TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DEL ORIENTE DEL ESTADO DE MEXICO

Asignatura: Teoría de las Telecomunicaciones.

Autor: Ing. Antonio Martínez Gil.

La Paz , estado de México. 04 de Agosto del año 2011.

INTRODUCCION Valorar la importancia que tiene los sistemas telemáticos hoy en día y su la base teórica en torno al área de la telecomunicaciones es un aspecto que el estudiante de ingeniería en sistemas computacionales no debe de pasar por alto. De la misma manera la forma en que debe de conocer el proceso de modulación para así seleccionar el medio de transmisión requerido para la adecuación de las señales en turno, es un conocimiento que fortalecerá mucho su ejercicio profesional del egresado. En este cuadernillo de apuntes se contemplan lo referido a los dos párrafos anteriores pero además también se contemplan los diferentes procesamientos adicionales requeridos para la transmisión de datos y de esa menara lograr un eficaz manejo de los recursos como son tiempo y ancho de banda En ese mismo tenor no debe de dejar pasar por alto los principales medios empleados en los procesos de comunicación, así como las perturbaciones y las técnicas para detectar y corregir errores que se generan en la transmisión de datos. Por último es importante que todo este material presentado sirva para que el alumno enfoque a las telecomunicaciones dentro de las aplicaciones del saber hacer humano en las diferentes áreas que este necesita para subsistir. Sin otro particular presento este material esperando sirva de utilidad al alumnado del TESOEM.

Atentamente: Profesor Antonio Martínez Gil.

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Tabla de Contenido

Unidad 1.- Introducción a las telecomunicaciones ..............................................................................4

1.1.- Las telecomunicaciones y su importancia en la vida moderna ...............................................4

1.2.- Elementos de un sistema de comunicación ............................................................................6

1.3.- Unidades y medidas .................................................................................................................7

1.4 Las señales y sus clasificaciones .................................................................................................8

1.4.1. Señales periódicas y aperiódicas. ......................................................................................9

1.4.2.- Señales deterministicas y aleatorias ............................................................................. 10

1.4.3.- Señales de energía y de potencia ................................................................................. 10

1.4.4.- Señales analógicas y digitales. ....................................................................................... 12

Unidad 2.- Técnicas de modulación. ................................................................................................ 14

2.1 - Importancia de la modulación ............................................................................................. 14

2.2.- Técnicas de modulación analógica. ..................................................................................... 14

2.2.1.- Modulación en amplitud (am). ..................................................................................... 14

2.2.2.- Modulación en frecuencia (fm)..................................................................................... 14

2.3.- Conversión analógica a digital. ............................................................................................. 15

2.3.1 Teorema de Nyquist. ........................................................................................................ 18

2.4.- Modulación en banda base .................................................................................................. 19

2.4.1.- Codificación amplitud. .................................................................................................. 19

2.4.2.- Codificación polar: NRZ, NRZ-L, amplitud y amplitud diferencial. ................................. 19

2.4.3.- Codificación amplitud: AMI, B8ZS Y HDB3 ..................................................................... 20

2.5.- Técnicas de modulación digital. ........................................................................................... 21

2.5.1.- Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK). ................................................... 21

2.5.2.- Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). .................................................. 22

2.5.3.- Modulación por desplazamiento de fase (PSK). ............................................................ 22

2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM). ............................................................. 23

Unidas 3.- Técnicas de transmisión, Multiplexación y Conmutación. ............................................. 24

3.1.- Tipos de velocidades ............................................................................................................. 24

3.1.1.- Velocidad de Transmisión (bps) ..................................................................................... 24

3.1.2.- Velocidad de Modulación (Baudios) .............................................................................. 25

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3.2.- Transmisión de datos ............................................................................................................ 25

3.2.1.- Modos de Transmisión: Simplex, half – dúplex y full – dúplex. ..................................... 26

3.2.2.- Tipos de Transmisión: Transmisión en Serie, Transmisión Paralela. ............................ 28

3.2.3.- Técnicas de transmisión:................................................................................................ 29

3.2.4.- Tipos de conexión: punto a punto y multipunto ........................................................... 30

Unidad 4.- Medios de transmisión y perturbaciones ....................................................................... 30

4.1.- Medios Guiados .................................................................................................................... 30

4.1.2.- Cable coaxial (señal eléctrica) ........................................................................................ 34

4.1.3.- Fibra óptica (señal luminosa) ......................................................................................... 37

4.2.- Medios no guiados. .............................................................................................................. 41

4.2.1 Transmisión de señales de radio. ..................................................................................... 41

4.2.2 Microondas en el espacio libre. ...................................................................................... 43

4.2.3 Satélite. ............................................................................................................................ 44

4.2.4 Infrarrojas ......................................................................................................................... 46

4.3 Perturbaciones. ....................................................................................................................... 47

4.3.1 Ruidos. .............................................................................................................................. 47

4.3.2 Distorsión por retardo...................................................................................................... 48

4.3.3 Atenuación. ...................................................................................................................... 49

4.4 Efectos del ruido en las señales transmitidas (errores en la recepción). ............................... 49

4.5.- Mecanismos para la detección de errores. .......................................................................... 49

4.5.1.- Verificación de redundancia vertical (VRC). .................................................................. 50

4.5.2 Verificación de redundancia longitudinal (LRC). .............................................................. 50

4.5.3 Verificación de redundancia cíclica (CRC). ....................................................................... 51

4.6 Corrección de errores. ............................................................................................................ 52

4.6.1 El código de Hamming. .................................................................................................... 52

Unidad 5.- El presente y futuro de las comunicaciones .................................................................... 53

5.1 Sistema telefónico conmutado. .............................................................................................. 53

5.2.- Comunicaciones móviles...................................................................................................... 55

5.3 Internet. .................................................................................................................................. 56

5.4 Impacto de las telecomunicaciones en diversas areas. .......................................................... 58

5.4.1 Educación. ........................................................................................................................ 58

5.4.2 Medicina. ......................................................................................................................... 59

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5.4.3 hogar. ............................................................................................................................... 60

5.4.4 comercio electrónico. ...................................................................................................... 61

5.4.5 empresas virtuales ........................................................................................................... 61

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Unidad 1.- Introducción a las telecomunicaciones 1.1.- Las telecomunicaciones y su importancia en la vida moderna Las telecomunicaciones actualmente son de vital importancia, por medio de estas es posible enviar información a lugares cercanos y lejanos en fracciones de segundos y minutos respectivamente. Hoy en día muchos de nosotros sabemos usar estos servicios, y lo vemos relativamente fácil de usar ya se ha convertido en algo cotidiano; es importante tener en cuenta que cuando los utilizamos por primera vez se dificulto un poco, sin embargo al paso de estar empleando estos servicios nos hemos familiarizado lo suficiente de manera que ahora los manejamos con facilidad. La infraestructura no solo es una herramienta de la actividad económica, no solo se encuentra en la tecnología que tiene una cuidad referente en construcción sino como se relaciona con las telecomunicaciones, imaginemos ciudades sin electricidad, sin calles pavimentadas, etc., como tendríamos los medios necesarios para poder construir y/o mejorar las telecomunicaciones, la infraestructura en las telecomunicaciones es vital para que esta sea mejor cada día, no solo es crecer el servicio llevarlo a lugares donde no hay, sino también en ir cambiando la infraestructura de este para mejorar día tras día para evitar que llegue ase obsoleto. La Infraestructura en las telecomunicaciones es vital para los países desarrollados y subdesarrollados, debido a que si se invierte en ella reduce los costos de producción de varias industrias, siendo el efecto mayor y más sensible en aquellos países donde la infraestructura no es suficiente. Por ejemplo, en un estudio realizado en 1994 en México, se encontró una importante relación entre el nivel de infraestructura en telecomunicaciones y los costos marginales de varias industrias del país. En efecto, se analizó la relación que hay entre el acervo real de infraestructura en telecomunicaciones y los costos de producción de quince sectores productivos. En el análisis se observó una reducción en los costos marginales de todos los sectores productivos mexicanos ante el aumento de la inversión en infraestructura de telecomunicaciones. Un resultado interesante consiste en que la incidencia es muy parecida en todos los sectores, tanto industriales como de servicios. El Centro de Investigaciones Económicas de México (CIEM) realizo un estudio para demostrar la relación que existe entre el crecimiento en la infraestructura de telecomunicaciones y el crecimiento en algunos sectores de la economía, el cual hizo una muestra de treinta países de varias regiones del mundo. Allí, los autores compararon la tasa promedio de crecimiento anual en el número de líneas telefónicas para cada mil habitantes y la tasa promedio de crecimiento anual de

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los sectores industria y servicios, durante este mismo periodo. Tanto el crecimiento del sector industrial como el del sector servicios están positivamente relacionados con el crecimiento en el número de líneas telefónicas. Se concluye de esto, si la cobertura de líneas telefónicas por cada mil habitantes creciera un 10%, sector industrial lo haría en un 6.3% y el de servicios lo haría en un 6.9%. Este estudio me hizo recordar lo que paso no hace muchos años, Telcel ofrecía un servicio con señal digital el cual llegaba en todo México, aquí en Yucatán tenía el estado cubierto con la señal, surgió ya la famosa señal GSM (Sistema Global para comunicaciones Móviles o Global System for Mobile communications, para su siglas en ingles) el cual no tenía tanta cobertura como la señal que ellos usaban, pero si era mejor tanto en sentido de servicio como de mantenimiento, ahí venia una interrogante ¿Quedarse así o mejorar el servicio? Si decidía mejorar el servicio, tendría que invertir en instalación de la nueva tecnología, reducir su cobertura, pero ganaría mejor servicio y menor mantenimiento, se optó por adaptarla, durante los primeros años de este servicio de vio menor debido a que en muy pocos municipios llegaba la señal, hoy en día está casi en todos los municipios y es la compañía más usada en el estado, esto nos da un ejemplo de que ellos decidieron mejorar su servicio el cual tenía riesgos, y ahora a pesar de que en el estado hay Movistar, Iusacell, Unefon aún no logran desbancarlo de la cima. Las telecomunicaciones se han convertido en una de las actividades más utilizadas alrededor del mundo. Huber las denomina el tele cosmos pues, en su opinión, las mismas se están expandiendo más rápidamente que cualquier otro cosmos, Esto se debe a que, en la última década, los medios que se utilizaban para llevar a cabo las comunicaciones han aumentado la capacidad para enviar información por más de un millón de veces. Lo cierto es que la revolución tecnológica ha transformado la industria de las telecomunicaciones y, por tanto, será regulación de este importante mercado en cada país la que marcara la velocidad de esta transformación en cada uno de ellos. Referencias Comunicaciones y Redes de Computadores 6ª Ed., Cap. 1 William Stallings Prentice Hall

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1.2.- Elementos de un sistema de comunicación En toda comunicación participan una serie de elementos básicos. En la comunicación humana hablada, participan los elementos de: emisor (el que habla), receptor (el que escucha), y el canal (el aire). Pero en una comunicación más compleja como puede ser la telefónica o la de internet, nos vemos obligados a incluir un elemento más. Este elemento es el llamado transductor. En una comunicación compleja distinguimos al anterior ya nombrado, emisor el cual es el elemento terminal que lanza la información y luego está el canal por el que se transmite, en el caso de internet, hablamos del canal de la red telefónica, posteriormente la información viaja por el canal hasta llegar al receptor, que se contrapone al emisor, puesto que este es el terminal final que recibe la información. Ahora bien, supongamos que esta comunicación citada la hacemos por el teléfono. Lógicamente no funcionaria puesto que por la red telefónica no se puede enviar la voz como señales sonoras. Es aquí donde actúa el ya mencionado transductor, este sirve para transformar la naturaleza de la señal. En el ejemplo anterior seria el teléfono, el cual se encarga de transformar las señales sonoras en eléctricas para mandarlas por la red telefónica. El transductor realiza también el proceso inverso, convertir las señales eléctricas en las señales de primera naturaleza. En el ejemplo, sería el teléfono del receptor. En conclusión, los transductores convierten las señales naturales recibidas en magnitudes (aquello que se pude medir) físicas, generalmente señales eléctricas. En la telemática (ciencia que estudia la comunicación) se suelen enviar señales eléctricas, puesto que viajan a la velocidad de la luz y son fácilmente transportables.

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1.3.- Unidades y medidas Decibelios: Los decibelios fueron desarrollados por las compañías telefónicas para poder expresar las pérdidas y ganancias en los sistemas de transmisión telefónicos. Para explicar el concepto veamos un ejemplo; si tenemos dos amplificadores en cascada: A1 * A2. Si A1 = 275 y A2 = 55, entonces A1*A2 = 15 * 125. Para hacer esto mas fácil, en la Bell Telephone usaron las propiedades de los logaritmos. El logaritmo de la multiplicación de dos números será igual a la suma de sus respectivos logaritmos: log (A*B) = log A + log B. Así inventaron la unidad llamada “Bell” de manera que una ganancia en Bels = log A donde A era el factor de potencia de un amplificador. Regresando al ejemplo anterior. Log 275 = 2.439 y log 55 = 1.740, entonces la ganancia total seria: 2.439 + 1.74 = 4.179 Bels. Decibelios o decibeles: Pronto se dieron cuenta de que necesitaban trabajar con dos decimas para poder mantener los errores de redondeo por debajo de un nivel razonable.

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Observemos que la diferencia entre el 4.179 Bels, corresponde a una ganancia de 15,849, mientras que 4.2 Bels es una ganancia de 15,849, lo cual significa un error de cerca del 5%. Por esto se decidió crear la unidad correspondiente a 10 Bels. Surgió del decibelio o dB. La ganancia en decibelios o dB = 10 log A. Hay dos métodos principales para utilizar los decibelios. La primera es para expresar en decibelios un factor de potencia conocido. La segunda aplicación es para medir la diferencia entre dos niveles. De aquí se desprenden algunas variantes del decibelio. 1.- N(dB) = 10 log (P1/P2) si medimos potencias. 2.- N(dB) = 10 log (Potencia [ W ] / 1 W ). El (decibelio - vatio) se usa en aplicaciones de microondas. Se elige como referencia el el valor de 1 W. 3.- N(dB) = 20 log (V1 / V2), si medimos tensiones. 4.- N(dBmV) = 20 log ( Tension [mV ] / 1 mV ). El dBmV se usa en aplicaciones de TV por cable y en las LAN de banda ancha. Se elige como referencia el valor de 1mV. Otras unidades de medición que se tienes son las siguientes: Velocidad de modulación.- Numero de cambios del valor de una señal por

segundo en la línea o medio de transmisión. Esta velocidad se mide en baudios.

Velocidad de transmisión.- Numero de bits transmitidos por segundo medido en bps (bits por segundo). Depende del método de codificación y de la velocidad de transmisión.

Velocidad de transferencia.- Es la cantidad de información útil que puede transmitirse por unidad de tiempo.

1.4 Las señales y sus clasificaciones De una u otra forma, las señales son un elemento fundamental de la vida. Por medio de ellas nos comunicamos, gracias a las señales de voz, por imágenes de personas u objetos en nuestro entorno. De igual manera, el Internet resalta en importancia al comunicarnos, ya que utiliza señales que transportan información. En si, una señal se define formalmente como la función de una o más variables, que transportan información acerca de un fenómeno físico. Cuando la función depende de una sola variable, se dice que la señal es unidimensional. En cambio

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cuando la función depende de dos o más variables, se dice que la señal es multidimensional.

1.4.1. Señales periódicas y aperiódicas. Una señal x(t) periódica y dependiente del tiempo se repite cada T segundos, donde T se conoce como el período de una señal, además de ser una constante de valores positivos, para el cual debe de satisfacer la condición: x(t)=x(t+T) para todo t Si esta condición se satisface para T=T0, Entonces también se satisface para T=2T0,3T0,...

El periodo fundamental T0 de x(t) es el valor positivo más pequeño de T para el cual la formula x(t)=x(t+T) se satisface.

Esta definición de período fundamental es válida excepto si x(t) es una constante.En esta situación será indefinido ya que x(t) es periódica para cualquier valor de T.

El recíproco del periodo fundamental T se denomina la frecuencia fundamental se denomina la frecuencia fundamental de la señal periodo ésta describe con qué frecuencia se repite. Siendo: f= 1/T La frecuencia se mide en hertz (Hz) o ciclos segundos. La la frecuencia angular, medida en radianes por segundo, está definida por: w= 2pi/T Cualquier señal para la cual no hay valor de T que cumpla la condición x(t)=x(t+T) se le llama señal aperiódica o no periódica. Para señales de tiempo discreto x[n], se considera que una señal es periódica si se satisface la condición:

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x[n]=x[n+N] para todos los enteros n donde N es un entero positivo. El valor más pequeño del entero N para el cual satisface la condición anterior, recibe el nombre de periodo fundamental de la señal en tiempo discreto x[n]. La frecuencia angular fundamental de x[n] está: descrita por:

O=2pi/N Medidas en radianes/segundo.

1.4.2.- Señales deterministicas y aleatorias El modelo de la señal es definido como la descripción matemática para dicha señal; de esta manera se pueden modelar como funciones de tiempo especificadas; de esta manera las señales deterministicas son aquellas en torno a la cual no hay incertidumbre con respecto a su valor. Una señal aleatoria es aquella en la que hay incertidumbre con antes de su ocurrencia real. Tal debe verse como parte de un todo o grupo de señales, con cada señal en el grupo con diferente forma de onda. Contando cada señal con cierta probabilidad de ocurrencia.

1.4.3.- Señales de energía y de potencia Utilizando la expresión para la potencia instantánea de la señal x(t): p(t)=x2(t) Se define la energía total de la señal total en tiempo continuo x(t) como:

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y su potencia promedio como:

Se puede observar que la potencia promedio de una señal periódica x(t) fundamental T está determinada por :

La raíz < cuadrada de la potencia promedio P recibe el nombre de valor medio cuadrático (rms) de la señal x(t). Para una señal en tiempo discreto x[n], se utilizan sumatorias. Así la energía total de x[n] se define por medio de:

y su potencia promedio se define mediante:

Ahora bien, la potencia promedio de una señal periódica x[n] con periodo fundamental N está dada por:

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Una señal se conoce como señal de energía si y sólo si la potencia promedio satisface la condición:

Por otro lado, si una señal cumple la condición:

Las clasificaciones de energía son mutuamente excluyentes. En particular una señal de energía tiene potencia promedio cero, mientras que una señal de potencia tiene energía infinita. Además que las señales periódicas y las señales aleatorias suelen verse como señales suelen ser señales de potencia, en tanto que las señales que son deterministas como no periódicas son señales de energía. Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas y de Ingeniería Señales y sistemas lineales http://personales.com/mexico/guadalajara/neth/

1.4.4.- Señales analógicas y digitales. El comportamiento de la naturaleza es analógico: la intensidad (amplitud) de los fenómenos que en ella se producen cambian continuamente a través del tiempo. La presión atmosférica y la temperatura, por ejemplo, están cambiando continuamente de un valor a otro y en el ínterin registran millones de valores. Otro ejemplo de señal analógica es la que envía nuestra voz.

Señal Analógica Tiempo

Amplitud

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Las señales analógicas son por ende señales eléctricas de variación continua en intensidad o amplitud en el tiempo, como se puede apreciar en la figura. Hasta hace poco, la forma dominante de transmisión de señales de radio y televisión ha sido analógica. La gran desventaja de ese tipo de transmisión es que el ambiente genera también señales del tipo analógico, conocidas como ruido, que generalmente interfieren con las que acarrean información y crean complicaciones resultando en una señal de menor calidad.

Por otro lado, las señales digitales adquieren uno de dos valores a través del tiempo, como se puede apreciar en la figura. Su comportamiento se puede equiparar al de un interruptor (o switch) que tiene uno de dos estados; encendido o apagado. Las ventajas de este tipo de transmisiones: 1.- Su inmunidad a las interferencias ya que al digitalizar una señal se elimina el “ruido” producido por el medio ambiente, produciendo una señal mas pura y de mayor resolución (si se cumplen otros requisitos que no son importantes en este momento). 2.- Que puede codificarse usando el sistema binario que se basa en los dígitos 1 (encendido) y 0 (apagado). Este tipo de código se presta al almacenamiento, o sea, se puede guardar en memorias de las utilizadas en cámaras digitales y discos duros de computadoras.

Por Isaías Ferreira

Señal Digital

Amplitud

Tiempo

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Unidad 2.- Técnicas de modulación. 2.1 - Importancia de la modulación La modulación es la técnica mediante la cual se modifica la señal eléctrica (onda portadora) de manera que la señal pueda transportar información inteligente por algún medio de comunicación. A la señal modulada se le llama frecuentemente se le llama de banda ancha y la señal con que se hace el transporte se denomina onda portadora. Para poder llevar a cabo este proceso se tiene las siguientes técnicas. 2.2.- Técnicas de modulación analógica.

2.2.1.- Modulación en amplitud (am). La modulación en amplitud (AM) es utilizada para transmitir información de audio (voz, música, entre otros) en la onda portadora de RF. AM es una mezcla de señales de AF y RF, de manera que las variaciones de amplitud de la señal de AF (modulación) alteran la amplitud de la señal RF (portadora). También se le conoce como un tipo de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir. La modulación de amplitud es equivalente a la modulación en doble banda lateral con reinserción de portadora. La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF550 a 1699 khz. La cual es utilizada en las comunicaciones radiales entre los aviones y las torres de control de los aeropuertos y de un rango de frecuencia modulada.

2.2.2.- Modulación en frecuencia (fm). La modulación en frecuencia (FM) es el proceso de combinar una señal de AF (Audio Frecuencia) con otra de RF (Radio Frecuencia) en el rango de frecuencia entre 88 MHZ y 108 MHZ, tal que la amplitud de AF varié la frecuencia de la RF. Frecuencia modulada o modulación de frecuencia transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud

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modulada o modulación de amplitud, en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una técnica conocida como modulación por desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una técnica conocida como modulación por desplazamiento de frecuencia. La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de las siglas en ingles “Wide-FM”). En la radio de dos vías, la banda estrecha ó N-FM (de las siglas en ingles “Narrow.FM”) es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio. La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de video analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. 2.3.- Conversión analógica a digital. La transformación de una señal analógica en digital por modulación de pulsos codificados se realiza con los pasos siguientes:

1. Muestreo 2. Cuantificación 3. Codificación

Muestreo En los sistemas de audio, por ejemplo una frecuencia de audio es transportada en forma continua a lo largo de la portadora. Sin embargo, la pregunta fue si esto es realmente necesario para transmitir la señal completa o si la transmisión del valor de la señal en intervalos regulares pudiera ser suficiente. Los científicos Nyquist y Shannon, examinaron el problema y concluyeron que muestras tomadas en intervalos regulares pueden ser usadas para transmitir una señal de audio.

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Muestreo

Cuantificación: La cuantificación representa la amplitud de una muestra por la amplitud de nivel discreto más cercano. Para poder ser la transmisión digital, cada valor de la muestra tendrá que ser representado por un código. Dado que el número de códigos es limitado, lo valores de la amplitud serán redondeadas al valor más cercano, el cual puede representarse por un código. El numero de niveles de cuantificación M está estrechamente relacionado con el número de bits n que son necesarios para codificar cada muestra, por lo tanto: M = 2 ala8 = 256 niveles Hay dos métodos principales para cuantificar una señal: Cuantificación lineal y no lineal. Método de cuantificación lineal: El rango total de valores de voltaje que pueden ser manejados es subdividido en un número de subrangos de voltajes iguales. Cada subrango corresponde a una combinación de código. En ese momento la codificación de cualquier voltaje situado entre los límites bajo y alto de un subrango, es codificado con el mismo código. En el momento de codificar, un código es representado por un voltaje correspondiente a la mitad del subrango (nivel de cuantificación o quantum).

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El resultado es que cierta cantidad de ruido es adicionada a la señal original, esto es llamado ruido de cuantificación. Método de cuantificación no lineal: Como la cuantificación no lineal de señales resulta en una mala relación “señal a ruido”, otra clase de cuantificación ha sido encontrada para obtener una razón “señal a ruido”, de un valor constante para cualquier nivel de la señal. Los niveles de cuantificación tienen que ser seleccionados de un modo logarítmico. Esto significa que se usara una cuantificación no lineal. Es claro que niveles de ruidos altos, pueden ser permitidos para señales muestreadas con un nivel alto pero no para señales con nivel pequeño. Existen dos estándares o leyes para la cuantización no lineal: Ley “ A “; estandarizado por CEPT y UIT-T, usado en Europa. Ley “μ “ ; sistema estandarizado por la North American Bell y UIT-T. Después de ser cuantificada, la muestra de entrada, está limitada a 256 valores discretas. La mitad de estas son muestras codificadas positivas, la otra mitad son muestras codificadas negativas. Hay 256 niveles, asi que son necesarios 8 bit para codificar todos los niveles. Cada combinación de 8 bits corresponde a un nivel. Para seleccionar cual combinación correspondería con cual nivel, existen diferentes posibilidades. Existen muchos códigos diferentes, pero los códigos mas usados son: Código Natural y Código Simétrico. Código Natural: Usando el código natural, veremos que el nivel de señal más bajo (valor más negativo) corresponderá al código con el peso menor (00000000). De acuerdo al nivel de señal más alto (nivel más positivo) corresponderá al código con peso más alto (11111111). Código Simétrico: En este código, los 8 bits están divididos en 2 partes; 1 bit de signo y 7 bits de magnitud. El primer bit (bit de signo) corresponde al signo de la señal. Cuando el bit es 1, se tiene un valor positivo, cuando el bit de signo es 0, se tiene un valor negativo. Un cierto valor positivo o negativo resultara en un código de 7 bits. La distinción entre ambas señales es hecha por medio del bit de signo, este código es el normalmente usado.

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Codificación

2.3.1 Teorema de Nyquist. “una señal continua que no contenga señales mayores a W HZ, está completamente determinado por muestras de la señal tomadas a intervalos 1/2W segundos. Este mismo teorema, expresado en términos de frecuencia, establece que la frecuencia de muestreo (fs) debe ser mayor o igual al doble de la frecuencia máxima de la señal muestreada”. Esto es: fs = 2W Por lo tanto, para el ancho de banda de una canal telefónico de 300 a 3400 Hz con un margen de seguridad, se considera un ancho de banda B=4000 Hz será la frecuencia del muestreo: fs =2 (4000Hz) = 8000Hz = 8Hz Filtro pasa bajas

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Considerando una banda de frecuencia completa de 300 a 3400 Hz, posible ver el problema de ocurrencia de “aliasing” y la solución. Se puede fácilmente derivar el criterio d muestreo de Nyquist: el límite de no traslape para la frecuencia de muestreo fs puede ser obtenido de: fs-fmax = fmax ó fs = 2fmax Si fs < fmax, una buena reconstrucción de la señal será imposible. 2.4.- Modulación en banda base Cuando la transmisión se realice en banda base una secuencia de información binaria, es decir una cadena de unos y ceros, será convertida en una señal digital que utilizara solo dos símbolos y que será la que se transmita por el canal, esto es lo que se denomina codificación en banda base o codificación de línea.

2.4.1.- Codificación amplitud. Proceso que consiste en convertir los pulsos cuantificados en un grupo equivalente de pulsos binarios de amplitud constante. En esta última etapa a cada valor anteriormente determinado se le hace corresponder un conjunto de bits, impulsos de amplitud fija (unos) o ausencia de impulsos (ceros).

2.4.2.- Codificación polar: NRZ, NRZ-L, amplitud y amplitud diferencial. NRZ (no retorno a cero): En este código de transmisión, un ´0´ puede ser representado por una tensión negativa y un ´1´ por una tensión positiva. Sin embargo las características son: Grandes componentes de CD. El bit de reloj no esta presente en la cadena de datos. Este código es extremadamente simple, no requiere HW adicional. Este

normalmente será usado para distancias cortas de transmisión en un ambiente con un sistema de distribución de reloj separado, por ejemplo, en una central.

NRZ-L : Dos tensiones diferentes para lo bits 0 y 1

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Tensión constante durante el intervalo de bit (no hay transición, no retorna a

tensión cero). Ausencia de tensión para 0, tensión constante positiva para 1. Más habitual, tensión negativa para un valor y tensión positiva el otro valor

2.4.3.- Codificación amplitud: AMI, B8ZS Y HDB3 Ya que el código NRZ no es conveniente para transmitir a largas distancias (alta componente de CD), se ha desarrollado el código AMI (Inversión de marcas alternas) para si uso en la transmisión en largas distancias. El propósito de este código es el de reducir el continuo nivel de CD en la línea a 0 volts. En este código un ´0´ será representado por 0 volts y un ´1´ por un potencial alternado positivo o negativo. Al invertir la dirección de marcas consecutivas, el promedio de componente CD en la línea, cae a 0 volts. Como resultado, este código es conveniente para transmisión a larga distancia. Sin embargo un problema no está aun resuelto: este código no transmite el sistema de reloj. El receptor debe reconocer y seleccionar la tasa de reloj de entrada explorando por transiciones en la cadena de bits de entrada. Si se tienen una serie de bits que son iguales a ´0´, el receptor ya no puede reconocer la razón de reloj, por que se tiene un nivel continuo de CD (0 volts) en la línea. B8ZS

a) Bipolar con 8 Ceros de Sustitución b) Basado en AMI bipolar c) Si aparece un octeto con todo ceros y el último valor de tensión anterior a dicho

octeto fue positivo, se codifica dicho octeto como 000+-0-+ d) Si aparece un octeto con todo ceros y el último valor de tensión anterior a dicho

octeto fue negativo, se codifica dicho octeto como 000-+0+- e) Causa dos violaciones del código AMI f) Improbable que ocurra debido al ruido g) El receptor detecta e interpreta como octeto con todo ceros h) Adecuado para transmisión a altas velocidades HDB3 Alta Densidad Bipolar Exceso 3. Este código inserta pulsos de violación cuando llegan sucesivamente mas de 3 ceros. El lado transmisor inserta los pulsos, los cuales pueden ser detectados por el receptor. El lado receptor eliminará estos pulsos.

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Los pulsos de violación son insertados dependiendo del número de pulsos que han pasado, y dependiendo del signo del último pulso de violación (después de inserción). El número de pulsos puede ser par o impar. El signo del último pulso de violación puede ser positivo o negativo lo pulsos a insertar son:

NUMERO DE PULSOS IMPAR PAR

ULTIMO PULSO

POSITIVO _ _ _ P N _ _ N NEGATIVO _ _ _ N P _ _ P

2.5.- Técnicas de modulación digital.

2.5.1.- Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK). Valores representados por diferentes amplitudes de portadora Usualmente, una amplitud es cero (se usa presencia y ausencia de portadora) Susceptible de repentinos cambios de ganancia Poco eficiente Hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica Usada en fibra óptica ASK, los valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora

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2.5.2.- Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). Valores representados por diferentes frecuencias (próximas a la portadora) Menos sensible a errores que ASK Hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica Transmisión por radio en HF (3-30 MHz) Incluso en LAN en frecuencias superiores con cable coaxial

FSK, los valores binarios se representan mediante dos frecuencias diferentes de la portadora.

Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)

2.5.3.- Modulación por desplazamiento de fase (PSK). Este tipo de modulación representa los ceros y unos del código binario con señales que poseen diferente fase. Generalmente el desfase entre dos ondas es de 180º- Transmitir por desplazamiento de fase es otra forma de modulación angular, modulación digital de amplitud constante en donde en donde la señal de entrada es una señal digital binaria, por lo tanto más comúnmente se le denomina como Transmisión por Desplazamiento de Fase Binaria (BPSK). Este tipo de modulación es el más usado para transmisiones de información digital en cuadratura o por diagramas de constelación, puede llegar a generar códigos de compresión de datos muy complejos, optimizando de esta manera el ancho de banda de un sistema de transmisión.

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PSK, los valores binarios se representan mediante dos fases diferentes de la portadora.

2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM). La modulación de amplitud en cuadratura o QAM es una modulación digital en la que el mensaje esta contenido tanto en la amplitud como en la fase de la señal transmitida. Es decir se trata de una combinación de modulación en amplitud y fase, lo que permite codificar más de dos bits por ciclo. Normalmente se configura para un rendimiento de 4 bits por baudio (cuadribitios).

Cuadratura

4 QAM y 8QAM

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Unidas 3.- Técnicas de transmisión, Multiplexación y Conmutación. 3.1.- Tipos de velocidades En el ámbito de la transmisión de señales, se manejan diferentes tipos de velocidades, para nuestro curso mencionaremos solo dos tipos. Velocidad de transmisión (bps). Velocidad de modulación (Baudios).

El baud: Es la unidad informática que se utiliza para cuantificar el número de cambios de estado, o eventos de señalización, que producen cada segundo durante la transferencia de datos. Es importante resaltar que no se debe confundir el baud rate o velocidad en bauds con el bit rate o velocidad en bps, ya que cada evento de señalización transmitido puede transportar uno o más bits. Sólo cuando cada evento de señalización transporta un solo bit coincide la velocidad de transmisión de datos en bauds y en bps.

3.1.1.- Velocidad de Transmisión (bps)

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Definiremos ahora la velocidad de transmisión como el número de bits transmitidos por segundo. Su unidad es el bps (bits por segundo). El tiempo necesario para transmitir un carácter depende, entonces, del método de codificación y de la velocidad de transmisión.

Número de bits transmitidos por segundo medido en bps (bits por segundo). Depende del método de codificación y de la velocidad de transmisión.

3.1.2.- Velocidad de Modulación (Baudios) Es el número de veces por segundo que la señal cambia su valor en la línea o medio de transmisión. Esta velocidad se mide en baudios. Un cambio de estado puede implicar la transmisión de más de un bit de información. Por lo tanto, el concepto de baudio está ligado directamente a las características del medio de transmisión y se corresponde con la cantidad de veces que la señal portadora oscila (cambia de estado) por unidad de tiempo.

Número de cambios del valor de una señal por segundo en la línea o medio de transmisión. Esta velocidad se mide en baudios. 3.2.- Transmisión de datos El descubrimiento de la electricidad en el siglo XIX permitió: La transmisión de mensajes a gran velocidad gracias a la telegrafía (1838). La transmisión de la voz humana mediante la telefonía (1878).

Para planificar una red de telecomunicaciones, se exige la selección de un medio de transmisión, o combinación de ellos. Esta elección deberá basarse en las circunstancias físicas, la construcción de la red y las características que se requieren de ella. No se puede hablar de un medio de transmisión mejor que otro. Solo existen medios más adecuados que otros para cada necesidad. La adecuada elección de un medio de transmisión permite no solamente mover los caudales de información actuales de una empresa, sino tener perspectivas para proyecciones futuras. Los medios físicos de transmisión de datos se han diversificado de tal forma que existe una amplia variedad para poder diseñar e implementar todo tipo de redes a nivel de hardware.

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Las redes de comunicación de datos resultaron de la convergencia de dos tecnologías diferentes: computadoras y telecomunicaciones.

¿Qué es una red de datos?

Una red es un conjunto de dispositivos como computadoras (personales, minicomputadoras, mainframes), terminales interactivas, elementos de memoria, impresoras, etc., conectados entre sí, que permite a los usuarios tener intercomunicación de datos y compartir recursos.

3.2.1.- Modos de Transmisión: Simplex, half – dúplex y full – dúplex. Una transmisión dada en un canal de comunicaciones entre dos equipos puede ocurrir de diferentes maneras. La transmisión está caracterizada por: la dirección de los intercambios el modo de transmisión: el número de bits enviados simultáneamente

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la sincronización entre el transmisor y el receptor

Existen 3 modos de transmisión diferentes caracterizados de acuerdo a la dirección de los intercambios: 1.- Una conexión simple (Transmisión simplex): Es una conexión en la que los datos fluyen en una sola dirección, desde el transmisor hacia el receptor. Este tipo de conexión es útil si los datos no necesitan fluir en ambas direcciones (por ejemplo: desde el equipo hacia la impresora o desde el ratón hacia el equipo...).

2.- Una conexión semidúplex (Hlaf - duplex): Es una conexión en la que los datos fluyen en una u otra dirección, pero no las dos al mismo tiempo. Con este tipo de conexión, cada extremo de la conexión transmite uno después del otro. Este tipo de conexión hace posible tener una comunicación bidireccional utilizando toda la capacidad de la línea.

• 3.- Una conexión dúplex total (Full dúplex): Es una conexión en la que los datos fluyen simultáneamente en ambas direcciones. Así, cada extremo de la conexión puede transmitir y recibir al mismo tiempo; esto significa que el ancho de banda se divide en dos para cada dirección de la transmisión de datos si es que se está utilizando el mismo medio de transmisión para ambas direcciones de la transmisión.

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3.2.2.- Tipos de Transmisión: Transmisión en Serie, Transmisión Paralela. El modo de transmisión se refiere al número de unidades de información (bits) elementales que se pueden traducir simultáneamente a través de los canales de comunicación. De hecho, los procesadores (y por lo tanto, los equipos en general) nunca procesan (en el caso de los procesadores actuales) un solo bit al mismo tiempo. Generalmente son capaces de procesar varios (la mayoría de las veces 8 bits: un byte) y por este motivo, las conexiones básicas en un equipo son transmisión paralela (conexión paralelas). Transmisión paralela: Las conexiones paralelas consisten en transmisiones simultáneas de N cantidad de bits. Estos bits se envían simultáneamente a través de diferentes canales N (un canal puede ser, por ejemplo, un alambre, un cable o cualquier otro medio físico). La conexión paralela en equipos del tipo PC generalmente requiere 10 alambres.

Estos canales pueden ser:

1. N líneas físicas: en cuyo caso cada bit se envía en una línea física (motivo por el cual un cable paralelo está compuesto por varios alambres dentro de un cable cinta)

2. una línea física dividida en varios subcanales, resultante de la división del ancho de banda. En este caso, cada bit se envía en una frecuencia diferente.

Transmisión Paralela

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Debido a que los alambres conductores están uno muy cerca del otro en el cable cinta, puede haber interferencias (particularmente en altas velocidades) y degradación de la calidad en la señal. Transmisión Serie: En una transmisión en serie, los datos se transmiten de a un bit por vez a través del canal de transmisión. Sin embargo, ya que muchos procesadores procesan los datos en paralelo, el transmisor necesita transformar los datos paralelos entrantes en datos seriales y el receptor necesita hacer lo contrario.

3.2.3.- Técnicas de transmisión: Transmisión síncrona y asíncrona. Debido a los problemas que surgen con una conexión de tipo paralela, es muy común que se utilicen conexiones en serie. Sin embargo, ya que es un solo cable el que transporta la información, el problema es cómo sincronizar al transmisor y al receptor. En otras palabras, el receptor no necesariamente distingue los caracteres (o más generalmente, las secuencias de bits) ya que los bits se envían uno después del otro. Existen dos tipos de transmisiones que tratan este problema: A. La conexión asincrónica, en la que cada carácter se envía en intervalos de

tiempo irregulares (por ejemplo, un usuario enviando caracteres que se introducen en el teclado en tiempo real). Así, por ejemplo, imagine que se transmite un solo bit durante un largo período de silencio... el receptor no será capaz de darse cuenta si esto es 00010000, 10000000 ó 00000100. Para remediar este problema, cada carácter es precedido por información que indica el inicio de la transmisión del carácter (el inicio de la transmisión de información se denomina bit de INICIO) y finaliza enviando información acerca de la finalización de la transmisión (denominada bit de FINALIZACIÓN, en la que incluso puede haber varios bits de FINALIZACIÓN).

Transmisión Serie

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B. En una conexión sincrónica, el transmisor y el receptor están sincronizados

con el mismo reloj. El receptor recibe continuamente (incluso hasta cuando no hay transmisión de bits) la información a la misma velocidad que el transmisor la envía. Es por este motivo que el receptor y el transmisor están sincronizados a la misma velocidad. Además, se inserta información suplementaria para garantizar que no se produzcan errores durante la transmisión.

En el transcurso de la transmisión sincrónica, los bits se envían sucesivamente sin que exista una separación entre cada carácter, por eso es necesario insertar elementos de sincronización; esto se denomina sincronización al nivel de los caracteres. La principal desventaja de la transmisión sincrónica es el reconocimiento de los datos en el receptor, ya que puede haber diferencias entre el reloj del transmisor y el del receptor. Es por este motivo que la transmisión de datos debe mantenerse por bastante tiempo para que el receptor pueda distinguirla. Como resultado de esto, sucede que en una conexión sincrónica, la velocidad de la transmisión no puede ser demasiado alta.

3.2.4.- Tipos de conexión: punto a punto y multipunto

Unidad 4.- Medios de transmisión y perturbaciones

4.1.- Medios Guiados De entre los diferentes elementos de los sistemas de telecomunicaciones, el canal, según la teoría de información, es el medio por donde viaja la información además de los equipos terminales fijos.

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Los medios físicos se fabrican de forma que las señales se confinan a un canal de transmisión estrecho. Ejemplos de estos medios son:

A. Cable de Par Trenzado B. Cables Coaxiales C. Cables de Fibra Óptica

4.2.- Cable Par Trenzado (señal eléctrica). Consiste de dos alambres de cables aislados, es usado en señales analógicas y digitales, el ancho de banda depende del grosor del cable, de la distancia y de los factores de ruido.

Estructura del cable UTP

Superficie coloreada de polietileno

Aislación o recubrimiento

POLIETILENO

(Evita la corrosión del cable)

Conductor

Alambre electrolítico recocido

Uno de los primeros medios de transmisión y todavía el más común es el cable de cobre denominado o también conocido como el par trenzado (Twisted Pair). Los pares trenzados se usan tanto para transmisión de señales analógicas como digitales. El ancho de banda depende del grosor del cable, de la distancia y de los factores de ruido que lo afecten. La estructura de todos los cables UTP no difiere significativamente, aunque es cierto que cada fabricante introduce algunas tecnologías adicionales mientras los estándares de fabricación se lo permiten.

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El cable está compuesto internamente por un conductor que es de un alambre electrolítico recocido, de tipo circular, aislado por una capa de polietileno coloreado. Debajo de la aislación coloreada existe otra capa de aislación también de polietileno, que contiene en su composición una sustancia antioxidante para evitar la corrosión del cable. El conducto solo tiene un diámetro de aproximadamente medio milímetro y más la aislación del diámetro puede superar el milímetro. Estandarizacion de colores No. de Par Color de conductor 1 Color de conductor 2 1 Blanco Azul 2 Blanco Anaranjado 3 Blanco Verde 4 Blanco Marron 5 Blanco Gris oscuro 6 Rojo Azul Los cables se arman de: 4, 6, 10, 18, 20, 30, 50, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 900, 1200, 1500, 1800 o 2200 pares. Forma de trenzar y agrupar un cable UTP Una vez fabricados unitariamente y aislados, los cables se trenzan en pares de acuerdo al color de cada uno de ellos. Aun así estos se vuelven a unir a otros formando estructuras mayores: los pares se agrupan en subgrupos, los subgrupos se agrupan en grupos, los grupos se agrupan en super unidades, y las super unidades se agrupan en el denominado cable.

Estos cables a su vez se subdividen por categorías de acuerdo a sus características de capacidad de transmisión e inmunidad a efectos de ruido. La EIA (Electronic Industries Standard) publica su estándar EIA 568, denominado Comercial Building Telecomunications Cabling Standard, que en su apartado A, define las categorías de los diferentes tipos de cables par trenzado. Las variantes del cable par trenzado son:

A. UTP (Unshielded Twisted Pair) par trenzado no blindado. B. STP (Shielded Twisted Pair) par trenzado blindado. C. FTP (Foiled Twisted Pair) par trenzado forrado.

Por ejemplo, actualmente el cable UTP de 8 hilos categoría 5 es empleado para redes, es decir cuatro pares trenzados formando una sola unidad. Estos cuatro pares vienen recubiertos por una vaina plástica que mantiene el grupo unido,

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mejorando la resistencia ante interferencias externas. Cada uno de los cuatro pares tiene un color diferente pero a su vez, cada par tiene un cable de un color específico y otro blanco con algunas franjas del color de su par.

Características del par trenzado.

El desempeño de un Cable Par Trenzado está determinado por algunos parámetros y características. De entre éstos destacan:

1. La atenuación 2. NEXT 3. PSNEXT 4. ELFNEXT 5. ACR 6. Impedancia 7. Pérdidas de retorno (Return Loss) 8. Efecto del retardo

Cada uno de estos tiene efectos diferentes en las señales que conducen. Atenuación: Esta es la degradación de la amplitud de la señal original y se mide en dB a una frecuencia determinada. Se observa que conforme se incrementa la frecuencia, la atenuación crece la misma longitud del cable. La frecuencia tiende a crecer si la velocidad de la aplicación incrementa. Por ejemplo, una señal Ethernet de 10Mbps, puede alcanzar los 10Mhz y mostrar una atenuación de 5dB en 90 metros. Crosstalk y Next: Crosstalk es la cantidad de la señal acoplada con otros conductores, Entre mas alto el aislamiento del Crosstalk, menor es el acoplamiento no deseado con otros pares y por lo tanto el cable es mejor. Near End Crosstalk (NEXT): Se refiere al acoplamiento no deseado de una señal desde el par transmisor en el par receptor en la misma terminal (near). El aislamiento al NEXT y es una medida de que tan bueno es el aislamiento entre los pares de un cable. Powersum NEXT (PSNEXT): Estandares internacionales especifican; “El powersum del cruce de llamada en pares correlacionados perturbados es calculado desde un cruce de llamada individual de par – a – par medido en una frecuencia dada. El resultado de este calculo debe de cumplir con los requerimientos de transmisión para el tipo de cable correspondiente”

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Esto significa por ejemplo, que dB a 100 Mhz, tienden a propagarse en un cable multipar considerando el efecto acumulado. ELFNEXT: (Equal Level Far End Crosstalk) es la razón de la potencia de salida (del lado del emisor) del par perturbado con la potencia de salida del par perturbado en el otro extremo. Sin embargo, actualmente el FEXT no es un factor determinante para la clasificación de categoría 5 y es menos critico que cualquier caso de NEXT en altas frecuencias. Algunos cables de par trenzado contienen un blindaje para reducir el potencial del ruido EMI. Este EMI es provocado por motores eléctricos, líneas de energía, radio de alta potencia, entre otros. Los cables STP (Shielded twisted-pair) sin embargo, no siempre son una protección dado que este blindaje metálico se convierte en una antena que puede radiar energía. ACR (Attenuation to Crosstalk Ratio): El ACR, es la diferencia entre la Atenuacion y el NEXT en un cable a treaves de un rango de frecuencia. De nuevo a medida que crece la frecuencia, el valor de ACR decrece. Entre mayor se el ACR, es mejor porque este determina la habilidad del receptor de interpretar una señal atenuada en presencia de ruido Crosstalk. Para la mayoría de las aplicaciones, un valor ACR de 10 dB se considera como minimo. Una analogía que ouede ser usada, es cuando un grupo de personas entra a un bar después del trabajo. Una de ellas se dirige a la barra para pedir bebidas para todos. El resto se acomodan en el otro extremo del lugar. La persona de la barra les llama para preguntar que bebida quiere cada uno. Uno responde con voz muy alta y a pesar de que su voz se atenúa a través del bar, de cualquier manera se entiende lo que pidió. Antes de que una segunda le diga lo que prefiere, dos nuevas personas se sientan en la barra y platican escandalosamente. Ahora nuestro personaje en la barra casi no puede escuchar lo que pidió su segundo amigo y como consecuencia ordena otra cosa distinta a lo que realmente quería su amigo.

4.1.2.- Cable coaxial (señal eléctrica) Un cable coaxial consiste en un alambre de cobre rígido como núcleo, rodeado por un material dieléctrico, el cual a su vez está forrado por un conductor cilíndrico, que con frecuencia es una malla metálica de tejido fuertemente trenzado de forma

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helicoidal. El conductor es después cubierto con una envoltura protectora de plástico.

El material dieléctrico define de forma importante la capacidad del cable coaxial en cuanto a velocidad de transmisión por el mismo, en la siguiente tabla se muestra la velocidad que las señales pueden alcanzar en su interior con referencia a la velocidad de la luz. Las características eléctricas del cable coaxial están determinadas principalmente por los diámetros del conductor central y del dieléctrico que lo recubre.

Parámetros fundamentales.

El cable coaxial, por su propia constitución, presenta un comportamiento eléctrico que se refleja en sus parámetros tales como:

A. Perdidas resistivas B. Efecto pelicular

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C. Perdidas dieléctricas D. Perdidas por radiación

Perdidas resistivas: Las perdidas resistivas son las que se deben a los conductores, tanto el interno como el externo. A mayor longitud del cable coaxial mayores serán las perdidas resistivas. Entonces, cierta cantidad de energía de la señal se pierde en forma calor produciendo contribuyendo a la atenuación de la señal. Efecto pelicular: Sin embargo un fenómeno interesante se presenta en el cable coaxial cuando se va incrementando la frecuencia de la señal. De manera muy sencilla se puede decir que a altas frecuencias, la el campo eléctrico de la señal comienza a concentrarse en las orillas externas del dieléctrico. Parecería que a altas frecuencias, el área del dieléctrico disminuyera, provocando un aumento en la atenuación. Perdidas dieléctricas: Considerando ahora la Cd formada por el dieléctrico entre los dos conductores, podemos intuir que su efecto está ligado a la frecuencia de la señal que conducen. A medida que aumenta la frecuencia, el dieléctrico comenzara a comportarse con propiedades de conductor. Esto provocará una corriente de fuga que finalmente se manifiesta en las atenuaciones de la señal. Perdidas por radiación: Cuando conductor externo no está en buenas condiciones (roturas, resquebrajaduras, etc). Entonces este conductor, comenzara a comportarse como una antena a altas frecuencias si es que encuentra una tierra apropiada. Esto provocará una pérdida de energía, provocando atenuaciones de la señal.

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Como podemos apreciar, el ancho de banda de un cable coaxial es muy alto comparado con el cable de par trenzado. Sin embargo, también se observa que su costo y manejo lo ponen en desventaja con otros medios de transmisión. El cable coaxial tiene una amplia aplicación en los diferentes tipos de redes de transmisión de datos, en telefonía y especialmente en televisión por cable. Las dos clases de cable coaxial más utilizados son: A. Cable coaxial de banda base: Es el que se usa comúnmente para transmisión

de datos digitales, tiene una impedancia de 50 Ohms. Su construcción y blindaje le confieren una buena combinación de elementos de ancho de banda y excelente inmunidad al ruido. Puede alcanzar una distancia de 1Km hasta 2Gbos. Se denomina como RG-62 ó RG-58 según el tipo de red de datos donde se vallan a usar (por ejemplo: Arcnet ó Ethernet).

B. Cable coaxial de banda ancha: Transporta señales analógicas y es el cableado

estándar de los sistemas de televisión por cable. El termino banda ancha viene del mundo de la telefonía donde cualquier señal con un ancho de banda mayor de 4 Khz era de este tipo. Tiene una impedancia estándar de 75 Ohms y puede llegar a un ancho de banda de hasta 300 – 450 Mhz en distancias hasta de 100 Kms o más con amplificadores. También se le conoce como cable CATV.

Los sistemas de transmisión en telefonía definen como primer estándar el uso del cable coaxial como medio de transmisión en los sistemas PDH.

4.1.3.- Fibra óptica (señal luminosa) Las bondades de la fibra óptica se basan en principios de la óptica. Su diseño, por lo tanto, comprende características geométricas pero también de las materiales.

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La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio de alta pureza. Cada una con distinto índice de refracción. El índice de refracción del núcleo es mayor que el de revestimiento. Y es por esta razón que la luz introducida al interior de la fibra se mantiene y propaga a través del núcleo. Es decir, se produce el efecto denominado de Refracción Total. Sin embargo, los rayos de luz podrán entrar y viajar en la fibra óptica si el rayo se halla contenido dentro de un cierto ángulo denominado CONO DE ACEPTACION. La fibra óptica, entonces, ofrece muchas ventajas. A. Ligeras: El peso de un carrete no es ni la decima parte de uno de cable

coaxial. B. Libre de corrosión: Son pocos agentes que atacan al cristal de silicio. C. Baja atenuación: La fibra óptica alcanza atenuaciones del orden de 0.15

dB/Km. D. Gran ancho de banda: Puede manejar anchos de banda de hasta varias

decenas de Ghz. E. Inmune a interferencias electromagnéticas: Las fibras ópticas son

dieléctricas y no hay inducción debida a interferencias externas o descargas eléctricas.

Las fibras ópticas se pueden clasificar de acuerdo al modo de propagación que dentro de ellas describen los rayos de luz emitidos: 1. Monomodo: En este tipo de fibra, los rayos de luz transmitidos por la fibra

viajan linealmente y se puede considerar como el modelo más sencillo de fabricar.

2. Multimodo (Graded Index): Este tipo de fibra son más costosas y tienen una

capacidad realmente amplia. El índice de refracción del núcleo varia de más

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alto, hacia más abajo en el recubrimiento. Este hecho produce un efecto espiral en todo rayo introducido en la fibra, el cual describe una forma helicoidal a medida que va avanzando la fibra.

3. Multimodo (Step Index): Este tipo de fibra, se denomina de multimodo índice

escalonado. La producción resulta adecuada en cuanto a tecnología y precio se refiere.

El desempeño de la fibra óptica puede ser determinado por sus características de: longitud de onda de operación y su ancho de banda. La primera, la longitud de onda de operación, se manifiesta en la atenuación de las fibras ópticas. Pero el ancho de banda obedece más bien a las dispersiones, modal y cromática; así como por el modo de dispersión (en fibras ópticas Monomodo).

La atenuación La atenuación de una fibra óptica es mucho más baja que la de un par trenzado y se expresan en dB/Km. Las perdidas dependen de la longitud de onda de la luz utilizada por el transmisor. La atenuación total entre el transmisor y el receptor determina la longitud máxima que un sistema puede manejar. Hay cuatro mecanismos de atenuación y que dependen de los parámetros de diseño: Dispersión intrínseca, acoplamiento de la fuente a la fibra, Perdidas por dobleces micro y macro, pérdidas por interconexión. A. Perdidas por acoplamientos: Causados por la suma de atenuaciones en

los distintos acoplamientos entre transmisores, amplificadores, receptores, etc.

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B. Perdidas por interconexión: Estas son las pérdidas sufridas a lo largo de

la red. Depende del número de equipos que conforma el enlace completo.

C. Perdidas por dobleces micro y macro: Con un doblez macro se produce una fuga de modos que de otra forma se hubieran confinado en la fibra. Existe un radio crítico que proporciona el fabricante. Suele tomarse un radio igual a 10 veces el radio de la fibra con su cubierta plástica.

El doblez micro son irregularidades en el núcleo, micro curvaturas en la fabricación, etc. Etas irregularidades provocan pérdida de potencia de unos modos a otros y puede pasar a modos que no se confinan en la fibra provocando así atenuación.

D. Perdidas por dispersión intrínseca: Se conoce también como dispersión

Rayleigh y se originan por irregularidades microscópicas en el índice de refracción del material. Provoca una atenuación que es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda.

La fuerte reducción de estas adsorciones es la causa de que exista la 2° ventana en torno a 1300nm. El ancho de banda de la fibra óptica, sin embargo también la determinan otros factores como la dispersión modal, cromática y de polarización. Esta ultima sólo en la fibra óptica monomodo. Dispersión modal: Provocada por los distintos modos propagándose a velocidades distintas. Las fibras multimodo de índice gradual tienen una dispersión menor que las que de salto de índice.

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Dispersión cromática: Se produce porque el índice de refracción depende de la longitud de onda y los emisores ópticos (LED o LD) no tienen un ancho espectral cero. (Es decir no emiten una portadora pura). Cada una de las rayas espectrales del emisor va contenida en los modos, y por lo tanto se enfrentan a índices de refracción diferentes y por lo tanto, viajan a velocidades diferentes. La dispersión cromática en el vidrio es nula en torno a 1300nm por lo que conviene utilizar esa ventana. Cambiando el perfil del índice se puede desplazar ese punto al punto de mínima atenuación de 1500nm. 4.2.- Medios no guiados. Entre los diferentes elementos de los sistemas de telecomunicaciones, aquí nos enfocaremos a los medios de transmisión. Para propagarse, una señal debe viajar a través de un medio, llamado medio de transmisión. Para su estudio, estos medios de transmisión lo clasificaremos como: Guiados y No Guiados. Los medios No Guiados se fabrican de forma que las señales se confinan a un canal de transmisión estrecho y que se puede predecir su comportamiento. Son habituales, los cables de par trenzado, cables coaxiales y cable de fibra óptica.

4.2.1 Transmisión de señales de radio. Las ondas de radio pueden ser propagadas desde una antena transmisora a una antena receptora a lo lago de la superficie terrestre, a través de la atmosfera, o rebotando en reflectores naturales o artificiales. Los sistemas de radio pueden ser utilizadas a frecuencias entre 100 y 8000 MHz, para llevar a cabo comunicaciones de banda ancha con alcances de hasta varias veces la línea de vista.

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A frecuencias más altas, sin embargo, las distancias de cobertura son mas cortas debido principalmente a las condiciones ambientales (humedad del aire, lluvias). Dadas las características típicas de las diferentes bandas de frecuencias respecto a su propagación (distancia) y ancho de banda (tipo y capacidad de las señales que transportan), estas bandas han sido asignadas a aplicaciones específicas. Para garantizar una coordinación mundial del uso de las bandas de frecuencias y para estandarizar la planeación de las frecuencias dentro de cada banda, se creó el CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radio). Esta organización, desde hace tiempo, estudia y establece los estándares con los cuales los enlaces de radio deben cumplir. Las ondas de radio en la atmosfera:

1. Troposfera, capa más baja. La onda de radio refracta (cambia de forma y dirección) a medida que aumenta la altitud.

2. Estratosfera, capa intermedia. La onda no sufre cambios, no hay gases

suficientes para la refracción Ionosfera, capa final de la atmosfera.

3. Ionosfera, capa más final de la atmosfera. La onda de radio puede sufrir diversos fenómenos dependiendo de las condiciones eléctricas.

De esta forma, la atmosfera posee tres capas que actúan de modo diferente en la propagación de las ondas de radio a través de ella. Esas capas son la Troposfera, que es la capa más baja, la Estratosfera, que es la capa intermedia y la Ionosfera, que es la capa final de la atmosfera. Al atravesar la Troposfera la onda de radio refracta (cambia de forma o dirección) a medida que aumenta de latitud. Esto se debe al aumento de velocidad en la concurrencia de atenuación de los gases a medida en que se va acercando a la Tierra. Cuando atraviesa la Estratosfera, la onda no sufre ningún cambio pues no existen gases suficientes para la refracción. Cuando llega a la Ionosfera, la onda de radio puede sufrir diversos fenómenos dependiendo de las actividades eléctricas que ocurren en este lugar. Los fenómenos más comunes son los de reflexión.

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A todas las frecuencias, las ondas de radio se verán afectadas por interferencias de motores y otros equipos eléctricos, a si como por radiaciones del espacio exterior. Particularmente, a bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien los obstáculos, pero la potencia se reduce drásticamente con la distancia. A medida en que las frecuencias de las ondas de radio van aumentando, se propagan más en línea recta; tal como la luz. Esta es una característica que se aprovecha para los sistemas de radioenlaces. Radio Enlace: Es un conjunto de equipos y accesorios que conectados a una línea telefónica convencional trasladan todas las facilidades de dicha Línea a otro punto en forma inalámbrica y en forma transparente para el usuario. No deben existir obstáculos geográficos que impidan el pase de la señal radial, se habla de distancias de hasta 70 a 80 km.

4.2.2 Microondas en el espacio libre. Medio inalámbrico Enlace Microondas. Se emplea la longitud de onda o frecuencia. Elevado radio de alcance. Elevada velocidad de transmisión. Elevado costo de tecnología. Enlace Microonda Las señales inalámbricas son ondas electromagnéticas que pueden viajar a través del vacío del espacio exterior o del aíre. Las transmisiones inalámbricas cubren grandes distancias utilizando señales de alta frecuencia; cada señal utiliza una frecuencia distinta para diferenciarse. Existe un “espectro” electromagnético empleado para transmitir voz, video y datos; su frecuencia es entre 03 KHz y 300 GHz. Clasificación de ondas Extremadamente Baja Frecuencia (ELF): Forman la banda de 30 a 300 KHz. Son, sólo, señales audibles. Muy Baja Frecuencia (VLF): Forman la banda de 03 a 30 KHz. Transmisión de largo alcance. Baja Frecuencia (LF): Forman la banda de 30 a 300 KHz. Son kilométricas y, durante el día, su absorción es mayor, por eso, se atenúan. Media Frecuencia (MF): Forman la banda de 300 a 3000 KHz. Presentan baja atenuación en la noche. Son utilizadas para radiodifusión y el servicio móvil marino. Alta Frecuencia (HF): Forman la banda de 03 a 30 MHz. Presentan baja atenuación en la noche. Son utilizadas para el servicio móvil marino y otras aplicaciones. Su transmisión depende del estado atmosférico (ionósfera).

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Clasificación de ondas muy Alta Frecuencia (VHF): Forman la banda de 30 a 300 MHz. Transmisión de corto alcance: televisión, FM, radar, navegación. La ionosfera no las refleja. Ultra Alta Frecuencia (UHF): Forman la banda de 300 a 3000 MHz. Transmisión para servicio de telefonía móvil, telepunto y satélites. Súper Alta Frecuencia (SHF): Forman la banda de 03 a 30 GHz. Las ondas se denominan “microondas” por su poca longitud de ondas. Se ven muy afectadas por los elementos meteorológicos. Se propagan en línea recta. Se emplean para radioenlaces de gran capacidad: entre satélites, radares y radionavegación. Extremadamente Alta Frecuencia (EHF): Forman la banda de 30 a 3000 GHz. La longitud de onda es milimétrica. Constituyen el espectro de infrarrojos, luz visible, luz ultravioleta. Enlace de microondas se utiliza una estación emisora y una receptora con antenas parabólicas según la longitud de onda de la señal y la potencia de transmisión. El enlace puede ser terrestre o espacial dependiendo de si las estaciones están ubicadas en la tierra o en el espacio.

4.2.3 Satélite. Es uno de los tipos de canales de transmisión más sofisticados y también de los más caros. Afortunadamente su socialización ha logrado abaratar sus costos de accesibilidad. El elemento central de este tipo de comunicaciones de datos, es el satélite, complejos artefactos en orbitas geosincroestacionarias, cuyo lanzamiento es científicamente calculado a fin de que siempre se halle cubriendo una misma porción de suelo terráqueo. Intelsat es una de las instituciones más importantes en el mundo destinados al control no solamente de las comunicaciones satelitales, sino también de las políticas de administración, seguridad y control de todos los temas relacionados. Toda la parte de los equipos tanto de transmisión como de recepción en la tierra son propiedad de diversas compañías y organizaciones, sin embargo, la parte espacial es propiedad de Intesat. La altitud promedio de un satélite es 35,000 Km, con orbitas regulares de 24 horas. Su peso varía entre los 50 kilos y los 2,000 kilos, manipulan en forma simultánea de 250 a 40,000 comunicaciones, su tiempo de vida útil varia de 1.5 años a 10 años. Tiene la capacidad de generar 2,000 Watts o más de potencia. Un satélite está compuesto fundamentalmente por un cuerpo o cilindro, donde se alberga todos sus equipos de control no solo de comunicaciones, sino también de control de navegación. A forma de brazos, se hallan a los lados del cilindro, los paneles solares, siempre dirigidos hacia la luz del sol, fuente de energía para el

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satélite y todas las funciones de energía para el satélite y todas las funciones que debe cumplir. Tiene la asombrosa capacidad de generar 2000 Watts o más de potencia, según las dimensiones y consumo eléctrico del satélite. Apuntando siempre hacia la tierra pueden hallarse una o más antenas de transmisión (recepción de señales). Ya que la posición del satélite en el espacio puede dejar de ser la correcta, el mismo cuenta con motores cohetes propulsores que le permiten recobrar linealidad y posición correcta con respecto a la tierra. Son la parte del sistema que se halla en la tierra, y realmente existe una amplia gama de las mismas. Por lo general se clasifican de acuerdo al tamaño de su antena, en tres tipos:

1. 30 cm de diámetro de reflector parabólico 2. 20 cm de diámetro de reflector parabólico 3. 11 cm de diámetro de reflector parabólico

Un satélite de comunicaciones está integrado por sub-sistemas con funcionalidad bien específica: A. Subsistema de antenas B. Subsistema de energía eléctrica C. Subsistema de control térmico D. Subsistema de posición y orientación E. Subsistema de propulsión F. Subsistema de rastreo, telemetría y comando G. Subsistema estructural H. Subsistema de comunicaciones En la parte de comunicaciones se definen circuitos de conmutación de frecuencias de subida (tierra a satélite) y de bajada (satélite a tierra) denominados Transponder´s, estos circuitos se encargaran de recibir y amplificar las señales de subida, y luego conmutarla a la frecuencia de bajada con mayor potencia para transmitirla hacia tierra de nuevo. La explicación de por qué un satélite no cae a la tierra y se mantiene girando es que la fuerza de gravedad es contrarrestada por la fuerza centrifuga generada por la velocidad de giro del satélite, esto implica que los satélites deberán situarse en orbitas girando alrededor de la tierra a velocidades constantes que contrarresten la atracción gravitacional en función de la altura de la órbita. Aplicaciones y frecuencias. Los satélites de comunicaciones para servicios de voz, datos, televisión, de navegación aérea, terrestre y marítima, climatológicos, de análisis de suelos, militares, etc.

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Enlace (GHz)

Banda Frecuencia Bajada Subida C 4/6 3.7 – 4.2 5.925 – 6.425 Ku 11/14 11.7 – 12.2 14.0 – 14.5 Ka 20/30 17.7 – 21.7 27.5 – 30.5

La más grande ventaja de la transmisión satelital es su alcance orográfico, insensible a irregularidades de montañas, ríos, quebradas, etc. La transmisión satelital puede llegar a cualquier parte del globo terráqueo sin ningún problema. Adicionalmente, la transmisión satelital soporta un elevado número de comunicaciones simultáneas, lo que cataloga como unos de los medios de comunicaciones mas popularizados. Sin embargo, el satélite también tiene sus problemas, particularmente relacionados a condiciones atmosféricas deplorables que pueden dañar severamente la calidad final de las comunicaciones. Otro aspecto negativo es el terrible tiempo que tardan los datos en subir y bajar al satélite, dada la elevada altura a la que los mismos se hallan. Por ejemplo, si un bit que sube y baja al satélite, debe recorrer una distancia de aproximadamente 70000 km, y si consideramos que la velocidad de propagación en el espacio es de aproximadamente la velocidad de la luz, tenemos que un bit ha de demorar 70000/300000 segundos, dando como resultado, 0.23 segundos.

Un bit asíncrono está compuesto por 10 bits, lo que resulta en 2.23 segundos por byte, ni pensar en el tiempo de transmisión de 1 Mb o peor 1Gb.

Los procesos de transmisión por satélite están sofisticadamente mejorados a través de multiplicación de frecuencias y diversos tipos de compresión de información.

4.2.4 Infrarrojas

Los emisores y receptores de infrarrojos deben estar alineados o bien estar en línea tras la posible reflexión de rayo en superficies como las paredes. En infrarrojos no existen problemas de seguridad ni de interferencias ya que estos rayos no pueden atravesar los objetos (paredes por ejemplo). Tampoco es necesario permiso para su utilización (en microondas y ondas de radio si es necesario un permiso para asignar una frecuencia de uso).

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A. Comunicación inalámbrica infrarrojos (IR): tasa de transmisión de datos muy

alta y a bajo costo. Distancias corta. B. Banda estrecha: tasa de transmisión de datos baja y a mediano costo.

Distancias limitadas por licencia de uso. C. Servicio de comunicaciones personal de banda ancha (PCS): tasa de

transmisión de datos baja y a mediano costo. Cubre una ciudad. D. Circuito y datos de paquetes celulares digitales (CDPD): tasa de transmisión de

datos baja y costo determinado por el tipo de paquete. E. Cobertura nacional. Satélite: tasa de transmisión de datos baja y a elevado

costo. Cobertura nacional o mundial.

La conexión de computadoras mediante ondas de Radio o Luz Infrarroja, actualmente está siendo ampliamente investigada. Las Redes Inalámbricas facilitan la operación en lugares donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes o en oficinas que se encuentren en varios pisos. También es útil para hacer posibles sistemas basados en plumas. Pero la realidad es que esta tecnología está todavía en pañales y se deben de resolver varios obstáculos técnicos y de regulación antes de que las redes inalámbricas sean utilizadas de una manera general en los sistemas de cómputo de la actualidad. No se espera que las redes inalámbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de transmisión mayores que las logradas con la tecnología inalámbrica. Mientras que las redes inalámbricas actuales ofrecen velocidades de 2 Mbps, las redes cableadas ofrecen velocidades de 10 Mbps y se espera que alcancen velocidades de hasta 100 Mbps. Los sistemas de cable de Fibra Óptica logran velocidades aún mayores, y pensando futuristamente se espera que las redes inalámbricas alcancen velocidades de solo 10 Mbps.

4.3 Perturbaciones. Perturbaciones en una transmisión Hay tres tipos de perturbaciones:

1. Ruido. 2. Distorsión. 3. Interferencia.

4.3.1 Ruidos. Perturbaciones no deseables que tienden a oscurecer el contenido de información en una señal. El ruido es toda aquella señal que se inserta entre el emisor y el receptor de una señal dada.

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Son señales no deseadas que ingresan al sistema de comunicaciones y que no pueden evitarse. Generalmente se deben a las características eléctricas del sistema de comunicaciones o del medio a través del cual se transmite. Dichas señales producen variaciones en la amplitud de la señal de datos. Se define como relación señal/ruido y se expresa en decibeles a la relación entre la potencia de la señal y la potencia del ruido. Cuanta más alta sea la relación anterior mejor calidad tendrá la transmisión. Las señales de ruido tienen determinadas frecuencias que dependen de los dispositivos eléctricos del sistema. Cuando las señales de ruido abarcan todo el espectro de frecuencias se denomina ruido blanco. Según su origen se puede clasificar al ruido en las siguientes categorías: A. Ruido térmico B. Ruido de intermodulación C. Ruido impulsivo Ruido Térmico: Se debe a la agitación térmica de los electrones dentro del conductor y es función de la temperatura. Este tipo de ruido se encuentra presente en todos los dispositivos electrónicos y medios de transmisión. El ruido térmico no se puede eliminar por lo que representa un límite superior a las prestaciones que pueden alcanzarse con los sistemas de comunicaciones. Ruido de Intermodulación: Cuando señales de diferentes frecuencias comparten un mismo medio de transmisión puede producirse un ruido de intermodulación. Ruido impulsivo: se trata de pulsos discontinuos de poca duración y de gran amplitud que afectan a la señal.

4.3.2 Distorsión por retardo. Debido a que en medios guiados, la velocidad de propagación de una señal varía con la frecuencia, hay frecuencias que llegan antes que otras dentro de la misma señal y por tanto las diferentes componentes en frecuencia de la señal llegan en instantes diferentes al receptor. Para atenuar este problema se usan técnicas de ecualización.

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4.3.3 Atenuación. Disminución de la potencia o magnitud de una señal. Esta es la degradación de la amplitud de la señal original y se mide en dB a una frecuencia determinada. Se observa que conforme se incrementa la frecuencia, la atenuación crece en la misma longitud del cable. La frecuencia tiende a crecer si la velocidad de la aplicación incrementa. Por ejemplo, una señal Ethernet de 10Mbps, puede alcanzar los 10Mhz y mostrar una atenuación de 5dB en 90 metros. Se puede encontrar que el blindaje de un par incrementa la capacitancia y por lo mismo aumenta la atenuación. La atenuación de una fibra óptica es mucho mas baja que la de un par trenzado y se expresan en dB/Km. Las perdidas dependen de la longitud de onda de la luz utilizada por el transmisor y el receptor determina la longitud máxima que un sistema puede manejar. Hay cuatro mecanismos de atenuación y que dependen de los parámetros de diseño:

1. Dispersión intrínseca. 2. Acoplamiento de la fuente a la fibra. 3. Perdida por dobleces micro y macro. 4. Perdidas por interconexión.

4.4 Efectos del ruido en las señales transmitidas (errores en la recepción). 4.5.- Mecanismos para la detección de errores.

El principal problema en la mayoría de los sistemas de comunicación, es la transmisión de información en forma de mensajes o datos desde alguna fuente de información, hasta algún destino o receptor. El método de transmisión es frecuentemente empleo de señales eléctricas, más o menos bajo el control del emisor. Estas señales se transmiten a través de un canal. Existe probabilidad de que un mensaje pueda detectarse errores. Sin embargo, debido a las limitaciones del

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canal y del ruido, se recibe en el destino de la información una versión perturbada. Generalmente se desea minimizar la distorsión provocada por las imperfecciones del canal y del ruido, y maximizar el número de mensajes enviados a través del canal en un tiempo dado. Estos dos requisitos están relacionados, ya que, un incremento de la velocidad de transmisión del mensaje acrecienta la distorsión o error, es por ello que se crearon los detectores de errores y los correctores y para ello es necesario disponer de unos equipos que permitan estos tipos de procesos. Cuando se realiza el proceso de detección de error, esto sólo se encuentra agrupado y de esta manera afecta a un subconjunto de la información transmitida y por tanto es posible construir este subconjunto a partir del resto.

4.5.1.- Verificación de redundancia vertical (VRC).

Se utiliza un bit de paridad por cada unidad de datos. Prestaciones:

1. Detecta todos los errores de bit. 2. Detecta errores de ráfaga siempre y cuando el número total de bits

cambiados sea impar. 3. Utiliza un solo bit redundante por unidad de datos.

Se utiliza un bit de paridad por cada unidad de datos 4. Detecta todos los errores de bit 5. Detecta errores de ráfaga siempre y cuando el número total de bits

cambiados sea impar (3, 5, 7, 9, 11, etc) 6. No detecta errores de ráfaga siempre en los que el número total de bits

cambiados es par (2, 4, 6, 8, 10, etc)

4.5.2 Verificación de redundancia longitudinal (LRC). La verificación de la redundancia longitudinal (LRC, también denominada verificación de redundancia horizontal) no consiste en verificar la integridad de los datos mediante la representación de un carácter individual, sino en verificar la integridad del bit de paridad de un grupo de caracteres.

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Digamos que "HELLO" es el mensaje que transmitiremos utilizando el estándar ASCII. Estos son los datos tal como se transmitirán con los códigos de verificación de redundancia longitudinal:

Prestaciones:

1. Detecta todos los errores de bit. 2. Detecta errores de ráfaga siempre y cuando el número total de bits

cambiados sea impar. 3. Utiliza un solo bit redundante por unidad de datos.

Los bloques a transmitir se organizan en forma de tabla. Se añade un bit de paridad por cada columna. Utiliza un solo bit redundante por unidad de datos.

4. Incrementa la probabilidad de detectar errores de ráfaga. 5. LRC de n bits detecta todos los errores de ráfaga de n bits. 6. Puede detectar errores de ráfaga de más de n bits. 7. No detecta errores en los que cambian dos bits de una unidad de datos y

dos bits de otra unidad de datos que están en la misma posición

4.5.3 Verificación de redundancia cíclica (CRC). La verificación de redundancia cíclica (abreviado, CRC ) es un método de control de integridad de datos de fácil implementación. Es el principal método de detección de errores utilizado en las telecomunicaciones. Se utiliza la división de números binarios Tanto el emisor como el receptor conocen un divisor común Datos Cola (n bits): Conjunto de ceros CRC (n bits) Divisor (n+1 bits).

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4.6 Corrección de errores. Los aspectos relacionados con módem, multiplexores, etc. Constituyen la parte física de las comunicaciones. Estas están formada también por una parte lógica; tareas tales como la comprobación de una transmisión libre de errores, la adecuación de las capacidades de las partes implicadas en la comunicación son ejemplos claros de esos otros aspectos que se han denominado lógicos. Cuando se quiere conectar dos o más computadoras entre sí para transmitirse la información, es necesario conectarlas mediante un soporte físico de transmisión. Esta conexión puede ser local, urbana, interurbana o internacional, y está constituida en base a un cable de hilo, coaxial, enlace de radio, satélite, etc. Esta variedad de medios aporta toda una diversidad de fenómenos que dificultan la adecuada transmisión.

4.6.1 El código de Hamming. Paridad:

La paridad consiste en añadir un bit, denominado bit de paridad, que indique si el número de los bits de valor 1 en los datos precedentes es par o impar. Si un solo

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bit cambiara por error en la transmisión, el mensaje cambiará de paridad y el error se puede detectar (nótese que el bit donde se produzca el error puede ser el mismo bit de paridad). La convención más común es que un valor de paridad de 1 indica que hay un número impar de unos en los datos, y un valor de paridad de 0 indica que hay un número par de unos en los datos.

Repetición:

Otro código utilizado consistía en repetir cada bit de datos varias veces para asegurarse de que la transmisión era correcta. Por ejemplo, si el bit de datos que se enviará fuera un 1, un código de repetición con n=3, enviaría “111″. Si los tres bits recibidos no eran idénticos, había un error. En un ambiente sin demasiado ruido, la mayoría de las veces solamente cambiaría un bit en cada paquete de tres bits. Por lo tanto, datos del tipo 001, 010, y 100 se corresponden al bit 0, mientras que 110, 101, y 011 se corresponden con el bit 1. Es como si el bit original se obtuviera por mayoría en una “votación”. Un código con esta capacidad de reconstruir el mensaje original en la presencia de errores se conoce como código corrector de errores.

Unidad 5.- El presente y futuro de las comunicaciones

5.1 Sistema telefónico conmutado. La principal infraestructura de telecomunicaciones internacional ha sido el sistema telefónico público de conmutación de circuitos. Este sistema se diseño para la transmisión analógica de voz y es inadecuado para las necesidades de las comunicaciones modernas. Anticipando una demanda considerable por parte de los usuarios de un servicio digital de extremo a extremo las compañías de teléfono del mundo y las PTT se unieron en 1984 bajo los auspicios de la CCITT y estuvieron de acuerdo en construir un sistema de teléfonos de conmutación de circuitos nuevo, completamente digital, para principios del siglo XXI.

Este nuevo sistema, llamado ISDN (Integrated Services Digital Network, red digital de servicios integrados), tiene como meta principal la integración de servicios de voz y sin voz. ISDN ya está disponible en muchas localidades y su uso está creciendo lentamente.

El servicio clave de ISDN continuará siendo la voz, aunque se añadirán muchas características mejoradas. Por ejemplo, muchos gerentes de compañías tienen un botón de intercomunicación en sus teléfonos para llamar a sus secretarias en forma instantánea (sin tiempo de establecimiento de llamada). Una característica de ISDN son los teléfonos con múltiples botones para establecer llamadas inmediatas con teléfonos en cualquier parte del mundo.

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Los servicios avanzados que no son de voz incluyen tomar la lectura del medidor de electricidad en forma remota y alarmas en línea médicas, contra ladrones, y de humo que llaman en forma automática al hospital, a la policía o al departamento de bomberos, respectivamente, y proporcionan la dirección para agilizar la respuesta.

ARQUITECTURA DEL SISTEMA ISDN

Es el momento de examinar la arquitectura de ISDN en detalle, particularmente el equipo del cliente y la interfaz entre el cliente y la compañía telefónica o PTT. La idea clave en que se basa la ISDN es la del conducto digital de bits, un conducto conceptual entre el cliente y la portadora a través del cual fluyen los bits. No importa si los bits se originan en un teléfono digital, una terminal digital, una máquina fax digital, o algún otro dispositivo.

LA INTERFAZ ISDN

El conducto de bits ISDN maneja múltiples canales intercalados mediante multiplexión por división en el tiempo. Se ha estandarizado varios tipos de canales:

1. Canal analógico telefónico de a kHz 2. Canal digital PCM de 64 kbps para voz o datos 3. Canal digital de 8 a 16 kbps 4. Canal digital de 16 kbps para señalización fuera de banda 5. Canal digital de 64 kbps para señalización ISDN interna 6. Canal digital de 384, 1536 0 1920 kbps

No era intención del CCITT permitir una combinación arbitraria de canales en el conducto digital de bits. Hasta ahora se han estandarizado tres combinaciones:

A. Velocidad básica: 2B + 1D B. Velocidad primaria: 23B + 1D (Estados Unidos y Japón) o 30B + 1D

(Europa) C. Híbrida: 1A + 1C.

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5.2.- Comunicaciones móviles. Servicios de Comunicaciones Móviles.- Los más extendidos son la telefonía móvil terrestre, la comunicación móvil por satélite, las redes móviles privadas, la radiomensajería, la radiolocalización GPS, las comunicaciones inalámbricas y el acceso a Internet móvil. De todos ellos hablaremos a continuación, con más o menos profundidad.

Telefonía Móvil Terrestre.- La telefonía móvil terrestre utiliza estaciones terrestres. Éstas se encargan de monitorizar la posición de cada terminal encendido, pasar el control de una llamada en curso a otra estación, enviar una llamada a un terminal suyo, cada estación tiene un área de cobertura, zona dentro de la cual la comunicación entre un terminal y ésta se puede hacer en buenas condiciones. Las zonas de cobertura teóricamente son hexágonos regulares o celdas. En la práctica, toman muy distintas formas, debido a la presencia de obstáculos y a la orografía cambiante de la celda. Los primeros sistemas de telefonía móvil terrestre, TACS, AMPS, NMT, TMA, NAMT,… o de primera generación, eran analógicos. Los terminales eran bastante voluminosos, la cobertura se limitaba a grandes ciudades y carreteras principales, y sólo transmitían voz.

La compatibilidad entre terminales y redes de diferentes países no estaba muy extendida. NMT se utiliza en los países nórdicos, AMPS y TACS en EEUU, y NAMT en Japón. En GSM, cada frecuencia puede transmitir varias conversaciones. Esto se consigue mediante la TDM, o multiplexación por división en el tiempo. El tiempo de transmisión se divide en pequeños intervalos de tiempo.

Cada intervalo puede ser utilizado por una conversación distinta. Además, una misma conversación se lleva a cabo en intervalos de distintas frecuencias, con lo que no se puede asociar una llamada a una frecuencia. De este modo, si una frecuencia se ve afectada por una interferencia, una conversación que utilice esta frecuencia, sólo observará problemas en los intervalos pertenecientes a dicha frecuencia. Esto se denomina TDMA.

En los sistemas CDMA, acceso con multiplexación por división de código, lo que se hace es que cada llamada utiliza un código que le diferencia de las demás. Esto permite aumentar el número de llamadas simultáneas o la velocidad de transmisión, lo que se hace necesario ante los crecientes requerimientos de la telefonía móvil.

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Telefonía móvil vía satélite.- En este caso las estaciones están en los satélites. Estos suelen ser de órbita baja. Su cobertura prácticamente cubre todo el planeta. Esta es la principal ventaja que presentan frente a la telefonía móvil terrestre. Las desventajas son de mucho peso: mayor volumen del terminal a utilizar y precio de las llamadas y terminales. Dos son los operadores que ofrecen este servicio a nivel mundial: Iridium y Global Star?. El primero está a punto de comenzar el derribo de sus satélites, debido a las astronómicas deudas que ha contraído. Durante los últimos meses ha intentado encontrar un comprador que se hiciera cargo de las deudas, e intentará sacar el negocio a flote, pero no ha encontrado a nadie dispuesto a tomar semejante riesgo. Sigue ofreciendo unos servicios mínimos a sus antiguos clientes, pero ya no realiza ningún tipo de actividad comercial (publicidad, captación de clientes,…). Además recomienda a sus clientes que busquen opciones alternativas a sus servicios, porque en cualquier momento dejan de prestarlos. Su constelación de satélites de órbita baja consta de 66 unidades situadas a 780 Km de la Tierra. Utiliza tanto FDMA como TDMA. Cada satélite disponía de 48 haces o sectores.

5.3 Internet. Desde los 1960s, la cantidad de antenas que han ido ocupando áreas geográficas urbanas se incrementaron de manera considerable. Estas no sólo son de comunicaciones de Radio y de Televisión sino también de servicios telefónicos y de telefonía celular, y lo último son de servicios de información digital (Internet). Todos estos servicios son muy requeridos por toda la población, tanto así que incluso se buscan nuevas tecnologías para dichos servicios y con ello la evolución de los mismos.

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Antes Internet nos servía para un objetivo claro. Navegábamos en Internet para algo muy concreto. Ahora quizás también, pero sin duda alguna hoy nos podemos perder por el inmenso abanico de posibilidades que nos brinda la Red. Hoy en día, la sensación que nos produce Internet es un ruido interferencias una explosión cúmulo de ideas distintas, de personas diferentes, de pensamientos distintos de tantas y tantas posibilidades que para una mente pueda ser excesivo. El crecimiento o más bien la incorporación de tantas personas a la Red hace que las calles de lo que en principio era una pequeña ciudad llamada Internet se conviertan en todo un planeta extremadamente conectado entre sí entre todos sus miembros.

El hecho de que Internet haya aumentado tanto implica una mayor cantidad de relaciones virtuales entre personas. Conociendo este hecho y relacionándolo con la felicidad originada por las relaciones personales, podemos concluir que cuando una persona tenga una necesidad de conocimiento popular o de conocimiento no escrito en libros, puede recurrir a una fuente más acorde a su necesidad. Como ahora esta fuente es posible en Internet dicha persona preferirá prescindir del obligado protocolo que hay que cumplir a la hora de acercarse a alguien personalmente para obtener dicha información y por ello no establecerá una relación personal sino virtual. Este hecho, implica la existencia de un medio capaz de albergar soluciones para diversa índole de problemas.

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5.4 Impacto de las telecomunicaciones en diversas areas. La comunicación, es el proceso de transmisión y recepción de ideas, información y mensajes. En los últimos 150 años, y en especial en las dos últimas décadas, la reducción de los tiempos de transmisión de la información a distancia y de acceso a la información es uno de los retos esenciales de nuestra sociedad. La comunicación actual entre dos personas es el resultado de múltiples métodos de expresión desarrollados durante siglos. Los gestos, el desarrollo del lenguaje y la necesidad de interaccionar juegan aquí un papel importante. Los primeros sistemas telegráficos y telefónicos utilizaban el cable como soporte físico para la transmisión de los mensajes, pero las investigaciones científicas indicaban que podían existir otras posibilidades. La teoría de la naturaleza electromagnética de la luz fue enunciada por el físico británico James Clerk Maxwell en 1873, en su Tratado de la Electricidad y el Magnetismo. Las teorías de Maxwell fueron corroboradas por el físico alemán Heinrich Hertz. En 1887 Hertz descubrió las ondas electromagnéticas, estableciendo la base técnica para la telegrafía sin hilos. 5.4.1 Educación. Algunos expertos le llaman simplemente las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) y otros le han antepuesto el término de nuevas (NTIC). Su utilización ha provocado modificaciones en nuestras categorías de tiempo y de espacio y ha obligado a redefinir incluso el concepto de realidad, a partir de la posibilidad de construir realidades. “Cuando hablamos de NTIC no nos estamos refiriendo a un solo tipo de tecnología. En estos momentos disponemos de, al menos, tres tipos diferentes, cada vez más articulados entre sí, pero que utilizan procesos y establecen relaciones muy distintas entre los contenidos y los usuarios: la televisión, el ordenador y el teléfono.” Aunque la tecnología es la que ha propiciado los medios, la pedagogía es la que debe acercar los métodos, de no ser así, se corre el riesgo de enajenar a los usuarios hasta llegar a la tecnofilia. Lo importante no es tecnologizar la sociedad, sino socializar la tecnología con un enfoque que permita el logro de los aprendizajes; un enfoque educativo humanista donde los medios giran en torno al hombre y no a la inversa, que sea él quien ande en la búsqueda de la tecnología.

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5.4.2 Medicina.

Una forma común de clasificar a las tecnologías médicas es la siguiente:

1. Tecnologías de diagnóstico: permiten identificar y determinar los procesos patológicos por los que pasa un paciente. Ej: TAC.

2. Tecnologías preventivas: protegen al individuo contra la enfermedad. Ej: mamografía.

3. Tecnologías de terapia o rehabilitación: liberan al paciente de su enfermedad o corrigen sus efectos sobre las funciones del paciente. Ej. Láser de dióxido de carbono (en cáncer de piel, odontología, y cortes quirúrgicos).

4. Tecnologías de administración y organización: permiten conducir el otorgamiento correcto y oportuno de los servicios de salud. Ejemplo: microprocesadores genéticos.

La medicina, y en general la sanidad, han sido tradicionalmente pioneras en la incorporación de los avances tecnológicos a sus procesos asociados de investigación y las actividades cotidianas asociadas. En las últimas décadas se ha beneficiado de los avances en el campo de la informática, y lo hará en las próximas con los avances en las telecomunicaciones.

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5.4.3 hogar.

Las telecomunicaciones en el hogar, han estado ya desde algún tiempo, con sus primeras innovaciones que van desde: A. La radio B. La televisión C. El Teléfono

Pero en estos momentos las telecomunicaciones en el hogar son hechas para satisfacer necesidades del usuario para así hacer de su vida más confortable y sencilla.

En estos tiempos se encuentran otros tipos de telecomunicaciones en el hogar, desde redes wireless (Internet), pues en estos tipos ya no es una gran cosa tener una computadora en el hogar. También en estos tipos se cuenta con celulares en cualquier parte, estos son un tipo de telecomunicación y también pueden interactuar con las redes wireless.

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5.4.4 comercio electrónico. Es la aplicación de la avanzada tecnología de información para incrementar la eficacia de las relaciones empresariales entre socios comerciales. (Automotive Action Group in North America). La disponibilidad de una visión empresarial apoyada por la avanzada tecnología de información para mejorar la eficiencia y la eficacia dentro del proceso comercial. (EC Innovation Centre). A continuación se identifican diversos tipos de intermediarios basados en Internet: Directorios. Ayudan a los clientes a encontrar productos clasificando instalaciones Web y proporcionando menús estructurados para facilitar la navegación. En la actualidad son gratuitos, pero en el futuro podrían ser de pago. Existen tres tipos de directorios:

1. Generales: Como por ejemplo, Yahoo que proporciona un catálogo general de una gran variedad de diferentes sitios Web. Habitualmente existe un esquema para organizar y elegir los sitios que serán incluidos. Estas instalaciones suelen soportar “browsing” así como búsqueda del catálogo mediante palabras clave.

2. Comerciales: Como El Indice que se centra en proporcionar catálogos de sitios comerciales. No proporcionan infraestructura o servicios de desarrollo para los fabricantes, sino que tan sólo actúan como un directorio de instalaciones existentes. También pueden suministrar información sobre una área comercial específica, con frecuencia a empresas que no tienen Web. Estos intermediarios son equivalentes a los editores de guías en papel.

3. Especializados: Están orientados a temas, y son incluso tan sencillos como una página creada por una persona interesada en un tema. Estas páginas pueden suministrar al cliente información sobre un bien o fabricante en particular.

5.4.5 empresas virtuales

La aparición y evolución de un nuevo tipo de empresa que está ligada a la expansión en Internet, es decir “Las empresas virtuales”. Existe todo un entramado de colaboradores que hicieron posible el nacimiento de la informática como un medio de comunicación, entre los cuales el más conocido es Bill Gates. Empresas pioneras en esta materia; las empresas que continúan en activo y las que han fracasado en su intento.

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TIPOS:

1. Empresas encargadas de la distribución que están al servicio de las empresas virtuales, haciendo llegar el producto al consumidor.

2. Empresas virtuales dedicadas a la venta de productos concretos que demandaban empresas específicas. Distinguimos:

3. empresas pioneras: la más conocida, por lo menos nacionalmente, es Amazon, que es una librería en la que con solo entrar en su página, se pueden visualizar todas las gamas de libros, y elegir el producto que más se adecue a las necesidades del usuario.

4. Empresas en activo: Actualmente existe una gran cantidad de empresas del e-commerce, que se dedican sobre todo a las finanzas, al ocio, informática, subastas, libros y música.

5. Empresas fracasadas: En general, las principales causas de crisis y posterior fracaso son dificultades en la obtención de financiación, la mala gestión, ingresos inferiores a gastos, la fuerte competencia por parte de las empresas tradicionales, etc.