introducción a los sistemas de telecomunicacion

Telemática

programa de Comunicación Social

Introducción a los Sistemas de Telecomunicación

Agenda

Introducción a un Sistema de Telecomunicación

• Modelo general

• Conceptos básicos de redes

• Conceptos básicos sobre señales

• Transmisión analógica

• Transmisión digital

• Medios de transmisión

• Esquema General

Circuitos de comunicación de datos

Fuente Emisor Receptor Destino

Medio

La fuente es la que genera la información a trasmitir (ordenador, persona al teléfono). Dependiendo de la fuente la información tendrá un formato u otro (1011101, voz, ...).

El Emisor transforma los datos a transmitir en señales electromagnéticas susceptibles de ser transmitidas por el medio.

El medio es un conjunto de recursos/facilidades que permite transmitir señales electromagnéticas de un origen a un destino.

El receptor recoge las señales electromagnéticas y las convierte en un formato que entiende el destino (información de salida).

El destino es quien recibe la información que genera el origen.

• Ejemplos– Red telefónica conmutada

Persona Teléfono Teléfono PersonaMedio

– Red de computadores

Computador T. Red T. Red ComputadorMedio

• TRANSMISION: Proceso de envío de información a través de la red. En general la información hay que traducirla a una forma electromagnética para poder transmitirse por la red.

• SEÑAL: representación como onda electromagnética de la información.• PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN: Normas de funcionamiento y formatos de señal que

introducen normas y una disciplina en el proceso de transmisión.

Modelo de un Sistema de Comunicaciones

ETD/DTE DCE/ETCD DCE/ETCD ETD/DTE ETD/DTE: Equipo Terminal de Datos

ETCD/DCE: Equipo Terminal de Circuito de Datos

Ejemplo simple sistema de comunicación

Transmisión analógica

Modem ModemMedio Transmisión

Transmisión digital

DTU DTUMedio Transmisión

Tareas claves en la comunicación

• Utilización del Sistema de Transmisión: Uso eficaz• Interfaces• Generación de la señal de manera que se pueda propagar por el medio,

para ser recibida en forma correcta.• Sincronización: Determinar inicio y término de la comunicación y duración

de cada dato.• Gestión de intercambio: Acuerdo de función de cada elemento

Tareas claves en la comunicación

• Detección de error y corrección• Direccionamiento y encaminamiento: Identificación de cada equipo y

rutas a seguir según destino.• Recuperación ante fallas del Sistema de Comunicación • Formato de los datos o mensaje enviado• Seguridad• Administración de red

Medios de transmisión

• Es el camino físico entre el transmisor y el receptor• La información se transmite por cables al variar alguna propiedad física,

como el voltaje o la corriente.• En una transmisión se debe tomar en cuenta las características:

– Eléctricas– Mecánicas– Medio de Transmisión– Procedimiento de Transmisión

ConceptosMedio

– Guiado: por ejemplo: par trenzado, fibra óptica

– No guiado: por ejemplo: aire, agua, vacío

Conexión punto a punto.

3 emplazamientos unidos por una malla de líneas punto a punto.

Conexión sin red: punto a punto.

Si crece el número de usuarios, el número de conexiones y terminales crece al cuadrado.

Nº líneas = N (N-1)/2 =15.

Concepto: Redes

En la realidad, con miles de usuarios, es imposible utilizar conexiones punto a punto: es necesario utilizar una red.

Nº líneas = 6.

Nº líneas = N (N-1)/2 =15.

Concepto: Redes

De transmisión:

De conmutación: telefonía: Circuitos conmutados. Datos: paquetes.

De difusión:

Circuitos semipermanentes.

Los circuitos los crea y los elimina el operador de la red.

Telefonía: Circuitos conmutados. El circuito se establece con la llamada. Lo establece el usuario que llama. Al colgar se borra.

Datos o paquetes. Internet: acceso a una página Web.

TV, radiodifusión, Ethernet.

3 tipos de Redes: transmisión, conmutación y difusión.

• Simplex– Transmisión sólo en una dirección,

• ejemplo: Televisión• Half duplex

– En ambas direcciones, pero no al mismo tiempo• ejemplo: Transmisiones de radio

• Full duplex– En ambas direcciones al mismo tiempo

• ejemplo: teléfono

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

• Full Duplex:– En muchas aplicaciones se requiere que los datos fluyan

asíncrónicamente en ambos sentidos simultáneamente (Tx dúplex).

– El conductor G es la conexión de tierra o retorno de señal. El terminal T es el de Tx, el R es el de Rx de datos.

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

• Velocidad en Baudios: Es la velocidad que se mide según el número de cambios de niveles que experimenta una señal o símbolos, determinando la capacidad necesaria de un canal dado. (Velocidad en Baudios= 1/ Ts, donde Ts: Tiempo duración de un Símbolo)

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

• Transmisión serial:– La información es transmitida forma secuencial por el medio de

transmisión• Transmisión paralela:

– Varios bits son transmitidos en forma simultánea, por diferentes cables, uno por señal.

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

Paralela: se transmiten simultáneamente una palabra de información, utilizando tantos hilos de comunicación como bits componen la palabra.

Emisor Receptor

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

Serie: envía un bit tras otro mediante un único circuito o hilo de comunicación.

Emisor Receptor0 1 0 1 1 0 1 1

Modos de Transmisión

Concepto: Redes

Frecuencia, Espectro y Ancho de Banda

• Conceptos en el dominio del tiempo– Señal continua

• La intensidad de la señal varía suavemente en el tiempo, sin discontinuidades

– Señal Discreta• La intensidad de la señal se mantiene constante durante un intervalo de

tiempo, tras el cual cambia a otro valor constante– Señal periódica

• Poseen un patrón que se repite en el tiempo– s(t + T) = s(t)

– Señal no periódica• No existe patrón que se repita en el tiempo

Conceptos sobre Señales

Señal Continua y Señal Discreta

Conceptos sobre Señales

Señales Periódicas

Señal Sinusoidal

• Amplitud (A)– Máxima intensidad de la señal

• Frecuencia (f)– Velocidad de cambio de la señal– Hertz (Hz) o ciclos por segundo– Periodo = tiempo para una repetición (T)– T = 1/f

Conceptos sobre Señales

Señales Sinusoidales

Espectro y Ancho de Banda• Espectro

– Conjunto de frecuencias que contiene la señal• Ancho de Banda absoluto

– Ancho del espectro• Ancho de Banda efectivo

– Banda estrecha donde se concentra la mayor energía de la señal– Normalmente llamado Ancho de Banda

• Componente continuo (DC)– Componente de frecuencia cero

Conceptos sobre Señales

Transmisión de Datos Análoga y Digital• Datos

– Entidad capaz de transportar información• Señales

– Representaciones eléctricas o electromagnéticas de los datos• Transmisión

– Comunicación de datos mediante la propagación y procesamiento de las señales

• Señales limitadas por el ancho de banda:– Si se tiene una señal que transmite “n” bps, el tiempo necesario

para enviar 8 bits= 8/n [s]• Frecuencia de la primera armónica f= n/8 [Hz]

Conceptos sobre Señales

Datos• Análogos

– Valores continuos dentro de un intervalo. • Digital

– Valores discretos

Conceptos sobre Señales

Señales• Forma que los datos se propagan• Análoga

– Varía continuamente– Se transmite por diferentes medios

• cobre, fibra óptica, espacio– Ancho Banda de la voz 100Hz a 7KHz– Ancho Banda del Teléfono 300Hz a 3400Hz– Ancho Banda del Video 4MHz

• Digital– Usa 2 componentes de “corriente continua”

Conceptos sobre Señales

Datos y Señales• La transmisión de los datos puede ser:

– Análoga, para lo cual, se necesitan equipos moduladores y demoduladores, que transformen la señal digital a análoga (Modems).

– Digital: Se utilizan equipos intermedios llamados DTU (Data Terminal Unit) que adecuan la señal digital a transmitir según las características de la transmisión y la codificación a utilizar.

Conceptos sobre Señales

Datos y Señales

• Usualmente se utilizan señales digitales para datos digitales y señales análogas para datos análogos

• Se puede utilizar señales análogas para llevar datos digitales– Modem

• Se pueden utilizar señales digitales para llevar datos análogos– Compact Disc

Conceptos sobre Señales

Señales Análogas llevando datos digitales y análogos

Señales Digitales llevando datos análogos y digitales

Transmisión Análoga• Las señales análogas pueden ser transmitidas independientemente del

contenido• Pueden ser datos digitales o análogos• Se atenúan con la distancia• Usa amplificadores para reconstruir la señal• También amplifica el ruido

Conceptos Señales

Transmisión Análoga• Cuando se desea transmitir una señal digital por un medio análogo, se debe

convertir de una señal a otra por medio de equipos Moduladores y Demoduladores (Modems). La señal se puede modular según diversos estándares, donde algunos de ellos son:– Modulación FM: Se varía la frecuencia de la señal cada vez que se transmite

un bit, según el valor de éste (1 ó 0).– Modulación AM: Se varía la amplitud de la señal cada vez que se transmite un

bit, según el valor de éste (1 ó 0).

Problema de estas modulaciones. Sólo un bit por período de la señal.

Conceptos Señales

Transmisión Digital• Dependiente del contenido de la señal• Distancia de transmisión limitada ya que se atenúa o varía por el ruido y

la dispersión• Utiliza repetidores, los que reciben la señal, regenera el patrón de unos y

ceros y retransmite, evitando la atenuación• El ruido no se amplifica o es no acumulativo

Conceptos Señales

Transmisión Digital

• Las señales recibidas desde un terminal, no son moduladas, sino se transmiten directamente a través de un canal digital, usando codificaciones (códigos de línea) que permitan disminuir las pérdidas de información y sincronizar ambos DCE.

Conceptos Señales

Ventajas de la Transmisión Digital

• Tecnología digital:– Bajo costo (LSI; VLSI) y menor tamaño

• Integridad de los datos: Al utilizar repetidores en lugar de amplificadores, logra grandes distancias en líneas con menor calidad

• Utilización de la capacidad– Gran ancho de banda con enlaces económicos– Alto grado de multiplexación utilizando técnicas digitales

• Seguridad & Privacídad– Encriptación

• Integración– Los datos digitales o análogos son tratados y procesadas de forma

similar

Conceptos Señales

Perturbaciones en la Transmisión• La señal recibida puede ser distinta a la transmitida• Señales análogas: alteraciones aleatorias que degradan la calidad de la

señal• Señales digitales: bits erróneos• Estos errores se producen por

– Atenuación y distorsión de la atenuación– Distorsión de retardo– Ruido

Conceptos Señales

Atenuación

• La energía de la señal disminuye con la distancia• Respecto a la potencia de la señal recibida:

– Debe ser suficiente para ser detectada– Para ser recibida sin error, debe ser mucho mayor que el ruido

• La atenuación aumenta en función de la frecuencia

Conceptos Señales

Distorsión del retardo• Característica sólo de los medios guiados• La velocidad de propagación varía con la frecuencia de la señal, lo que

produce que las diferentes componentes en frecuencia llegarán en tiempos distintos al destino, produciendo distorsión de la señal (desplazamiento en fase)

Conceptos Señales

Ruido• Señales no deseadas que se insertan entre el transmisor y receptor• Ruido térmico

– Agitación térmica de los electrones– Uniformemente distribuido en el espectro de frecuencias: Ruido

Blanco• Ruido de Intermodulación

– Señales que aparecen y son la suma o la resta de señales de frecuencia original que comparten el medio

Conceptos Señales

Ruido

• Crosstalk o diafonía– Una señal de una línea es captada por otra

• Ruido Impulsivo– No continuo y compuesto por pulsos irregulares de corta duración

y gran amplitud– Pueden producirse por ejemplo por interferencias

electromagnéticas

Conceptos Señales

Medios de Transmisión

• Medios Magnéticos• Alambre de cobre

– Par trenzado– Cable coaxial

• Fibra de vidrio (fibra óptica)• Enlaces Inalámbricos (ondas electromagnéticas)

Espectro electromagnético

Medio Magnético

• Ventaja:– Gran Ancho de Banda– Bajo Costo

• Desventaja:– Retardo

Conceptos Señales

Par trenzado

• Aplicaciones– Medio físico más común– Red Telefónica– Dentro de edificios: Para las PBX, tendido telefónico interno– Para redes de área local (LAN)

Par trenzado

• Características de la transmisión:– Análogo

– Amplificadores cada 5 Km a 6 Km– Digital

– Repetidores cada 2 Km a 3 Km– Distancia limitada– Ancho de Banda limitado (1MHz)– Velocidad de datos limitada– Susceptible a interferencia y ruido

Par trenzado

• Ventajas:– Bajo costo– Gran Ancho de Banda y distancia– Fácil instalación y mantención– Gran difusión en el mercado– Diferentes aplicaciones y escalabilidad

• Desventajas:– No inmune al ruido electromagnético.– Menor Ancho de Banda– Menor Distancia

Cable Coaxial

• Alambre de cobre rígido como núcleo, rodeado de material aislante o dieléctrico (generalmente plástico), seguido por un conductor con un tejido fuertemente trenzado, el cual se cubre con una envoltura protectora de plástico.

• La construcción y blindaje del cable coaxial le confieren una buena combinación de elevado ancho de banda y excelente inmunidad al ruido

Cable Coaxial

• Aplicaciones:– Medio más versátil– Distribución de Televisión

• TV Cable– Transmisiones de largas distancia y gran capacidad en telefonía

• Puede llevar 10,000 canales de voz simultáneamente• Está siendo reemplazado por la fibra óptica

– Cortas distancias en enlaces de computación• LAN (Local Area Networks)

Cable Coaxial

• Características de la Transmisión:– Análogo

• Amplificadores cada pocos Km.• Permite mayores frecuencias, sobre 500MHz

– Digital• Repetidores cada 1km• Permite grandes velocidades de datos pero con restricciones

respecto a los repetidores y conexión

Cable Coaxial

• Existen 2 tipos de cable:– Uno utilizado en transmisión de señales en redes de área local

(señales digitales) con una impedancia de 50 Ώ.– Y otro utilizado para la transmisión de señales análogas como telefonía

o TV-Cable, con una impedancia de 75 Ώ.

Cable Coaxial

• Ventajas:– Las tasas de transmisión son altas, pudiendo alcanzar de 1 a 2 Gbps

en cables de 1 Km.– Por su composición tiene una buena inmunidad al ruido.

• Desventajas:– Mayor costo– Difícil instalación por su poca flexibilidad.– Alta tasa de fallas en redes de computadores

Fibra Óptica

• La fibra de vidrio delgada, de diámetro inferior a 250 m se recubre de un forro plástico que la protege y permite doblarla sin romperla.

• Atenuaciones muy bajas (< 0,02 dB/km)• Sin interferencias electromagnéticas

Fibra Óptica

• Beneficios– Gran capacidad

• Velocidades de transmisión de Gbps– Tamaño y peso pequeño– Baja atenuación– No le afecta el ruido electromagnético– Gran distancia entre repetidores

• 10 km al menos, en fibra monomodo

Fibra Óptica

• Transmisiones a larga distancia• Transmisiones Metropolitanas• Acceso a áreas rurales• Bucles de abonado (la última milla)• LAN

Fibra Óptica

Fibra Óptica

• Existen diferentes tipos de fibra, según como la luz se propague en ellas:• Fibra Optica Multimodo: La luz se propaga en varios rayos cada

uno con un modo diferente, con ángulos distintos. Mayor diámetro, más pérdida, distancias menores.

• Fibra Monomodo o modo único: El diámetro de la fibra es mucho menor, por lo que la luz se propaga sólo en línea recta sin rebotar. Menor diámetro, menos pérdida, distancias mayores.

Fibra Óptica

• También se clasifica la fibra según como se distribuya en ella el índice de refracción:– Fibra óptica de índice gradual (va cambiando en forma gradual del

centro de la fibra disminuyendo hacia fuera)– Fibra óptica de índice escalonado (en la fibra un índice y afuera otro)

Modos de Transmisión en Fibra Óptica

Fibra Óptica

• Ventajas:– Ancho de Banda ilimitado– Pérdidas pequeñas– Inmune ruido electromagnético– Pequeño grosor y peso– No afecto a corrosión

• Desventajas:– Manejo e instalación de la fibra complicado (empalmes y derivaciones,

por ejemplo)– Son inherentemente unidireccionales, aunque se experimentan

tecnologías que permiten bidireccionalidad– El costo de las interfaces es mayor que el del tipo eléctrico

Fibra Óptica

• Comparación con Cables de Cobre:– Ancho de banda de la Fibra es mucho mayor– Puede transmitir sobre 30 Km. sin repetidores, en cobre máximo 5 Km

(ahorro)– La fibra no está afecta al ruido electromagnético y a la corrosión.– La fibra es delgada y ligera– La fibra no tienen fugas de luz y son difíciles de intervenir (seguridad).– Las fibras no se afectan entre sí.– Las interfaces de fibra son más caras que las de cobre.

Comunicación de Micro-ondas

• Microondas: transmite señales de radio de alta frecuencia a través de la atmósfera. Se emplea para comunicación de larga distancia. Problema: el alcance está limitado por la curvatura de la Tierra (40-50 km).

• Satélites: empleados en la transmisión de grandes cantidades de datos a larga distancia. Se sitúan en órbitas de más de 35.000 kilómetros sobre la tierra. Problema: retraso debido a la distancia.

Transmisión satelital

Transmisión Celular