de banda teórico máximo)
Para 2 niveles SIN RUIDO
ƒ Velocidad binaria
C (bps ) = 2 B ( Hz )
Para M niveles SIN RUIDO
ƒ Velocidad binaria

C (bps ) = 2 B( Hz ) log 2 M (niveles)
ƒ 1 Baudio = 1 estado señalización /sg
ƒ 1 Baudio = 1 bps si M=2
ƒ La relación entre la velocidad de transmisión C y la
velocidad de modulación V es:
C (bps ) = V (baudios )·log 2 M

Capacidad de Shannon (1)
„ Para un cierto nivel de ruido, a mayor velocidad,
menor período de un bit, mayor tasa de error (se
pueden corromper 2 bits donde antes se corrompía 1
bit)
„ Relación Señal / Ruido (Signal Noise Ratio, SNR) en dB

Potencia _ Señal
SNRdB = 10 log(SNR ) = 10 log
Potencia _ Ruido
„ Restricción: no se puede aumentar M cuanto se quiera
porque debe cumplirse:
M ≤ 1 + SNR

Capacidad de Shannon (2)
„ En principio, si se aumenta el ancho de banda B y la
potencia de señal S, aumenta la velocidad binaria C.
„ Pero:
ƒ Un aumento del ancho de banda B aumenta el ruido
ƒ Un aumento de potencia de señal S aumenta las no
linealidades y el ruido de intermodulación
„ Por tanto, la velocidad binaria teórica máxima será:

C (bps ) = V ·log 2 M = 2·B·log 2 M = B·log 2 M 2

„ Es decir,
Cmáx (bps ) = B( Hz )·log 2 (1 + SNR )

Ejemplo
„ Canal entre 3 MHz y 4 MHz
„ Relación señal ruido = 24 dB, SNR=102,4=251
Calcular ancho de banda
ƒ Respuesta: B = 1 MHz
„ Calcular la velocidad binaria teórica máxima y el
número de niveles
ƒ Respuesta: SNR = 251
ƒ Respuesta: C = 8 Mbps
ƒ Respuesta: M = 16 niveles


Relación Eb/N0 (1)
„ Eb: energía de señal por bit (Eb=S·Tb=S/R)
„ siendo S potencia señal, Tb tiempo de un bit, R bits/sg
„ N0: densidad de potencia de ruido por Hz
„ Se demuestra fácilmente que:
Eb S/R S
= =
N0 N0 kTR
„ O bien
 Eb 

N  = S dBW −10 log R −10 log T +228,6

 0 dB


Relación Eb/N0 (2)
siendo k la constante de Boltzmann, cuyo valor es
−23
k = 1,3803·10 J /º K
y siendo T la temperatura absoluta en grados Kelvin

Ejemplo: Para obtener una relación Eb/N0 = 8,4 dB
a una temperatura ambiente de 290 ºK y una
velocidad de transmisión de 2.400 bps, ¿qué
potencia de señal recibida se necesita?
Respuesta: S dBW = −161,8


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