Las Comunicaciones (página 2)

Datos y
señales

Procesamiento de
señales

Elección del mejor
método de
transmisión:

Tanto Las señales analógicas como digitales
se pueden transmitir a través de medios de
transmisión que sean adecuados. La
transmisión analógica es una forma de transmitir
las señales analógicas independientemente de su
contenido; las señales pueden representar datos
analógicos (por ejemplo, voz) o datos digitales (por
ejemplo los datos binarios que pasan a través de uin
modem). En
todos los casos la señal se irá debilitando con
la distancia y será mnecesari el uso de amplificadores
para conseguir distancias mayores.

En la transmisión analógica, al
utilizarse amplificadores en cascada, la señal se
distorsiona cada vez más. Para datos analógicos
se pueden permitir ciertas distorsiones pequeñas, ya que
lso datos siguen siendo inteligibles. Ocurre lo contrario para
la transmisión digital, pues los amplificadores
introducirían ruido y
estos se transformarían en errores..

En la transmisión digital, por el contrario es
dependiente del contenido de la señal. Una señal
digital solo se puede transmitir a una distancia limitada, ya
que la atenuación y otros aspectos negativos pueden
introducir errores en los datos transmitidos. En este caso se
utilizan repetidores,los cuales regenera el patrón de
ceros y unos y lo vuelve a retransmitir.

La elección actual se orienta a la tecnología digital como el medio
más confiable de transmisión, contrario a las
varias inversiones
hechas a la
comunicación analógica. Gradualmente la
primera se está imponiendo en los usuarios y las
compañías. Demos unas razones del porqué
de esta tendencia a la tecnología digital.

• Tecnología digital: las mejoras en las
  tecnologías de integración a gran escala (LSI) y
  muy gran escala (VLSI)ha sido una dismuinución tanto en
  tamaño como en costo dento
  de la técnicas
  digitales de los procesadores.
  Al contrario la tecnología analógica no ha
  experimentado un cambio
  similar.
• Integridad de datos: al usarse repetidores en
  vez de amplificadores, el ruido y otros efectos negativos no
  son acumulativos. Lo que implica que usando tecnología
  digital es posible transmitir datos conservando su integridad a
  distancias mayores utilizando inclusive líneas de
  calidad
  inferiores.
• Utilización de la capacidad: el tendido
  de líneas de transmisión de banda ancha
  ha llegado a ser factible para medios, como
  ser vía satélite y fibra
  óptica. Para la utilización eficaz de todo
  ese ancho de banda se necesita un alto grado de
  multiplexación. Esta se realiza más facilmente y
  con menor costo con técnicas digitales (división
  en el tiempo) que
  contécnicas analógicas (división en
  frecuencia).
• Seguridad y privacidad: se pueden aplicar las
  técnicas de encriptado a los datos digitales o
  analógicos que previamente se hayan
  digitalizado.
• Integración: Con el tratamiento de los
  datos analógicos y digitales, todas las señales
  se pueden tratar de una manera similar. Permitiendo de esta
  manera, la integración de voz, video y datos
  utilizando una misma infraestructura..

Perturbaciones en la
transmisión

En cualquier sistema de
comunicaciones se debe aceptar que la
señal que se recibe diferirá de la señal
transmitida debido a varias adversidades y percances de la
transmisión.

Las perturbaciones más significativas
son:

• Atenuaión y distorsión de
  atenuación
• Distorsión de retardo
• Ruido.

Atenuación

La energía de la señal decae con la
distancia en cualquier medio de transmisión. Se pueden
establecer tres consideraciones respecto a la
atenuación.

Primera, la señal recibida debe tener
suficiente energía para que la circuitería
electrónica en elo receptor pueda
detectar e interpretar la señal adecuadamente. Segunda,
para ser recibida sin error, la señal debe conservar un
nivel suficientemente mayor que el ruido. Tercera, la
atenuación es una función
creciente de la frecuencia.

En resúmen;
los dos primero problemas se
resuleven controlando la energía de la señal,
para ellos se utilizan repetidores o amplificadores.

El tercer problema es especialemente relevante para el
caso de las señales analógicas, debido a que la
atenuación varía en función de la
frecuencia, la señal recibida está distorsionada,
reduciéndose así la inteligibilidad.

Distorsión de
retardo

Este es un fenómeno particular a los medios
guiados. Es causada por el hecho de que la velocidad de
propagación de la señal en el medio varía
con la frecuencia.

Para una señal de banda limitada, la velocidad
tiende a ser mayor cerca de la frecuencia central y disminuye
al acercarse a los extremos de la banda. Esto es llamado
distorisón de retardo, ya que la señal recibida
está distorsionada debido al retardo variable que sufren
sus componentes.

Ruido

En cualquier dato transmitido, la señal
recibida consistirá en la señal transmitida
modificada port las distorisones introducidas por el sistema de
transmisión, además de las eeñales no
deseadas que se insertan entre el emisor y el receptor. A estas
últimas se le denomina ruido

El ruido se puede clasificar según su origen en
:

• Ruido térmico:

Se debe a la agitación térmica de los
electrones dentro del conductor. Está `presente en todos
los dispositivos electrónicos y medios de
transmisión, como su nombre indica es función a a
temperatura.

• Ruido de intermodulación:

Cuando las señales de distinta frecuencias
comparten el mismo medio de transmisión puede producirse
un ruido de intermodulación, Esto es generar
señales a frecuencias que sean suma o difiernecia de las
dos frecuencias originales o múltiplos de estas. Esto
podría ser al funcionamiento incorrecto de los sitemas o
por el uso de excesiva energía de la
señal.

• Diafonía:

se trata de un acoplameinto no deseado entre las
líneas que trasnportan las señales. Esto puede
ocurrir por el acoplameinto eléctrico entre cables de
pares cercanos. La diafonía es del mismo o igual orden
de magnitud que el ruido térmico

• Ruido impulsivo:

los demás ruidos anteriores son predecibles y
de magnitud constante, por el contrario el ruido impulsivo es
no contínuo y está constituido por pulsos o picos
irregulares de corta duración y de amplitud
relativamente grande. Se pueden generar por diversidad d
ecausas, como por ejemplo perturbaciones
electromágneticas exteriores producidas por tormentas
atmosféricas, o fallos y defectos en los sitemas de
comunicación. Es el ruido impulsivo una
de las principales causas de pérdidas de datos en la
comunicación digital.

• Capacidad del canal:

Se vió una amplia variedad de efectos negativos
que distorisonan o corrompen la señal. Solamente par
also datos digitales la cuestión que se plantea es en
que medida estos defectos afectan la velocida en la que se
puede transmitir. Es por eso que se trata aquí la
capacidad del canal, el cual es la velocidad a la que se pueden
transmitir los datos en un canal o ruta de comunicación
de datos.

Existen cuatro conceptos principales relacionados con
la capacidad del canal, que son

• La velocidad de los datos; que es la velocidad
  expresada en bits por segundo (bps), a la que sepueden
  transmitir los datos.
• El ancho de banda; es el ancho de banda de la
  señal transmitida que estará limtada por el
  transmisor y por la naturaleza
  del medio de transmisión; se mide en ciclos por
  segundo o hertzios
• El ruido; el nivel medio de ruido a través
  del camino de transmisión
• La tasa de errores; es la razón a la que
  ocurren los errores, donde se considera un error cuando se
  recibe un 1 habiendo transmitido un 0 y
  viceversa.

Medios de transmisión

Aquí se detallan los 3 medios guiados más
utilizados y una introducción a lo que es el medio no
guiado.

El medio de transmisión es el camino
físico entre el transmisor y el receptor. Se clasifican en
guiados y no guiados. En ambos casos, la transmisión se
lleva a cabo con ondas
electromagnéticas. En los medios guiados las ondas se
confinan en un medio sólido, como ser un par trenzado. La
atmósfera
o el espacio exterior son ejemplos de medios no guiados, que
proporcionan un medio de transmitir la señales pero sin
confinarlas; este tipo de transmisión se denomina
inalámbrica.

Las características y calidad de la
transmisión están determinadas tanto por el tipo de
señal, como po r las características del medio. En
el caso de los medios guiados, el medio es lo más
importante en la determinación de las limitaciones de
transmisión.

En medios no guiados, el ancho de banda de la
señal emitida por la antena es más importante que
el propio medio a la hora de determinar las
características de la transmisión.

Medios de
transmisión guiados

En los medios de transmisón guiados, la
capacidad de transmisión, en términos de
velocidad de transmisión o ancho de banda, dependen
drásticamente de la distancia y de si el medio se usa
para un enlace punto apunto o para un enlace multipunto, como
ser una LAN.

Los tres medios guiados más utilizados para la
transmisión de datos son el par trenzado, el cable
coaxial y la fibra óptica.

Par
trenzado

• Descripción física:

El par trenzado consiste en dos cables de cobre
embutidos en un aislante entrecruzados en forma de espiral.
Cada par de cables constituye solo un enlace de
comunicación. Normalmente, se utilizan haces en los que
se encapsulan varios pares mediante una envoltura protectora.
El uso del trenzado tiende a reducir las interferencias
electromagnéticas (diafonía) entre los pares
adyacentes dentro de una misma envoltura.

• Aplicaciones:

Tanto para señales digitales como para
señales analógicas el par trenzado es el
más utilizado actualmente. En aplicaciones digitales el
apr trenzado es el másutilizado, especialmente para
conexiones a un conmutador digital, también para la
conexión de redes de área local
dentro de edificios. La velocidad típca está en
los 10Mbps. Aunque actualmente ya se supera ampliamente esa
velocidad.

• Características de
  transmisión:

Los cables de pares trenzados se pueden usar para
transmitir tanto señales analógicas como
señales digitales. Para señales analógicas
se necesitan amplificadores cada 5 o 6 km y para las digitales
es cada 2 o 3 km.

El par trenzado tienen una fuerte dependencia de la
atenuación con la frecuencia. Sus características
principales es su gran susceptibilidad a las interferencoias y
al ruido.

Variantes

Pares trenzados apantallados
y sin apantallar

El par trenzado teien dos variantes: el apantallado y
el sin apantallar.

El par trenzado no apantallado (UTP, "Unshielded
twisted Pair") es el medio habitual en telefonía. Yel sin apantallar (STP
"Shielded Twisted Pair")es el que se utiliza para las
conexiones de redes de computadoras

UTP tipo 3 y
5

En 1991, la EIA ("Electronic Industries Association")
publicó el estándar EIA-568 denominado
"Commercial Building Telecommunications Cabling
Estándar", que define el uso de pares trenzados sin
apantallar de calidad telefónica y de pares apantallados
como medios para aplicaciones de transmisión de datos en
edificios.

En el estándar EIA-568-A se consideran tres
tipos de cables UTP

• Tipo 3: consiste en cables y su hardware
  asociado, diseñados para frecuencias de hasta 16
  MHz
• Tipo 4: consiste en cables y su hardware asociado,
  diseñados para frecuencias de hasta 20 MHz.
• Tipo 5: consiste en cables y su hardware asociado,
  diseñados para frecuencias de hasta 100
  MHz..

Cable
coaxial

Descripción
física

Al igual que el par trenzado, tiene dos conductores
pero está construido de forma diferente para quw pueda
operar sobre un rango mayor de frecuencias. Consiste en un
conductor cilíndrico externo que rodea a un cable
conductor. El conductor interiormantiene a lo largo del eje
axial mediante una serie de anillos aislantes regularmente
espaciadoso con un material sólido dieléctrico.
El conductor exterior se cubre con una cubierta o funda
protectora.

Aplicaciones

Debido a si versatilidad, sus aplicaciones m,ás
importantes son:

• Distribuicón de TV
• Telefonía a larga distancia
• Conexión con periféricos a corta
  distancia.
• Redes de área local

– Caracteristicas de transmisión

Fibra
óptica

Descripción
física

La fibra óptica es un medio flexible y
extremadamente fino, capaz de conducir energía de
naturaleza óptica.

Un cable de fibra óptica tiene una forma
cilíndrica y está formado por tres secciones
concéntricas: el núcleo, el revestimiento y la
cubierta. El núcleo es la sección más
interna, y está constituido por una o varias fibras de
vidrio o
plástico. Cada fibra está rodeada
por su propio revestimiento, que no es sino su otro cristal con
proipiedades ópticas distintas a las del núcleo.
. La capa más exterior que envuelve a uno o varios
revestimientos es la cubierta.

Aplicaciones

Las características diferenciales de la fibra
óptica frente al cable coaxial y al par
trenzado.

• Mayor ancho de banda: El ancho de banda, y por
  tanto la velocidad de transmisión, en las fibras es
  enorme. Mediante experimentos se
  ha podido demostrar que se pueden conseguir velocidades de
  transmisión de 2 Gbps para decenas de kilómetros
  de distancia.
• Menor tamaño y peso: son
  apreciablemente más finas que el cable coaxial o que en
  los pares trenzados embutidos.. La reducción en
  tamaño lleva a su vez aparejada una reducción en
  peso que disminuye la infraestructura.
• Atenuación menor: es significativamente
  menor en las fibras ópticas que en los cables coaxiales
  y pares trenzados, además es constante en un gran
  intervalo de frcuencias.
• Mayor separación entre repetidores:
  cuantos menos repetidores haya el coste será menor y a
  su vez menos fuentes de
  error.

Característica de
transmisión

La luz proveniente
de la fuente penetra en el núcleo. Los rayos que inciden
con ángulos superficiales se reflejan y se propagan
dentro del núcleo de la fibra, mientras que para otros
ángulos, los rayos son absorbidos por el material que
forma revestimiento. Hay dos tipos de transmisión:
multimodo y monomodo.

Transmisión
inalámbrica

En medios no guiados, tanto la transmisión como
la recepcion se lleva a cabo mediante antenas.
Básicamente hay dos tipos de configuraciones para las
transmisiones inalámbricas: direccional y
omnidireccional. En la primera, la antena de transmisión
emite la energía electromagnética concentrandolas
en un haz; por tanto la antena de emisión y
recepcióndeben estar perfectamente alineadas. En el caso
omnidireccional, el diagrama de
radiación de la antena es disperso,
emitiendo en otdas direcciones, pudiendo la señal ser
recibida por varias antenas.

Interfaz
Física

Para que dos dispositivos conectados por un medio de
transmisión intercambien datos es necesario un alto grado
de ccoperación. Típicamente, los datos se
transmiten de bit a bit a través del medio; la
temporizción de estos bits debe ser común entre el
recptor y el emisor. Existen dos técnica habituales para
el control de la
temporización: la transmisión asíncrona y la
síncrona.

Transmisión asíncrona y
síncrona

Transmisión
asíncrona

Consiste en evitar el problema de la
temporización mediante el envío ininterrumpido de
cadena de bits que no sean muy largas. En su lugar los datos se
transmiten enviándolos carácter a carácter, deonde cada
carácter tiene una longitud de 5 a 8 bits. La
temporización o sincronización se debe mantener
durante la emisión del carácter, ya que el receptor
tiene la oportunidad de resincronizarse al principio de cada
carácter.

El principio de cada carácter se indica mediante
un bit de comienzo que corresponde al valor binario
0. A continuación se transmite el carácter,
comenzando por el bit menso significativo, que tendrá
desde cinco a ocho bits. Por ejemplo en los caracteres ASCII, el primer
bit transmitido se rotula b1. Normalmente, este va seguido de un
bit de paridad, que corresponderá al bit más
significativo. E bit de paridad se determina en el emisor de tal
manera que el número de unos dentro del carácter,
incluyendo el bit de paridad,sea par o impar. Este bit se
utilizá también para la detección de
errores. El último elemento es de parada, que corresponde
a un 1 binario.

La transmisión asíncrona es sencilla y no
costosa, si bien requiere de 2 o 3 bits suplementarios por cada
carácter. Por eejmplo en un código
de 8 bits, si se usa 1 bit de parada, de cada 10 bits, 2 no
contendrán información ya que se dedicarán a la
sincronización; por tanto los bits suplementarios llegana
a un 20%.

Transmisión
síncrona

Aquí se transmite un bloque de bits como una
cadena estacionaria sin utilizar códigos de comienzo o
parada. Para prevenir la desincronización entre el emisor
y el receptor, se deben sincronizar sus relojes de alguna manera.
Una posibilidad puede ser proporcionar la señal de reloj a
través de una linea independiente.

Uno de los extremos (el recptor o el transmisor)
enviará regularmente un pulso de corta duración. El
otro extremo utilizará esta señal a modo de reloj.
Esta técnica funciona bien a distancias cortas, no
así en largas.

La otra alternativa consiste en incluir la
información relativa a la sincronización en la
propia señal de datos..

En la transmisión síncrona se requiere
además un nivel de sincronización adicional
àra que el receptor pueda determinar donde está el
comienzo y el final de cada bloque de datos. Para llevar a cabo
esto, cada bloque comienza con un patrón de bits de
preámbulo y generalmente termina con un patrón de
bits de final.

Configuraciones de la línea

Dos de las configuraciones que distinguen a las
disitintas configuraciones del enlace son la topología y si el enlace es "semi-duplex" o
"full-duplex".

Topología

Con el término topología se hace
referencia a la disposición física de las
estaciones en el medio de transmisión.¡

Full Duplex
y Semi-Duplex

El intercambio de datos sobre una línea de
transmisión se puede clasificar como9 "full-duplex"
"semi-duplex". En la transmisión semi-duplex cada vez solo
una de las dos estaciones del enlace punto apunto puede
transmitir. Esto es comparable a un puente con un solo carril con
circulación en los dos sentidos.

En la transmisión full-duplex las dos estaciones
pueden simultáneamente enviar y recibir datos. Este modo
se denomina a su vez simultáneo en dos sentidos y es
comparable a un puente con dos carriles con tráfico en
ambos sentidos.

En la señalización digital, en la que se
requiere un medio guiado, la transmisión full-duplex
normalmente exige dos caminos separados (por ejemplo dos pares
trenzados), mientras que la transmisión semi-duplex
necesita normalmente uno. Para la señalización
analógica dependerá de la frecuencia: si una
estación transmite y recibe a la misma frecuencia, para la
transmisión inalámbrica se deberá operar en
modo semi-duplex, aunque para medios guiados se puede operar en
full-duplex utilizando dos líneas de transmisión
distintas.

Interfaces

La mayoría de los dispositivos utilizados para el
procesamiento de
datos tiene una capacidad limitada de transmisión de
datos. Los dispositivos considerados, normalmente terminales y
computadoras,
se denominan generalmente DTE (" data terminal equipment"). EL
DTE utiliza el medio de transmisión a través del
DCE ("data circuit-termianting equipment"). Un ejemplo de esto
último es un módem. Por un lado el DCE es
responsable de transmitir y recibir bits, de un o en uno, a
través del medio de transmisión o red. Por el otro, el DCE
debe interaccionar con el DTE. Cada pareja DTE-DCE se debe
diseñar para que funcionen cooperativamente. La
especificación de la interfaz tiene cuatro
caracterísiticas importantes:

• Mecánicas
• Eléctricas
• Funcionales
• De procedimiento.

Las características mecánicas
están relacionadas con la conexión física
entre el DTE y el DCE. Típicamente, los circuitos de
intercambio de control y de señal se agrupan en un cable
con un conector, macho o hembra, a cada extremo. El DTEy el DCE
deben tener conectores de distinto género a
cada extremo del cable.

Las características eléctricas
está relacionadas con los niveles de tensión y su
temporización. Tanto el DTE como el DCE deben usar el
mismo código (por ejemplo NRZ-L), deben usar los mismos
niveles de tensión y deben utilizar la misma
duración para los elementos de señal.

Las características funcionales especifican la
secuencia de eventos que se
deben dar en la transmisión de los datos,
basándose en las características funcionales de
la interfaz.

Existen varias normalizaciones para la interfaz.
Aquí se presentan dos de las más significativas:
V.24EIA-232-E y la interfaz física de RDSI.

V.24/EIA-232-E

La interfaz que más se utiliza es la
especificada en el estándar V.24 de la UIT-T. De hecho
este estándar especifica solo los apectos funcionales y
de procedimiento de la interfaz; V.24 hace referencia a otros
estándares para los aspectos eléctricos y
mecánicos. En los Estados Unidos
está la correspòndiente especificación que
cubre los cuatro aspectos mencionados: EIA-232. La
correspondencia es:

• Mecánicos: ISO
  2110
• Eléctricos: V.28
• Funcioales: V.24
• De procedimiento: V.24

Esta interfaz se utiliza para conectar dispositivos DTE
módems a través de líneas de calidad
telefónicas para ser utilizados en sistemas de
telecomunicaciones analógicos
públicos.

Especificaciones
mecánicas

Para el EIA-232-E se utiliza un conector de 25 contactos
metálicos distribuidos de una manera específica
según se define el ISO 2110. Este conector es el
terminador del cable que va desde el DTE (terminal) al
DCE.

Especificaciones
eléctricas

Se utiliza señalización digital en todos
los circuitos de intercambio. Los valores
eléctricos se interpretarán como binarios o como
señales de control, dependiendo la función del
circuito de intercambio. Esta normalización especifica que , respecto a
una referencia de tierra
común, una tensión más negativa que 3
voltios se interprete como un 1 binario, mientras que una
tensión mayor de 3 voltios se interprete como un 0
binario. Esto corresponde al código NRZ-L. La interfaz se
utiliza a una razón de menso de 20 kbps para una distancia
menor de 15 metros.

Especificaciones
funcionales

Los circuitos se agrupan en los datos, los de control,
los de temporización y los de tierra. Hay un circuito en
cada dirección, por lo que se permite el
funcionamiento full-duplex. Es más, hay dos ciruictos de
datos secundarios que son útilies cuando el dispositivo
funciona en semi-duplex.

Hay quince circuitos de control. Los 10 primeros,
relacionados con la transmisión de datos sobre el canal
primario. Para transmisión asíncrona, se utilizan
seis de estos circuitos. Además de estos seis circuitos,
en la transmisión síncrona se utilizan otros tres
circuitos de control.

El circuito detector de la calidad de señal
("Signal Quality Detector") se pone en On por el DCE para indicar
que la calidad de la señal de entrada a través de
la línea se ha deteriorado por encima de un determinado
umbral. Los circuitos de selección
de la razón de la señal de datos ("data signal rate
detector") se utilizan para cambiar de velocidad; tanto el DTE
como el DCE pueden comenzar la modificación.

El último grupo de
señales está relacionado con la verificación
de la conexión entre el DTE y el DCE. Estos circuitos
permiten que el DTE haga que el DCE realice un test de la
conexión. Estos ciruitos son útiles solo si el
módem o el DTE de que se trate permiten un bucle de
control.

El control del bucle es una herramienta útil para
el diagnóstico de fallos. Con el bucle local
se comprueba el funcionameinto de la interfaz local así
como el DCE local. Con los test remotos se puede comprobar el
funcionamiento del canal de transmisión y del DCE
remoto.

Las señales de temporización proporcionan
los pulsos de reloj en la transmisión síncrona.
Cuando el DCE envía datos a través del ciruito de
Recepción de datos, a la vez envía transiciones de
0 a 1 ó de 1 a 0 por el circuito de Temporización
del Receptor con transiciones en la mitad de cada elemento de
señal del circuito de Recepción de Datos. Cuando el
DTE envía datos síncronos tanto el DTE como el DCE
pueden proporcionar lso pulsos de
temporización.

Especificaciones de
procedimiento.

Las características del procedimeinto definen la
sucesión de cómo se usan los difierentes circuitos
de una aplicación determinada.

Por ejemplo: existen dos dispositivos conectados a muy
corta distancia, estos se llaman módems de línea
privada. Admiten señales del DTE y las convierte en
señales analógicas y las transmite a una distancia
corta a través de un medio y las transmite a una distancia
corta a través de un medio. En el otro extemo de la
línea hay otro módem de distancia limitada que
acepta las señales digitales de entrada, las convierte a
digital y las transfiere al terminal o computador
remoto. Se dá por supuesto que el intercambio de
información es en los dos sentidos. En esta
aplicación se necesitan solamente circuitos de
intercambio:

• La señal de tierra (102)
• Transmisión de datos (103)
• Recepción de datos (104
• Petición de envío (105)
• Preparado para enviar (106)
• DCE preparado (107)
• Detector de señal recibida (109)

Cuando el modem (DCE) se enciende y está listo
para funcionar, activa la línea DCE Preparado (aplicando
una tensión negativa y constante). Cuando el DTE
está preparado para enviar datos, activará la
línea activado para preparar. EL módem responde,
cuando está preparado, activando el circuito Preparado
para Enviar. Si la transmisión es semi-duplex, el circuito
de Petición para enviar, a su vez, inhibe al modo de
recepción. El DTE puede ahora transmitir datos a
través de la línea de Transmisión de Datos.
Cuando se reciben datos del módem remoto, el módem
local activa la línea Detector de Señal Recibida
para indicar que el módem remoto está
transmitiendo, y además transfiere los datos a
través de la línea de Recepción de
Datos.

La interfaz física de
la RDSI

La gran variedad de funciones que
proorciona el V.24/EIA-232-E se llevan a cabo mediante el uso de
un gran número de circuitos de intercambio. Esta es una
solución costosa. Una alternativa sería utilizar
menos circuitos incorporando más lógica
de control entre las interfces del DTE y el DCE. La RDSI, es
una red
completamente digital que sustituirá a las redes de
telecomunicaciones analógicas y de telefonía
pública existentes en la actualidad.

Conexión
física

En la terminología RDSI, se establece una
conexión física entre el equipo terminal (TE,
"terminal equipment") y elequipo terminador de línea (NT,
"network-terminating equipment"). Para el estudio que aquí
se va a realizar, estos términos corresponden bastante
aproximadamente a DTE y DCE respectivamente. La conexión
física, definida en ISO 8877, especifica que los cables
del NT y del TE tenga dos conectores correspondientes, cada uno
de ellos con 8 contactos.

Para transmitir datos en cada una de las dos direcciones
se usan dos contactos. Los terminales de contactos se utilizan
para conectar mediante pares trenzados los ciruitos entre el NT y
el TE. Debido a que los circuitos no tienen especificaciones
funcionales específicas, los circuitos de recepción
y transmisión se utilizan para transmitir señales
de datos y de control. La transmisión de control se
transmite usando mensajes.

Especificaciones
eléctricas

La especificaión eléctrica de la RDSI
establece que se use transmisión balanceada, las
señales se transmiten usando dos conductores por ejmplo un
par trenzado. Las señales se transmiten como una corriente
que va a través de uno de los conductores y retorna por el
otro, formándose así un circuito cerrado. En el
caso de las señales digitales, esta técnica se se
denomina señalización diferencial, ya que
los valores binarios dependen del sentido de las diferencias de
tensión entre los dos conductores. La transmisión
no balanceada se usa en interfaces más antiguas como la
EIA-232, las distancias son generalmente cortas.

El modo balanceado tolera más, y produce menos
ruido que el modo no balanceado. Idealmente, las interferencias
en una línea balanceada afectarán a ambos
conductores por igual y no afectarán por tanto a las
diferencias de tensión.. Debido a que la
transmisión no balanceada no posee estas ventajas, su uso
está normalmente restringido a cables
coaxiales.

El formato usdo en la codificación de los datos
en la interfaz RDSI dependen de la razón de datos. En le
enlace básico (192 kbps) el estándar
especifíca la utilización de codificación
pseudoternaria. Los unos binarios se representan por la ausencia
de tensión, y el cero binario se representa por un pulso
negativo o positivo de 750mV. En el enlace primario, hay dos
posibilidades: si se opta por una razón de datos igual a
1.544 Mbps se utiliza la codificación con inversión de marca alternante
(AMI, "alternate mark inversion") con B8ZS y si se opta por una
velocidad igual a 2.049 Mbps se utiliza la codificaión AMI
con HDB3.

Codificación de
datos

La transmisión analógica se basa en una
señal contínua de frecuencia constante denominada
portadora. La frecuencia de la portadora se elige para que sea
compatible con las características del medio que se vaya a
utilizar. Los datos se pueden transmitir modulando la
señal portadora, donde por modulación
se entiende el proceso de
codificar los datos generados por la fuente, en la señal
de frecuencia fc.

Todas las técnicas de modulación implican
la modificación de uno o más de los tres
parámetros fundamentales de la portadora:

• La amplitud
• La frecuencia
• La fase

La señal de entrada se denomina señal
moduladora.

Datos
digitales, Señales digitales

Una señal digital es una secuencia de pulsos
discretos y discontínuos, donde cada pulso es un
elemento de la señal.

Si todos los elementos de señal tienen el mismo
signo algebraico, es decir si son todos positivos o negativos,
se dice que es la señal "unipolar". En una señal
"polar", por el contrario, un estado
lógico se representará mediante un nivel positivo
de tensión y el otro por un nivel negativo. La
razón de datos de una señal es la velocidad de
transmisión, expresada por bits por segundo, a la que
transmiten los datos. La "razón de modulación",
por el contrario, es la velocidad o razón con la que
cambia el nivel de la señal por segundo.

Un factor importante que se puede utilizar para
mejorar las prestacines del sistema es el propio esquema de
codificación. Este es simplemente la correspondencia que
se establece entre los bits de los datos con los elementos de
la señal.

Consideramos los siguientes procedimeintos para su
evaluación y
comparación:

Definición de los formatos de
codificación digital de señales

• Espectro de señal: La
  ausencia de señal a altas frecuencias significa que se
  necesita menos ancho de banda para su transmisión. Es
  más la ausencia de compnente en contínua (dc) es
  también una carcaterística deseable. Si la
  señal tiene contínua, para su transmisión
  se requiere la existencia de una conexión físcia
  directa; si la señal no contiene componente
  contínua es posible su transmisión mediante
  transformadores
  acoplados.
• Sincronización: es necesario
  determinar el principio y fin de cada bit. Se realiza
  proporcionando la sincronización mediante la propia
  señal transmitida.
• Detección de errores:
  Estas técnicas son responsabilidad de una capa por encima del nivel
  de señalización, denominada control del enlace de
  datos. Es útil disponer de una capacidad de
  detección de errores incorporada en el esquema de
  codificación en la capa física.
• Inmunidad al ruido e interferencias:
  Algunos códigos exhiben un comportamiento superior que otros en presencia
  de ruido. Esto se mide en tèrminos de tasa de error por
  bit.
• Coste y complejidad: cuanto
  mayor es la razón de elementos de señal para una
  velocidad de transmisión dada mayor es el
  coste.

No retorno a cero (NRZ,
"Nonreturn to Zero")

LA forma más frecuente y fácil de
transmitir señales digitales es mediante la
utilización de un nivel diferente de tensión para
cada uno de los bits

NRZ se usa generalmente para generar o interpretar los
datos binarios en los terminales y otros
dispositivos.

Una variante del NRZ se denomina NRZI ("Nonreturn to
Zero, invert on ones"). Al igual que NRZ-L, el NRZI mantiene
constante el nivel de tensión mientras dura un bit. Los
datos se codifican mediante la presencia o ausencia de una
transición de la señal al principio del intervalo
de duración del bit, un 1 se codifica mediante la
transición (bajo a alto o alto a bajo) al rpincipio del
intervalo del bit, mientras que un cero se representa por la
ausencia de la transición.

NRZI e sun ejmplo de codificaión diferencial.
En la codificaión diferencial, en lugar de determinar el
valor absoluto, la señal se decodifica comparando la
polaridad de los elementos de señal adyacentes. Una
ventaja de este esquema es que en presencia de ruido puede ser
más seguro
detectaruna transición en lugar de comparar un valor con
un umbral. Otra ventaja es que en un sistema complicado de
transición, no es difícil perder la polaridad de
la señal. Por ejemplo, en un alínea de par
trenzado, si los cables se invierten accidentalmente, todos 1 y
0 enel NRZ-L se invertirán.

Los códigos NRZ son los más
fáciles de implementar y además se caracterizan
por hacer un uso eficaz del ancho de banda.

La principal limitación de las señales
NRZ es la presencia de una componente de contínua y la
ausencia de capacidad de sincronización. Por ejemplo,
una cadena larga de unos o de ceros en un esquema NRZ-L o una
cadena de ceros en el NRZ-I, se codificará como un nivel
de tensión constante durante un largo intervalo de
tiempo. En estas situaciones, cualquier fluctuación
entre las temporizaciones del transmisor y el receptor
darán luigar a una pérdida de
sincronización entre ambos.

Binario
Multinivel

Las técnicas de codificación denominadas
binario multinivel subsanan alguas de las
deficienciasmencionadas para los códigos NRZ.

En el caso del esquema bipolar-AMI, un 0 binario se
representa por ausencia de señal y el 1 binario se
representa como un pulso negativo o positivo. Los pulsos
correspondientes a 1 deben tener una polaridad alternante. Las
ventajas de este esquema son: no habrá problemas de
sincronización en el caso de que haya una cadena larga
de 1. Cada 1 fuerza una
transición, por lo que el receptor se puede sincronizar
en dicha transición. Una cadena larga de 0 es
todavía un problema. No hay componentes de
contínuas. Además el ancho de banda de la
señal resultante es mucho menor que el correspondiente a
NRZ.

Los mismos comentarios se aplican para los
códigos seudoternarios. En este caso el bit 1 se
representa por la ausencia de señal, y el 0 mediante
pulsos de polaridad alternante.

Uno de losproblemas todavía no resueltos es el
grado de sincronización de estos
códigos.

Bifase

Unas técnicas alternativas son las Bifase, que
superan las limitaciones encontradas en los códigos
NRZ.. Dos de estas técnicas denominadas Manchester y
Diferencial, se usan frecuentemente.

En le código Manchester, siempre hay una
transición en mitad del intervalo de duración del
bit. Esta transición en la mitad del bit sirve como un
prodecimiento de sincronización a la vez que se
transmiten los datos: una transición de bajo a alto
representa un 1, y una transición de alto a bajo
representa un 0. En Manchester Difeencial, la transición
a mitad el intervalo se utiliza tan solo para proporcionar
sincronización. La codificación de un 0 se
representa por la presencia de una transición al
principio del intervalo del bit y un 1 se representa mediante
la ausencia de transición.

Todas las técnicas Bifase fuerzan al menos una
transición por cada bit pudiendo tener hasta dos en ese
mismo período. Por tanto, la máxima velocidad de
modulación es el doble que en los NRZ; esto significa
que el ancho de banda necesario es mayor.

La ventajas de los esquemas bifase son:

• Sincronización: debido a la
  transición que siempre ocurre durante el intevalo de
  duración correspondiente a un bit, el receptor puede
  sincronizarse usando dicha transición.
• No tiene componente en contínua
• Detección de errores: se pueden detectar
  errores si se detecta una ausencia de la transición
  esperada en mitad del intevalo

Técnicas de
altibajos

La aceptación que han conseguido los esquemas
bifase en redes LAN a
velocidades relativamentes altas (hasta 10 Mbps), no es
trasladable a redes de larga distancia.

La razón principal de esto reside en el hecho
de que en bifase se requiere una alta velocidad de elemntos de
señal comparada con la velocidad de los
datos.

Otra aproximación alternativa es utilizar
algún procedimiento o técnica de "altibajos". La
idea es sencilla: reemplazar las secuencias de bits que den
lugar a niveles de tensión constante por otras
secuencias que proporcionen suficiente número de
transiciones arriba y abajo para que el reloj del receptor
pueda mantenerse sincronizado. En el receptor se debe
identificar la secuencia reemplazada tendrá la misma
longitud que la original.

Los objetivos de
estas técnicas son:

• Evitar la componente en contínua
• Evitar las secuencias largas que correspondan a
  señales de tensión nula.
• No reducir la velocidad de datos.
• Capacidad para detectar errores

Un esquema de codificación usado en
Norteamérica se denomina B8ZS ("Bipolar with 8-Zeros
Substitution"), y se basa en un AMI bipolar. El incoveniente de
los códigos AMI es que una secuencia larga de ceros
puede dar lugar a una pérdida de sincronización.
Para evitar este problema se realiza una codificaión de
acuerdo con las siguientes reglas:

• Si aparece un octeto con todo ceros y el
  último valor de tensión anterior a dicho octeto
  fue positivo, codificar dicho octeto como
  000+-0-+
• Si aparece un octeto con todo ceros y el
  último valor de tensión anterior a dicho octeto
  fue negativo, codificar dicho octeto como
  000-+0+-

Con este procedimiento se fuerzan dos violaciones de
código del código AMI, lo cual e smuy improbable
que haya sido causado por el ruido u otros defectos en la
transmisión. El receptor identificará ese
patrón y lo interpretará convenientemente como un
octeto todo ceros.

Un esquema de codificación utilizado en
Europa Y
Japón
es el denominado HDB3 ("High Density Bipolar-3 Zeros").
También se basa en la codificación AMI. Em este
esquema, se reemplazan las cadenas de cuatro ceros por cadenas
que contienen uno o dos pulsos. En este caso, el cuarto cero se
sustituye por un estado de eñal no permitido en el
código, este procedimiento se denomina violación
del código.

Reglas de sustitución
en HCB3

Datos
digitales, Señales
analógicas

El caso más conocido de transmisión de
datos digitales a través de la red telefónica.
Esta red se diseñó para recibir, conmutar y
transmitir señales analógicas en el rango de voz
entre 300 y 3400 Hz.

Técnicas de
codificación

Se ha mencionado que la modulación afecta a uno o
más de los parámetros característicos de la
señal portadora: la amplitud, la frecuencia y la
fase.

Existen tres técnicas básicas de
codificaión o de modulación, que transforman los
datos digitales en señales analógicas:

• Desplazamiento de amplitud (ASK, "Amplitudes-shift
  keying")
• Desplazamiento de frecuencia (FSK, "Frequency-shift
  keying")
• Desplazamiento de fase (PSK, "Phase-shift
  keying")

En ASK, los dos valores binarios se representan
mediante dos amplitudes diferentes de la portadora. Es usual
que una de las amplitudes sea cero; o sea, uno de los
dígitos binarios se represnta mediante la presencia de
la portadora aamplitud constante, y el otro mediante la
ausencia de portadora. La señal resultante es por
tanto

S(t)= {A cos(2πfct) 1
binario

{0 0 binario

En el que la portadora es A cos(2πfct). ASK es
sensible a cambios repentinos de la ganancia,
ademαs es una técnica de
modulación ineficaz. EN líneas de calidad
telefónica, ASK se usa normalmente a 1200 bps. Es
utilizada para la transmisión de datos digitales en fibras
ópticas.

En FSK, los dos valores binarios se representan por dos
frecuencias difernetes próximas a la frecuencia de la
portdora. La señal resultante es

s(t)={ A cos(2πf1t) 1 binario

{ A cos(2πf2t) 0 binario

Donde frecuentemente f1 y f2 corresponden a
desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos de la
frecuencia portadora.

FSK es menos sensible a errores que ASK. EN
líneas de calidad telefónica, se utiliza
normalmente a velocidades de hasta 1200 bps. También se
usa en transmisión de radio a
más altas frecuencias (desde 3 hasta 30 MHz).

En el esquema PSK, la fase de la señal portadora
se desplaza para representar con ellos datos digitales. En este
sistema, un 0 binario se representa mediante la
transmisión de una señal conla misma fase que la
señal de la señal anteriormente enviada. Mientras
que un 1 se representa mediante la transmisión de una
señal con la misma fase está en oposición de
fase respecto a la señal precedente. Esta técnica
se conoce como PSK diferencial, ya que el desplazamiento en fase
es relativo a la fase correspondiente al último
símbolo transmitido, en vez, de ser relativo a
algún valor constante de referencia. La señal
resultante es

s(t)={ A cos(2πfc1t+π) 1 binario

{ A cos(2πfct) 0
binario

Datos analógicos, Señales
digitales

Modulación por codificación de
impulsos

Modulación Delta

Espectro
expandido (Spread Spectrum)

Bibliografía consultada

• Comunicaciones y Redes de Computadoras, 6ta
  edición, William Stallings
• Redes de Computadoras, 3era edición, Andrew S.
  Tanenbaum
• Curso Cisco Networking, primer semestre,
  Capítulos 4 y 10
• Como hacer una monografía,
  monografías.com

Arturo Sosa