Capa Física Especificación de medios de
transmisión mecánicos, eléctricos,
funcionales y procedurales Transmite Los Datos N=1 Medio
físico
Principios básicos Señal analógica vs
señal digital La señal analógica utiliza una
magnitud con una variación continua. La señal
digital emplea valores discretos, predefinidos Módem vs
Códec Módem (MODulador-DEModulador): convierte de
digital a analógico y viceversa Códec
(Codificador-DECodificador): convierte de analógico a
digital y viceversa
CO DEC DEM MO Codificador Modulador Demodulador Decodificador
g(t) m(t) x(t) m(t) s(t) g(t) Codificación en una
señal digital Modulación en una señal
analógica x(t) S(f) t f fc Digital o analógica
Digital o analógica Analógica Técnicas de
codificación y modulación
Teléfono Módem Códec Ejemplo:
teléfono RDSI Transmisor digital Ejemplo: tarjeta RDSI
para ordenador Datos digitales Señal analógica
Señal digital Señal digital Datos digitales Datos
analógicos Señal analógica Señal
analógica Las señales digitales representan la
información como pulsos de voltaje Las señales
analógicas representan la información como
variaciones continuas del voltaje Datos analógicos y
digitales, señales analógicas y digitales
Cambios de fase 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 Señal binaria
Modulación en fase Modulación en frecuencia
Modulación en amplitud Modulación de una
señal digital
0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 NRZ-L NRZI AMI-Bipolar Pseudoternario
Manchester Manchester Diferencial Diversos formatos de
codificación de señales digitales
Distinción entre bit y baudio Bit (concepto abstracto):
unidad básica de almacenamiento de información (0
ó 1) Baudio (concepto físico): veces por segundo
que puede modificarse la onda electromagnética para
transmitir la información El número de bits por
baudio depende del número de valores posibles de la
magnitud utilizada para codificar la información. Por
ejemplo con dos valores 1 baudio = 1 bit/s Símbolo: 1
símbolo/s = 1 baudio
(Gp:) Constelaciones de algunas modulaciones habituales (Gp:)
Amplitud (Gp:) Fase (Gp:) Binaria simple 1 bit/símb. (Gp:)
1 (Gp:) 0 (Gp:) 2B1Q (RDSI) 2 bits/símb. (Gp:) 2,64 V
(Gp:) 0,88 V (Gp:) -0,88 V (Gp:) -2,64 V (Gp:) 00 (Gp:) 01 (Gp:)
10 (Gp:) 11 (Gp:) QAM de 32 niveles (Módems V.32 de 9,6
Kb/s) 5 bits/símbolo (Gp:) 11111 (Gp:) 11000 (Gp:) 01101
(Gp:) 00011 (Gp:) 00100 (Gp:) QAM de 4 niveles 2
bits/símb. (Gp:) 01 (Gp:) 00 (Gp:) 10 (Gp:) 11 (Gp:)
Portadora
Teorema de Nyquist (1924) El número de baudios
transmitidos por un canal nunca puede ser mayor que el doble de
su ancho de banda (dos baudios por hertzio). Ej: Canal
telefónico: 3 KHz ? 6 Kbaudios Canal TV PAL: 8 MHz ? 16
Mbaudios En señales moduladas el número de baudios
ha de ser menor que la anchura del canal (máximo 1 baudio
por hertzio).
Limitaciones en el número de bits por símbolo Para
enviar varios bits por símbolo hay que poder distinguir
mas de dos símbolos diferentes: 2 bits, 4 símbolos
3 bits, 8 símbolos, n bits, 2n símbolos El uso de
valores de n elevados requiere canales analógicos de gran
calidad, o sea elevada relación señal/ruido
Estándares de módems para RTC
Relación señal/ruido La relación
señal/ruido se mide normalmente en decibelios (dB),
ejemplos: SR = 30 dB: la potencia de la señal es 103=1000
veces mayor que el ruido SR = 36 dB: la señal es 103,6 =
3981 veces mayor que el ruido SR (en dB) = 10* log10 (SR)
Ley de Shannon (1948) La cantidad de información digital
que puede transferirse por un canal analógico está
limitada por su ancho de banda (BW) y su relación
señal/ruido (SR), según la expresión:
Capacidad = BW * log2 (1 + SR) = BW * log10(1+SR)/log10(2) = BW *
log10(1+SR)/0,301 Si expresamos SR en dB podemos hacer la
aproximación: Capacidad = BW * SR(dB) / 3 Eficiencia =
Capacidad / BW = SR (dB) / 3 Regla aproximada: la eficiencia (en
bits/Hz) de un canal analógico es un tercio de su
relación señal/ruido en dB
Ley de Shannon: Ejemplos Canal telefónico: BW = 3,3 KHz y
S/R = 36 dB Capacidad = 3,3 KHz * log2 (3981) = 39,5 Kb/s
Eficiencia: 12 bits/Hz Canal TV PAL: BW = 8 MHz y S/R = 46 dB
Capacidad = 8 MHz * log2 (39812) = 122,2 Mb/s Eficiencia: 15,3
bits/Hz
Modulaciones utilizadas en redes de televisión por cable
QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude
Modulation
Teorema de muestreo de Nyquist El teorema de Nyquist
también se aplica a una señal analógica que
se codifica En este caso dice que la frecuencia de muestreo ha de
ser al menos el doble que el ancho de banda de la señal
que se quiere codificar Ejemplo: los CD de audio muestrean la
señal 44.100 veces por segundo, por tanto pueden captar
frecuencias de hasta 22,05 KHz
Ejemplo del teorema de muestreo de Nyquist: digitalización
de una conversación telefónica Muestreo
Señal analógica Frecuencia de muestreo 8 KHz (8.000
muestras/s) Ancho de banda: 300 Hz a 3400 Hz Rango capturado= 0-4
KHz
Sumario Principios básicos Medios físicos de
transmisión de la información El sistema
telefónico. Multiplexación PDH y SONET/SDH
RDSI
Medios físicos de transmisión de la
información Medios guiados (Ondas
electromagnéticas) Cables metálicos (normalmente de
cobre) Coaxiales De pares trenzados (apantallados o sin
apantallar) Cables de fibra óptica Multimodo Monomodo
Medios no guiados (también Ondas electromagnéticas)
Enlaces vía radio Enlaces vía satélite
Velocidad de propagación de las ondas
electromagnéticas La velocidad de propagación
impone un retardo mínimo en la transmisión de
información; además hay que contar el que
introducen los equipos
Problemas de la transmisión de señales en cables
metálicos Atenuación La señal se reduce con
la distancia debido a: Calor (resistencia) Emisión
electromagnética al ambiente La pérdida por calor
es menor cuanto más grueso es el cable La pérdida
por emisión electromagnética es menor cuanto
más apantallado está el cable (menos emisión
electromagnética) La atenuación aumenta con la
frecuencia (aproximadamente proporcional a la raíz
cuadrada de ésta)
Atenuación A 10 MHz la potencia de la señal en un
cable RG-58 (coaxial fino) se reduce a: la mitad en 75m la cuarta
parte en 150m la octava parte en 225m (Gp:) 1/2 = 10-0,3 = 3 dB
(Gp:) 1/4 = 10-0,6 = 6 dB (Gp:) 1/8 = 10-0,9 = 9 dB Decimos que
la atenuación del cable RG-58 a 10 MHz es de 4 dB/100m (75
* 4/3 = 100)
30 1 3 10 1 0,1 0,3 1 KHz 1 PHz 1 THz 1 GHz 1 MHz Frecuencia
Atenuación (dB/Km) Fibra óptica Cable coaxial
grueso (? 0,95 cm) Cable de pares trenzados galga AWG 24 (? 0,95
cm) Atenuación en función de la frecuencia de
algunos cables típicos
Atenuación en función de la frecuencia para un
bucle de abonado típico 3,7 Km 5,5 Km Frecuencia (KHz) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -20 -120 -100 -80 -60
-40 Atenuación (dB)
Atenuación (en dB/100m) de diversos tipos de cable a
varias frecuencias
Problemas de la transmisión de señales en cables
metálicos Desfase. Variación de la velocidad de
propagación de la señal en función de la
frecuencia. Interferencia electromagnética: Externa
(motores, emisiones de radio y TV, etc.). Solo es importante en
cable no apantallado De señales paralelas: diafonía
o crosstalk (efecto de cruce de líneas). La
diafonía puede ser: Del extremo cercano o NEXT (Near End
Crosstalk): señal inducida en el lado del emisor Del
extremo lejano o FEXT (Far End Crosstalk): señal inducida
en el lado receptor La diafonía aumenta con la
frecuencia
Diafonía o Crosstalk La señal inducida en cables
vecinos se propaga en ambas direcciones La señal
eléctrica transmitida por un parinduce corrientes en pares
vecinos
El NEXT lo produce la señal inducida que vuelve y es
percibida en el lado del emisor Near end Crosstalk (NEXT)
El FEXT lo produce la señal inducida que es percibida en
el lado receptor. Es mas débil que el NEXT Far end
crosstalk (FEXT)
Componentes del Crosstalk: FEXT y NEXT El FEXT y el NEXT aumentan
con la frecuencia. El NEXT es más fuerte que el FEXT
porque la intensidad de la señal inducida en el extremo
cercano es mayor. Si se usa una frecuencia distinta en cada
sentido (ej.: ADSL) el NEXT no es problema
Cable coaxial Es el que tiene menor atenuación y menor
interferencia. La impedancia puede ser de 50 o 75 ? 50 ?: usado
en redes locales Ethernet (10BASE2 y 10BASE5) 75 ?: usado en
conexiones WAN y redes CATV (Community Antenna TeleVision)
Cable de pares trenzados La base del bucle de abonado del sistema
telefónico. También se utiliza en todos los
sistemas de red local modernos Los pares suelen ir trenzados para
minimizar interferencias Inadecuado para largas distancias por la
atenuación Según el apantallamiento puede ser: UTP
(Unshielded Twisted Pair) STP (Shielded Twisted Pair) FTP o ScTP
(Foil Twisted Pair o Screened Twisted Pair)
Vista transversal de un cable UTP-5 de cuatro pares Alambre de
cobre. Normalmente AWG 24 (? 0,51 mm) Cubierta hecha con material
aislante Aislante de cada conductor
Categorías de cables de pares trenzados
Cat. 3 Cat. 5 Cat. 5E Cat. 6 Fibra 1 Mb/s 1 Gb/s 100 Mb/s 10 Mb/s
10 Gb/s T. R. 4 Mb T. R. 16 Mb Eth. F. Eth. FDDI G. Eth. ATM 155.
ATM 622. ATM 2,5. Requiere tecnología sofisticada Requiere
tecnología sofisticada Requiere tecnología
sofisticada (dudoso) Por definir Aplicación de los tipos
de cables más habituales
Cable propuesto para categoría 7 (STP: Shielded Twisted
Pair)
Atenuación y Diafonía La atenuación se puede
compensar con un emisor más potente o un receptor
más sensible. Pero la diafonía (especialmente el
NEXT) impone una limitación en el uso de estas
técnicas A medida que aumenta la frecuencia la
atenuación y la diafonía aumentan. Para un cable
dado existe una frecuencia a la cual la intensidad de la
diafonía es comparable a la de la propia señal; esa
es la frecuencia máxima aprovechable de un cable y fija su
ancho de banda
Señal recibida = señal atenuada del emisor Ruido =
NEXT (principalmente) Transmisor (Salida) Receptor (Entrada)
Ordenador Conmutador o hub LAN Señal NEXT Interferencia
externa (la consideramos despreciable) Señal
Transmisión de la señal en una conexión LAN
sobre cable de pares trenzados La relación
señal/ruido Receptor (Entrada) Transmisor (Salida)
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA