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La capa física




Enviado por Pablo Turmero



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    Capa Física Especificación de medios de
    transmisión mecánicos, eléctricos,
    funcionales y procedurales Transmite Los Datos N=1 Medio
    físico

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    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

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    (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

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    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).

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    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

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    Estándares de módems para RTC

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    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)

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    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

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    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

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    Modulaciones utilizadas en redes de televisión por cable
    QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying QAM: Quadrature Amplitude
    Modulation

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    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

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    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

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    Sumario Principios básicos Medios físicos de
    transmisión de la información El sistema
    telefónico. Multiplexación PDH y SONET/SDH
    RDSI

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    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

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    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

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    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)

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    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)

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    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

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    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)

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    Atenuación (en dB/100m) de diversos tipos de cable a
    varias frecuencias

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    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

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    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

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    El NEXT lo produce la señal inducida que vuelve y es
    percibida en el lado del emisor Near end Crosstalk (NEXT)

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    El FEXT lo produce la señal inducida que es percibida en
    el lado receptor. Es mas débil que el NEXT Far end
    crosstalk (FEXT)

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    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

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    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)

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    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)

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    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

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    Categorías de cables de pares trenzados

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    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

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    Cable propuesto para categoría 7 (STP: Shielded Twisted
    Pair)

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    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

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    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)

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