nt2-redes-06

e

Escuela Politécnica SuperiorUniversidad de Huelva

TEMA 2Interfaz Eléctrica y Transmisión

de Datos

Manuel Sánchez RayaDiego A. López García

Versión 0.21 de Octubre de 2006

TER

CER

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PU

TAD

OR

ES

Departamento de Ing. Electrónica,Sistemas Informáticos y Automática

E.P.S. I.T. Informática DE HUELVA

REDES – TEMA 2 – Interfaz eléctrica y Transmisión de datos Pág. 2/61

ÍNDICE1.- Introducción............................................................................................................. 32.- Análisis de señales. .................................................................................................. 4

2.1.- Definiciones básicas. ......................................................................................... 42.2.- Análisis de Fourier. ........................................................................................... 62.3.- Perturbaciones de la transmisión........................................................................ 7

2.3.1.- Atenuación del canal. .................................................................................. 72.3.2.- Ancho de Banda.......................................................................................... 82.3.3.- Distorsión de retardo................................................................................... 92.3.4.- Ruido. ....................................................................................................... 10

2.4.- Caracteristicas del canal en función de las propiedades del medio.................... 112.4.1.- Velocidad de transmisión. ......................................................................... 112.4.2.- Capacidad del canal. ................................................................................. 12

2.5.- Modos de transmisión de la señal. ................................................................... 122.5.1.- Modulación con portadora analógica. ........................................................ 132.5.2.- Modulación con portadora digital. ............................................................. 162.5.3.- Codificación digital de datos en banda base............................................... 18

3.- Interfaces de circuitos de transmisión de datos. ...................................................... 213.1.- Comunicación serie. ........................................................................................ 22

3.2.1.- Control de la transmisión en líneas serie.................................................... 223.2.2.- Transmisión serie síncrona. ....................................................................... 233.2.3.- Transmisión serie asíncrona. ..................................................................... 23

3.3.- Estándar EIA RS-232. ..................................................................................... 243.3.1.- Características de la señal eléctrica............................................................ 253.3.2.- Características mecánicas.......................................................................... 283.3.3.- Descripción funcional de los circuitos de intercambio. .............................. 303.3.4.- Cableados típicos para RS-232.................................................................. 33

3.4.- Estándar EIA RS-499. ..................................................................................... 353.4.- Ejemplo conexión ordenador-modem .............................................................. 373.5.- Los modem normalizados. ............................................................................... 39

4.- Medios de transmision. .......................................................................................... 424.1.- Par trenzado. ................................................................................................... 424.2.- Cable coaxial. .................................................................................................. 43

4.2.1.- Cable coaxial en banda base. ..................................................................... 434.2.2. Cable coaxial de banda ancha. .................................................................... 44

4.3. Fibra óptica....................................................................................................... 454.4.- Transmisión por trayectoria óptica................................................................... 484.5.- Enlaces por radio y microondas. ...................................................................... 494.6.- Comunicación por satélite. .............................................................................. 51

5.- Multiplexación....................................................................................................... 535.1.- Multiplexión por división de frecuencias. ........................................................ 535.2.- Multiplexación por división en tiempo............................................................. 545.3.- Multiplexación estadística. .............................................................................. 555.4. PDH y SDH...................................................................................................... 56

BIBLIOGRAFÍA:

Apuntes de Redes de Comunicaciones. Universidad de Oviedo.Stallings, W.; "Comunicaciones y Redes de Computadores". 6ª Edición; Prentice-Hall;2000 (681.324 STA com)



1.- Introducción.Para comenzar podemos clasificar los sistemas de comunicación físicos dependiendo desu medios de transmisión. La transmisión de datos entre un emisor y un receptorsiempre se realiza a través de un medio de transmisión. Estos pueden clasificarse en:

• Guiados. La transmisión se realiza confinada a un elemento detransmisión. Estos pueden a su vez, ser:

o Punto a punto: se emplea para conectar directamen dos equipos.o Multipunto: varios equipos intervienen en la comunicación.

• No Guiados: como por ejemplo la radio.

Los medios de transmisión pueden clasificarse, según la forma en que transmiten lasseñales, en:

• Simplex: la comunicación tiene lugar solo en un sentido.• Half-Duplex: la comunicación tiene lugar en un sentido y en el contrario de

forma alternada.• Full-Duplex: la comunicación tiene lugar en ambos sentidos de forma

simultánea.

Además de los tipos de comunicación que podemos tener, el éxito de la transmisión delos datos depende de dos factores fundamentales:

• De la calidad de la señal que se transmite.• De las características del medio de transmisión.

Las transmisiones se realizan mediante señales electromagnéticas de diferente tipo.Estas señales pueden ser continuas (analógicas) o discretas (digitales). En los siguientesapartados vamos a comenzar estudiando las señales que vamos a transmitir. Despues deestudiarlas, estudiaremos los posibles factores de degradación de la señal originados porel medio de transmisión. A continuación estudiaremos las técnicas de generación deseñal necesarias para adecuar la transmisión al canal.

Después estudiaremos las caracteristicas de los diversos medios de transmisión que sesuelen emplear para transmisión de datos. Por último estudiaremos los mecanismos parael aprovechamiento del canal de transmisión mediante el empleo de técnicas demultiplexación.



2.- Análisis de señales.

2.1.- Definiciones básicas.

Se define una señal continua como aquella en la que la intensidad de la señal varíasuavemente en el tiempo.Matemáticamente, una señal s(t) es continua si: para todo a.Un ejemplo de señal continúa puede ser la voz.

Tiempo

Amplitud

La teoría de señales solo funciona para señales continuas, de ahí su importancia. En lapráctica las señales que se manejan son señales continua, también se denominananalógicas.

Se define una señal discreta como aquella en que la intensidad de la señal se mantieneconstante durante un determinado intervalo de tiempo, tras el cual la señal cambia a otrovalor constante. Una señal discreta puede representar, por ejemplo, valores binarios

Tiempo

Amplitud

Las señales más interesantes y sencillas que pueden considerarse son las periódicas,que se caracterizan por tener un patrón que se repite a lo largo del tiempo.

Matemáticamente, una señal s(t) es periódica si: ∞<<−∞=+ ttsTts )()( , donde T esel periodo de la señal, que se define como la cantidad de tiempo transcurridos entre dosrepresentaciones consecutivas de la señal.

La frecuencia es la razón (en ciclos por segundo o Hertzios) a la que la señal se repite.La frecuencia es la inversa del periodo.La fase es una medida de la posición relativa de la señal dentro de un periodo de lamisma.

)()(lim

ast

ts=

∞→



Una onda senoidal es la señal continua por excelencia. Viene expresadacomo )2sin()( φπ += ftAts

Tiempo

A

-A

periodo = T = 1/ft

Valo

r de

pico

de

la s

eñal

En la siguiente figura se aprecian varias ondas senodiales de diferente periodo.

Se denomina longitud de onda (λ) a la distancia que ocupa un ciclo, o lo que es lomismo, la distancia entre dos puntos de igual fase en dos ciclos consecutivos.

La longitud de onda está relacionada con el periodo de la señal mediante la fórmula:T·νλ = , siendo ν la velocidad de propagación de la señal y T el periodo.

En ocasiones, cuando se utiliza un medio de transmisión adecuado, la velocidad depropagación de la onda se iguala a la de la luz: ν = c; (c = 3·108 m/s).



En la práctica, una señal electromagnética puede estar compuesta por muchasfrecuencias, por ejemplo en las gráficas siguientes f(t) está compuesta por g(t) y h/t).

0 1 2-1

-0.5

0

0.5

1

f(t)= ))3(2sin(3/1)2sin( 11 tftf ππ +

0 1 2-1

-0.5

0

0.5

0 1 2-1

-0.5

0

0.5

1

g(t)= )2sin( 1tfπ h(t)=1/3 ))3(2sin( 1 tfπ

Cuando todas las componentes tienen frecuencias múltiplo de una dada, esta sedenomina frecuencia fundamental. El periodo de la señal suma de componentes es elperiodo correspondiente a la frecuencia fundamental.

Se define el espectro de una señal como el conjunto de frecuencias que la constituyen.En la transparencia anterior, el espectro se extiende desde f1 hasta 3f1.

Se define ancho de banda absoluto de una señal como la anchura del espectro. En elejemplo anterior es 2f1.

Se denomina ancho de banda relativo o simplemente ancho de banda a la banda defrecuencias donde se concentra la mayor parte de la energía de la señal.

Si una señal contiene una componente de frecuencia cero, esa componente se denominacontinúa.

2.2.- Análisis de Fourier.

Se puede demostrar, usando el análisis de Fourier, que cualquier señal está constituidapor componentes senoidales de distintas frecuencias.

La información puede transmitirse por medio de cables al variar alguna de suspropiedades físicas como la tensión o la corriente que circula por él. Al representar elvalor de dicha propiedad en función del tiempo, podremos modelar el comportamientode la señal y analizarla matemáticamente.



A principios del siglo XIX, Fourier demostró que cualquier función que se comporte deforma razonablemente periódica, puede construirse mediante la suma (posiblementeinfinita) de funciones seno y coseno:

donde f=1/T representa la frecuencia fundamental y an, bn son las amplitudes de losdiferentes armónicos. Esta descomposición se conoce como serie de Fourier.

Una señal de datos que tiene una duración finita, puede manejarse suponiendo queaquella se repite una y otra vez:

2.3.- Perturbaciones de la transmisión.

2.3.1.- Atenuación del canal.

Es la relación entre la potencia de la señal a la entrada del canal de transmisión y lapotencia que tiene esta señal a la salida del canal expresada en decibelios [dB]. Es decir:

Como esta atenuación suele ser proporcional a la longitud del canal, se indica laatenuación por cada 100 m o cada km de canal de transmisión. El decibelio es unamedida de la diferencia entre dos niveles de potencia.

El decibelio-vatio (dBW) se usa cuando se necesita expresar un nivel absoluto depotencia. Suele emplearse en aplicaciones de microondas. Se elige como referencia 1vatio y se define como 0 dBW. El nivel absoluto de una potencia en dBW es:

Potencia(dBW)=10 log10 (Potencia en vatios/ 1 vatio)

Una unidad empleada en televisión por cable y LANs de banda ancha es el decibelio-milivoltio (dBmV). Es una medida absoluta, donde 0 dBmV corresponde a 1 mV:

Tensión (dBmV) = 20 log10 (Tensión en mV/ 1 mV)



2.3.2.- Ancho de Banda.

Describe el rango de valores de frecuencia que pueden tener las señales a transmitir através de ese medio de transmisión, ya sean de carácter eléctrico o electromagnético.

Generalmente un canal presenta distintas atenuaciones a señales de distintasfrecuencias, haciendo que determinadas frecuencias apenas se propaguen por el canal.Esto hace también que el ancho de banda se reduzca a medida que aumenta la longituddel canal, debido a que también aumenta la atenuación de la señal. Por ello, enocasiones se expresa el ancho de banda del canal por cada 100 m o cada km de longitud.

Una línea telefónica, por ejemplo, tiene un ancho de banda que va desde los 300 Hz alos 3400 Hz, y cubre con ello la parte fundamental de las frecuencias que puede generarla voz humana. El límite no viene impuesto por el tipo de cable utilizado que tiene unancho de banda mucho mayor, sino por los amplificadores que se insertan en la líneapara contrarrestar el fenómeno de atenuación de la misma y poder transmitir la señal alarga distancia.

En los sistemas cableados donde se usan señales eléctricas, el ancho de banda suele irdesde 0 Hz hasta varios MHz (salvo que como en el caso de las líneas telefónicas seintroduzcan elementos amplificadores que reduzcan el ancho de banda). Esto quieredecir que se pueden transmitir por ellos señales que mantienen valores continuos (defrecuencia 0 Hz) durante cierto tiempo. Cuando las señales son electromagnéticas nosuele existir esta posibilidad, por lo que todas las señales se transmiten a una frecuenciadeterminada.

Como ejemplo en la siguiente gráfica puede verse la atenuación de una línea telefónicaantes de ecualizar (1) y después de ecualizar (2) mediante un sistema electrónico paracontrarrestar la atenuación y obtener una respuesta plana (igual para todas lasfrecuencias útiles) del medio.

500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

0

-5

5

10Å

Ç

Frecuencia (hertz)

Aten

uaci

ón (e

n de

cibe

lios)



Para ver cómo aplicar lo anterior al envío de datos, considérese la transmisión de “b”. Elpatrón a transmitir es 01100010. El análisis de Fourier proporciona

La amplitud rms de los armónicos se calcula como , la energía transmitida acada frecuencia es proporcional al cuadrado de éste valor.

Al transmitir la señal, se sufre necesariamente una pérdida de potencia. Si todas lasfrecuencias se atenuasen por igual, la señal final sería igual a la inicial pero con unaamplitud menor. Sin embargo, esto no es así y se produce una distorsión. En general,para amplitudes desde cero hasta fc sufren una atenuación despreciable. Por encima dedicho valor, la señal es fuertemente atenuada. La posición de esta frecuencia de corte esuna propiedad física del medio de transmisión.

2.3.3.- Distorsión de retardo.

Se produce por el hecho de que la velocidad de propagación de la señal en el mediovaría con la frecuencia. Puede producir interferencia entre los símbolos del código.

500 1000 1500 2000 2500 3000 35000

1000

0

3000

4000

Å

Ç

2000

Frecuencia (hertz)

Ret

ardo

rela

tivo

de la

env

olve

nte

(µS

)

El tiempo T que se necesita para enviar un carácter depende del método de codificacióny de la velocidad de la señal (número de cambios por unidad de tiempo). El número decambios por segundo se mide en baudios. Una línea de b baudios no transmitenecesariamente b bits/s, ya que la señal puede enviar varios bits en cada nivel. Porejemplo, si se emplean las tensiones 0,1,2,...,7, cada nivel codifica 3 bits por lo que bbaudios corresponden a 3b bps.



Si suponemos que sólo se usan dos niveles, dada una señal de b bps, el tiempoempleado para enviar 8 bits, es 8/b segundos, por lo que el primer armónico es b/8 Hz.

En una línea de calidad telefónica, la frecuencia de corte está en 3 kHz. Esto significaque el número de armónicos que pasan por ella es aproximadamente 3000/(b/8) o24000/b.

2.3.4.- Ruido.

Son las señales no deseadas que se insertan entre el emisor y el receptor. Es el factor demayor importancia a la hora de limitar las prestaciones de un sistema de comunicación.

Puede clasificarse en:

• Ruido térmico: producido en todos los componentes electrónicos y en los cables.• Ruido de intermodulación: debido al medio de transmisión que provoca la

presencia de señales electromagnéticas que interfieren.• Diafonía: producido por la proximidad física de un cable que provoca una

inducción magnética de señal.• Ruido impulsivo: producido por chispas y motores de combustión que producen

una señal interferente de un espectro muy grande.

El ruido térmico se debe a la agitación térmica de los electrones dentro del conductor. Elruido térmico presente en un ancho de banda de W hertzios se puede expresar en vatioscomo: WTkN ··= siendo, k la constante de Boltzmann = 1.3803 x 10-23 J/ºK y T latemperatura, en grados Kelvin. Si lo expresamos en decibelios-vatio:

WTTdBWNWTkN

log10log10log106.228;log10log10log10

+++−=++=



2.4.- Caracteristicas del canal en función de las propiedades del medio.

En función de los parámetros anteriormente analizados el canal nos permitira transmitiruna determinada cantidad de información.

2.4.1.- Velocidad de transmisión.

Es el número de elementos de señal o cambios de condición por segundo. Se mide enbaudios, que son el número de elementos de señal por segundo que se transmiten.

Un elemento de señal es un determinado valor de amplitud, fase, frecuencia, etc. Ocombinación de ellos, que codifica un determinado valor binario, de uno o varios bits.

Un elemento de señal puede tener N estados diferentes, que codificarán cada uno unvalor binario diferente de log2N bits.

Nyquist demostró que si una señal arbitraria se hace pasar por un filtro paso bajo con unancho de banda W, la señal filtrada puede reconstruirse por completo mediante laobtención simple y sencilla de 2W muestras por segundo. Si la señal consiste en Mniveles discretos, el teorema de Nyquist establece que:

Velocidad máxima de datos (bps) = 2 W log2 (M)

Este resultado es aplicable a canales sin ruido. Si existe ruido, se mide por la relaciónentre la potencia de la señal y la potencia del ruido, o relación señal/ruido. La relaciónseñal-ruido se define como:

( ) ( )ruidodelpotencia /señalladepotencialog10=dBNS



En la práctica, el teorema de Nyquist significa que enviando 2W valores por segundo,como muestras de una señal de frecuencia W, podemos recomponer la señal sin perderinformación. Si se envían frecuencias más altas que W, serán redundantes e innecesariaspara la reconstrucción de las series de valores de señal en el receptor.

En general pueden enviarse “n” bits en cualquier momento enviando 2n niveles posiblesde señal. Por lo tanto, con 2n niveles de señal posibles y capaces de distinguirse, puedentransmitirse una proporción de señales de 2nW bits por segundo por un canal con unancho de banda de W Hz.

2.4.2.- Capacidad del canal.

También se la denomina velocidad de transmisión de la información. Es la velocidadmáxima a la que se puede transmitir información sin errores, expresada en bits porsegundo. Por lo tanto, la capacidad del canal será la velocidad en baudios máximaadmisible por el canal, multiplicada por el número de bits que codifica cada elemento deseñal.

La capacidad máxima de un canal es la proporción máxima de información que sepuede enviar por una línea. se mide en bits por segundo (bps). Esta capacidad dependedel ancho de banda.

En 1924, H. Nyquist derivó una ecuación que expresaba la velocidad máxima dedatos através de un canal sin ruido, con un ancho de banda finito. En 1948, Claude Shanonllevó a cabo un trabajo más extenso sobre lo desarrollado por Nyquist, y lo amplió alcaso de un canal con ruido aleatorio.

La máxima velocidad de datos sobre un canal ruidoso, cuyo ancho de banda es W Hz ysu relación señal/ruido es S/N, viene dado por:

C=Velocidad máxima de datos (bps) = W log2 (1+S/N)

El resultado del teorema de Shanon se demostró mediante el uso de la teoría de lainformación, y tiene una validez muy general. Este límite es un valor máximo. En lapráctica resulta difícil incluso aproximarse al límite de Shanon.

2.5.- Modos de transmisión de la señal.

Básicamente, existen dos formas de enviar señales por una línea de transmisión.Podemos optar por enviar la información directamente, sin ningún tipo de modificación,en forma digital o bien pueden componerse con una onda de frecuencia más alta quesirve de transporte.

En el primer caso se habla de transmisión en Banda Base, en el segundo se trata deenviar señales moduladas sobre ondas portadoras de determinadas frecuencias. El canalde transmisión puede ofrecer entonces dos posibilidades, la transmisión en bandaportadora cuando la señal sólo se pueda modular sobre una única portadora de unadeterminada frecuencia y la transmisión en banda ancha cuando las señales pueden ir



moduladas en portadoras de distintas frecuencias, llevando en la mayoría de lasocasiones informaciones diferentes.

La modulación es el proceso por el cual se puede modificar una señal portadora paraque lleve información, que será una señal generalmente de menor frecuencia. El procesoque permite recuperar la señal original se llama demodulación.

La transmisión de radio AM (modulación en amplitud) y FM (modulación enfrecuencia), son dos técnicas para enviar información, en este caso voz o música; peroque también pueden ser usadas para transmitir datos. Para conectar un ordenador a uncanal telefónico, o en general a cualquier tipo de línea de transmisión de datos se sueleusar un equipo módem (modulador-demodulador) que convierte los datos que se envíana una forma de onda ajustada a las características del canal, y en el otro extremo la señalse convierte nuevamente en bits mediante el proceso de demodulación. En otros casos,la señal portadora puede ser una señal digital, que transporta información analógica odigital, como es el caso de los canales PCM de las líneas RDSI telefónicas.

2.5.1.- Modulación con portadora analógica.

Para transmitir información se usan en general señales de alta frecuencia. La razónprincipal es que, aunque la atenuación sufrida es mayor, la sensibilidad al ruido esmucho menor que en el caso de las bajas frecuencias.

Si se quieren enviar señales por determinados canales de transmisión, es necesario usaruna frecuencia portadora modulada por la señal que se envía, propagándose por elmedio hasta el receptor, donde se demodula para así obtener la señal original.

Este método se usó en principio para la transmisión por radio y luego para latransmisión por líneas. Como el canal de transmisión tiene generalmente un ancho debanda mayor que el que necesita la información, se podrán transmitir simultáneamentevarias señales por la misma línea usando portadoras de diferente frecuencia(multiplexación por división de frecuencias, FDM).

Si usamos como portadora para enviar datos una onda senoidal, podremos caracterizarlapor tres parámetros: amplitud, frecuencia y fase. La modulación de fase no se usanormalmente para transmitir información analógica, sin embargo es la más adecuadapara las señales de datos. La portadora será de la forma:



donde Ac es la amplitud máxima de la señal, fc es su frecuencia y αc es el ángulo de fase.Variando estos tres parámetros en función de la información a transmitir, se tienen lostres tipos de modulación básicos:

a) Modulación de amplitud: modificación de la amplitud Ac.b) Modulación de frecuencia: modificación de la frecuencia fc.c) Modulación de fase: modificación del ángulo de fase αc.

Normalmente una señal digital que contiene información está representada por dosniveles de tensión diferentes que representan los bits 1 y 0. En la modulación deamplitud (AM) la portadora es modulada poniéndola en dos estados posibles, o sea, condos amplitudes diferentes, que representan los bits 1 y 0. En la modulación defrecuencia (FM), la portadora es modulada con dos frecuencias distintas. En lamodulación de fase (PM), la portadora experimenta un cambio de fase de 180º querepresentará el cambio de información del bit 1 al 0.

En cualquiera de los casos anteriores, se pueden elegir más de dos valores de amplitud,frecuencia o fase, con el objeto de codificar más de un bit en cada elemento de señal yaumentar así la capacidad del canal de transmisión. Es más, se pueden emplearconjuntamente varios métodos de modulación obteniéndose así un número elevado deposibles estados diferentes para cada elemento de señal. Los módem telefónicosemplean este último método para aumentar la capacidad del canal telefónico usandoconjuntamente la modulación de fase y de amplitud, por ejemplo la modulación QAM(Quadrature Amplitude Modulation).



Modulación de Amplitud

En este tipo de modulación, se varía la amplitud de la onda transportadora de acuerdocon la señal que se envíe. En su forma más sencilla, la transportadora simplemente seconecta y desconecta para simular el envío de los bits 1 y 0.

La señal que se propaga por la línea es el resultado de componer la onda original con laportadora. Pueden usarse cuatro niveles diferentes para transmitir 2 bits por nivel, lo queda un margen de error más bajo, sin embargo, la susceptibilidad al ruido aumenta.

Modulación de frecuencia

En la modulación de frecuencia, al ser la amplitud constante, es inmune a todos losruidos que varían la amplitud, pero necesita más ancho de banda. Una forma intuitiva ysencilla de modular en FM sería emplear un valor de frecuencia para indicar el valor 1 yotro para indicar el valor 0. A este tipo de modulación de conexión y desconexión se lellama conmutación de variación de frecuencia o conmutación de variación de portadora.

La forma práctica de modular en FM es un proceso analógico continuo, en donde lafrecuencia varía de acuerdo con la señal que hay que enviar.

Modulación de fase

En la modulación de fase, la fase de la portadora se hace variar en función de los datos atransmitir, siendo la gama máxima de variación de ±180º. Las pequeñas variaciones defase son difíciles de transmitir y de detectar. Por ello, este tipo de modulación no sueleusarse para el envío de información analógica (voz, música, ...); no obstante, puedenusarse para poner en clave los bits de datos.



2.5.2.- Modulación con portadora digital.

Hoy en día, las grandes compañías de comunicaciones, a la vista de que su mayorvolumen de información a transmitir está formado por la información digital, seplantearon su política de inversiones, llegando a la conclusión de que es más rentablediseñar las nuevas líneas de comunicación para que puedan transmitir la información enbanda base. Incluso se digitaliza la información analógica para enviarla por estoscanales.

La principal desventaja es que la transmisión de señales en banda base requiere unmayor ancho de banda para transmitir la misma cantidad de información, aunque comotiene una relación Señal/Ruido más baja, queda compensada la desventaja. Existen tresfactores que inciden en que cada vez se use más la técnica de modulación en banda debase:

• La disponibilidad de instalaciones con mayor ancho de banda• El coste decreciente de los circuitos lógicos necesarios para los equipos

electrónicos.• La mayor necesidad para transmitir señales distintas a las de audio.

En la modulación de pulsos necesitamos también una portadora que será un tren depulsos y será la información que hay que enviar la que module o cambie el tren depulsos.

Las diferentes técnicas de modulación de pulsos pueden dividirse en dos grupos:

1) En función de la información a enviar (señal de entrada), se puede cambiaralguna característica física del pulso, como puede ser la amplitud, la anchura y laposición. Esto da lugar a los siguientes modos:

a. PAM » Pulse Amplitud Modulation.b. PWM » Pulse Width Modulation.c. PPM » Pulse Position Modulation.

2) También podemos modular la señal a enviar en PAM, y convertir a continuaciónel valor de amplitud del cada pulso en dígitos para transmitirlos en banda base.Este método se conoce como modulación por codificación de pulsos (PCM,Pulse Code Modulation) y es el más utilizado.

Modulación por codificación de pulsos (PCM)

Cuando se quiere enviar una señal analógica en forma digital, lo primero es hacer unaconversión A/D, mediante la técnica del muestreo, y después una cuantificación. Unavez en el receptor, se sigue el proceso inverso para poder reconstruir la señal original.

La señal analógica de entrada se observa a intervalos regulares (muestreo) y se tomanmuestras de la misma en puntos específicos, obteniendo una señal PAM (PulseAmplitud Modulation). La señal PAM obtenida tras el muestreo sigue siendo una señalanalógica, pues la amplitud del pulso puede tener distintos valores.



A continuación el valor de cada pulso PAM se cuantifica en distintos nivelescodificados en valores binarios de Q bits. Si se dispone de N niveles de cuantificación,se necesitan bits para representar cada nivel. Al proceso final de muestrear ycodificar en binario la señal se le denomina modulación por codificación de pulsos(PCM).

Lo más habitual es emplear 256 niveles que se codifican en 7 bits (128 niveles) más unbit de signo. Estos valores pueden transmitirse en forma binaria como un tren de pulsos,la señal PCM.

Para obtener una comunicación eficiente, necesitamos tomar un mínimo de 2H muestraspor segundo, siendo H la frecuencia de la señal analógica a transmitir, si queremos queel receptor sea capaz de reconstruirla. Por ejemplo, para transmitir una señal de audio deun canal telefónico típico donde la frecuencia máxima es de 3.400 Hz, necesitaríamosenviar al menos 6.800 muestras/s en PCM. Lo habitual es enviar 8.000 muestras porsegundo codificadas cada una con 8 bits, lo que hacen 64 kbps.

Obtenemos así una transmisión de pulsos, con las ventajas que esto conlleva:

• Facilidad para la recomposición de pulsos en estaciones repetidoras.• Mayor inmunidad al ruido y las distorsiones que puede añadir la línea.• Mayor facilidad para la detección de los pulsos, pues sólo existen dos niveles

que representan los valores 0 y 1.



Otra técnica muy empleada en estos sistemas es la digitalización no lineal de la vozmediante un proceso denominado “compading” que consiste en digitalizar con mayoresniveles de información los pasajes de voz baja. De esta forma se contrarresta el sistemade recepción humano y se permite distinguir mejor la información de voz enviada.

2.5.3.- Codificación digital de datos en banda base.

La principal ventaja que ofrece la transmisión en banda base es la sencillez y economíadel proceso. Su principal inconveniente es la atenuación introducida por la línea a estetipo de señales que provoca importantes distorsiones. La transmisión en banda baseadmite distintos tipos de codificaciones (formas de representar la información binaria),como por ejemplo: codificación Manchester o Manchester diferencial, codificación porretorno a cero, codificación de no retorno a cero, etc.



En las transmisiones en banda base los datos se codifican en una señal digital, cuyaforma de onda dependerá del esquema de codificación adoptado. Dicho esquema decodificación deberá optimizar el uso del medio de transmisión: minimizar ancho debanda, número de errores, etc. Su elección también influirá directamente en lacomplejidad de la electrónica necesaria para enviar o recibir la señal.

Dentro de las señales empleadas para la transmisión en banda base se pueden distinguirdos tipos:

a) Señales unipolares: que son aquellas en las que todos los elementos de señaltienen la misma polaridad.

b) Señales bipolares: que son aquellas en las que existen elementos de señal conpolaridades diferentes.

El esquema de codificación empleado determinará:

a) Características espectrales de la señal resultante: ancho de banda, existencia deun nivel de continua.

b) Facilidad para sincronización: determinada por la facilidad para identificar elcomienzo y el final de un bit.

c) Capacidad para la detección de errores.d) Inmunidad al ruido e interferencias.e) Coste y complejidad del sistema.

De entre los distintos tipos de codificación posibles, el más sencillo es la codificaciónde no retorno a cero (NRZ). En este caso, a cada nivel lógico se le asigna un nivel detensión diferente. El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración de unbit.

La forma más inmediata de hacer esta codificación consiste en asignar una tensiónpositiva, por ejemplo 5 voltios, al nivel lógico 1 y una tensión nula para el 0. El códigoNRZ-L, que es más usado en la práctica, asigna un nivel negativo al 1 lógico, y un nivelpositivo al 0 lógico, tal y como sucede por ejemplo en un comunicación serie RS-232.

Otra variante del NRZ es el NRZI, (No retorno a cero, invertir en unos). En esteesquema también se mantiene constante la tensión durante la duración de un bit, sinembargo, la codificación de los datos depende de si existe o no una transición de laseñal al comienzo de cada bit. Un 1 se codificará mediante un cambio del nivel de laseñal al comienzo del bit, mientras que la ausencia de cambio significará un cero lógico.Este tipo de código es un ejemplo de codificación diferencial. En este tipo decodificación, en lugar de determinar el valor absoluto, la señal se decodificacomparando la polaridad de los elementos de señal adyacentes. Esto presenta la ventajade que en presencia de ruido puede ser más seguro detectar una transición en lugar decomparar un valor con un umbral. Otra ventaja es que es inmune a cambios en lapolaridad de los cables.

Los códigos NRZ son los más fáciles de implementar, y además hacen un uso eficaz delancho de banda. Su principal limitación es la existencia de un nivel de continua y laausencia de capacidad de sincronización.



Una codificación alternativas a la NRZ es la denominada binario multinivel. En estecaso se usan más de dos niveles de señal. Dos ejemplos de este esquema de codificaciónson el bipolar-AMI, y el pseudoternario. En el primer caso, un 0 binario se representapor ausencia de señal y el 1 binario por pulsos de polaridad alternante. Este tipo deesquema ofrece la ventaja de que la sincronización es más fácil, de hecho, sólo laaparición de largas cadenas de ceros la dificulta. Además, no hay componente decontinua en la señal debido a la alternancia de los pulsos. Por último, la alternancia delos unos facilita la detección de errores. El código pseudoternario es similar, salvo quees el 0 binario el que se representa por pulsos de polaridad alternante. Estos códigos noson tan eficaces como los NRZ, ya que al disponer de tres niveles diferentes, se podríancodificar 1,58 bits por elemento de señal.

Los códigos bifase representan una alternativa muy extendida en redes locales. Enparticular la codificación Manchester y Manchester diferencial pertenecen a estegrupo.

El código Manchester se caracteriza por poseer siempre una transición en el medio delintervalo de un bit. Esta transición sirve como un procedimiento de sincronización a lavez que permite la transmisión de los datos. Así, una transición de bajo a alto representaun 1 binario, mientras que una transición de bajo a alto indica un 0. En Manchesterdiferencial, la transición a mitad del intervalo se usa sólo para la sincronización,mientras que la información se codifica en función de la existencia o no de unatransición al comienzo del intervalo, de modo que una transición al comienzo de un bitindicará un 0 binario y su ausencia un 1.

El ancho de banda requerido por los esquemas bifase es doble del necesario para NRZdebido a la existencia de la transición en mitad de un bit. Sin embargo, tienen la ventajade su fácil sincronización, no tiene componente de continua por lo que es posible elaislamiento galvánico de la interfaz. También es posible la detección de errores,mediante la detección de ausencia de transición.

Un último grupo de técnicas de codificación a considerar son las técnicas de altibajos,como por ejemplo la codificación B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) o la HDB3(High Density Bipolar-3 Zeros). Este tipo de técnicas se basan en las técnicas bipolaresy lo que incorporan es un mecanismo para la sustitución de cadenas largas de ceros pordeterminadas secuencias que suponen una violación de código. Por ejemplo en el casomás sencillo, el B8ZS, una cadena de ceros se sustituye por una secuencia 000VB0VB,donde V significa violación de código y B señal bipolar válida. La violación de códigoconsiste en repetir la polaridad del último uno enviado. Como la probabilidad de queaparezca un patrón semejante de violaciones de código es muy baja, el impacto sobre elnúmero de errores de transmisión es despreciable. La principal ventaja que se obtiene esmejorar la sincronización al evitar cadenas de ceros largas. Este tipo de códigos seaplican a transmisión de datos en líneas de larga distancia.



3.- Interfaces de circuitos de transmisión dedatos.En la estructura física de un circuito para la transmisión de datos se pueden distinguirlos siguientes elementos:

• Equipo Terminal de Datos (DTE): Es la fuente o destino de los datos y puedeser más o menos inteligente, desde un equipo de fax a un computador. En el seencuentran la fuente o colector de los datos, en el caso de un computador sería laaplicación que genera o recibe datos, y el control de comunicaciones, que sepodría asemejar al software (driver) que controla el dispositivo decomunicaciones (módem o interfaz de red). Se le denomina así por las siglasinglesas Data Terminating Equipment, aunque en numerosas ocasiones se lellama ETD en la bibliografía en castellano

• Equipo terminal del circuito de datos (DCE): Es el dispositivo encargado deconvertir las señales que llegan por el canal de transmisión en otras legibles porel DTE y viceversa formando junto con la estación, nodo o host decomunicaciones. En el caso de que el DTE sea un computador se trata de undispositivo de comunicaciones (módem o interfaz de red).

• Canal de transmisión: Es el conjunto de medios de transmisión que unen losdos ETCD. También se le denomina línea de transmisión por que en muchasocasiones el canal es algún tipo de sistema cableado, pero no siempre es así.

• Circuito de datos: Es el conjunto que forman el canal de transmisión y losETCD.

• Enlace de datos: Es el conjunto que forman el circuito de datos junto con elcontrol de comunicaciones de los ETD.

DTE

DCE

DTE

DCE

En este ámbito, el interfaz se refiere a la conexión entre el DTE y el DCE. Lasespecificaciones de un interfaz tienen cuatro características importantes:

• Mecánicas.• Eléctricas.• Funcionales.• De procedimiento.



3.1.- Comunicación serie.

Existen dos modos de transmitir la información: en serie o en paralelo. La transmisiónparalelo suele estar limitada, en general, a dos tipos principales de aplicaciones: latransmisión de datos a través de los buses internos de los sistemas informáticos y elintercambio de información entre sistemas muy próximos entre sí, y que requieranelevadas velocidades de transmisión. La comunicación paralelo no es aceptable enaquellas aplicaciones en que la distancia entre el transmisor y el receptor es grandedebido a su gran sensibilidad al ruido. La alternativa en este caso suele ser lacomunicación serie. La transferencia de información puede hacerse de tres formasdistintas:

1. Transferencia síncrona o también llamada incondicional. Es la forma mássimple y directa de realizar la transferencia. El problema de este sistema esasegurar la sincronización a velocidades de transmisión elevadas. Para ello serecurre a la incorporación de una señal de sincronismo bien en un medioparalelo o bien codificada con la información. Un ejemplo de este tipo detransferencia sería el protocolo SDH.

2. Transferencia asíncrona o también llamada condicional. Permite lacomunicación entre equipos que presentan diferentes velocidades para elprocesamiento de datos. Este modo de transferencia obliga a la sincronización (ohandshaking) de los dos interlocutores, estableciéndose así un diálogo entreellos a fin de asegurar que la transferencia de información se realiza en elinstante y la forma apropiados. Ejemplo sería el RS-232.

3. Transferencia plesiócrona. Es un sistema que pretende aprovechar las elevadasvelocidades de transmisión de los sistemas síncronos sin utilizar un medioparalelo para la señal de sincronismo. Estos sistemas observan un complejoprotocolo para reubicar la información conforme los retardos propios de laslíneas obligan a alterar su orden. El protocolo PDH utiliza esta técnica.

La transmisión de toda la información a través de una única línea implica problemas enla sincronización de los sucesivos bits que se van enviando, en la sincronización con elinicio y final de la transmisión de un determinado número de bits que forman uncarácter y en la sincronización de bloques de caracteres que forman el conjunto de lainformación.

3.2.1.- Control de la transmisión en líneas serie.

La sincronización de los bits en una transmisión de información serie se consigueutilizando en la recepción el mismo reloj de transmisión, que es enviado por una líneaaparte o codificado junto con la información (transmisión síncrona), o bien utilizandorelojes independientes pero con la misma frecuencia y fase (transmisión asíncrona). Lafrecuencia del reloj permite una codificación de los bits de información según algúndeterminado procedimiento: NZR, NRZI, Manchester, etc.

El otro problema: la detección por parte del receptor, del bit de comienzo de la palabrade información, se puede resolver a base de utilizar líneas adicionales a las de los datospara enviar pulsos que indican el inicio de un bloque de datos y contando los bits sedetermina el final de toda la información. Sin embargo, en los sistemas de



comunicación serie se utilizan básicamente dos formas de transmisión para lasincronización:

• Transmisión síncrona: Un bloque de caracteres (cientos o miles) va precedidode unos caracteres de sincronismo.

• Transmisión asíncrona: Cada carácter se identifica mediante dos bits, uno alprincipio (bit de start) y otro al final (bit de stop).

3.2.2.- Transmisión serie síncrona.

La comunicación serie síncrona se caracteriza porque los dispositivos que intervienenen la comunicación mandan los datos en el instante que los espera el otro. Latransmisión de información se realiza de una forma continua, bit a bit, y sin ningunaseparación entre caracteres. La sincronización de bit se consigue normalmenteutilizando una señal externa de reloj o codificándola junto con la información. Eltransmisor envía generalmente por una línea independiente de las de datos su reloj, quees utilizado como reloj de recepción para la llegada de datos.

Para la sincronización de carácter, se transmite delante de cada bloque de datos unoscaracteres de sincronismo que indican al receptor el instante en que se inicia latransmisión, lo que permite no utilizar nuevas líneas de control. El formato de latransmisión de información en serie síncrona se indica en la figura. La parte inicial estáformada por uno o dos caracteres de sincronismo, un bloque de datos, y una parte finalpara incorporar algún mecanismo de detección de error.

En el instante de la conexión, el receptor se colocará en un determinado estado y a laespera de recibir los caracteres de sincronismo. A medida que llega la información yésta no coincide con los caracteres de sincronismo, el receptor permanece en el estadoinicial sin aceptar información, pero si la información recibida coincide con dichoscaracteres, el receptor cambia de estado e inicia la recepción de información.

Este tipo de comunicación es rápida pero es necesaria una gran sincronización paraevitar errores. Es útil para transmitir gran cantidad de información a largas distancias. Elrendimiento o eficiencia en una transmisión síncrona en la que se envíen 256 bytes deinformación precedidos de 2 bytes de sincronización y seguidos de otros 2 bytes paradetección de errores o finalización de la trama es del 98,5% (256/(256+2+2)=0.9846).

3.2.3.- Transmisión serie asíncrona.

En la transmisión serie asíncrona, los datos se envían en cualquier instante. Debido aque no se utilizan señales de sincronización es necesario que cada dato lleve unasmarcas para indicar el comienzo y el fin del mismo. El control de la transmisión seefectúa por bits de arranque y de parada que enmarcan cada carácter transmitido y que



son utilizados por el receptor para sincronizar su reloj con el del transmisor en cadacarácter.

Mientras no se envíen datos por la línea, ésta se mantiene al nivel lógico 1. Cuando sedesea transmitir un carácter, se envía primero un bit de comienzo (bit de start) que ponea 0 lógico la línea durante el tiempo de un bit. De esta forma el otro dispositivo detectaque le van a enviar un dato. A continuación se envían todos los bits del carácter atransmitir con una velocidad marcada por el reloj de transmisión. La duración de cadabit de información es igual a la duración del bit de comienzo. Después se envía el bit dedetección de errores por paridad si se utiliza, y uno o dos bits de stop.

Normalmente el receptor posee un reloj de recepción con período muy inferior a laduración de los bits de información. (están normalizados los períodos de 16 a 64 vecesinferiores a la duración de un bit), lo que permite realizar la sincronización con unaprecisión elevada.

El bit o los bits de stop tiene como misión la de llevar la línea al estado lógico 1 paraque el bit de comienzo del siguiente carácter provoque la transición hacia el estadológico 0 que permita al receptor sincronizar el siguiente carácter. La señal de bit deparada es, por tanto, un 1 lógico aunque su duración no está universalmente aceptada,puesto que sirve también al receptor para dar tiempo al receptor a que se acepte el datorecibido.

La transmisión de información serie asíncrona presenta la ventaja de permitir enviarcaracteres a ritmos variables puesto que cada uno de ellos lleva incorporado lainformación de sincronismo. Sin embargo, cuando el volumen de información a enviares importante, este método resulta ineficiente en comparación con la comunicaciónsíncrona, puesto que cada carácter va lastrado por un mínimo de dos bits desincronismo. El rendimiento es mucho menor que en la comunicación síncrona, desdeun 55,5% en el caso más desfavorable (5/(5+1+3)=0.5555) hasta un 80% en el másfavorable si no se utiliza ningún control de paridad, (8/(8+1+1)=0.8).

3.3.- Estándar EIA RS-232.

Cuando los ordenadores entraron en escena en los años sesenta, aprovecharon latecnología ya madura de los dispositivos serie para la entrada/salida de datos. De todasformas, los ordenadores eran más restrictivos en las características eléctricas de losdispositivos conectados a ellos y fue por eso que se empezó a ver la necesidad dedesarrollar un standard de conexión serie, para normalizar el caos que supondría laproliferación de equipos con diferentes tipos de conexiones.

Fue la compañía telefónica BELL la primera en tomar cartas en el asunto, al comprobarque muchos de los dispositivos para comunicar datos a través de la línea telefónica(MÓDEMS) que se empezaban a utilizar en aquel entonces, podían interferir o dañar laslíneas telefónicas que usaban y prohibió muchos de estos equipos. La situación pedía unmodelo a gritos que no tardó en llegar.



En 1969 la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas), los laboratorios BELL y losfabricantes de equipos de comunicaciones, formularon cooperativamente y emitieron elEIA RS-232, que casi inmediatamente experimentó revisiones menores convirtiéndoseen la RS-232-C.

Un modelo similar, el V-24, fue aprobado por la organización internacional de modelos,comité consultivo internacional sobre telefonía y telegrafía (CCITT), con lo cual estemodelo se hizo popular a nivel mundial en todos los dispositivos de comunicaciones dedatos vía serie. Sin embargo, al no ser una norma de obligado cumplimiento muchosfabricantes hacen una interpretación bastante personal de ella, apartándose del standardy complicando la conexión de sus aparatos.

El propósito de esta norma fue establecido formalmente por su título: “Conexión entreun Equipo Terminal de Datos (DTE) y un Equipo de Comunicación de Datos (DCE)empleando un intercambio de datos binarios en serie”. En resumen especifica comoconectar un terminal o computador (DTE), a un módem (DCE).

La norma contempla cuatro aspectos básicos:

1. Las características de la señal eléctrica.2. Las características mecánicas de la conexión (conectores).3. La descripción funcional de los circuitos de intercambio.4. Ejemplos de conexiones comunes.

3.3.1.- Características de la señal eléctrica.

Aunque lo normal dentro del mundo de la electrónica digital es utilizar tensiones dentrodel rango de 0 a 5 voltios, la conexión RS-232-C define su propio entorno eléctrico, elcual utiliza el rango -15 a +15 voltios.

Tensiones en las líneas

La conexión serie RS-232-C utiliza varias líneas para realizar la comunicación. Unaslíneas son entradas y otras son salidas. No existen líneas bidireccionales, por tanto lasconexiones entre las líneas siempre han de ir de una entrada a una salida.

Las líneas que son entradas tienen una tensión prácticamente cero frente la patilla detierra, aunque no todas las líneas que tengan tensión cero son entradas, ya que las líneasno utilizadas (sin conectar) también tienen tensión cero. Las líneas de salida pueden serde dos tipos, bien de transmisión o bien de control de la comunicación. Ambas secaracterizan por tener tensión diferente de cero.

La línea de transmisión está normalmente a tensión negativa, cuando no transmite. Laslíneas de control pueden estar tanto a tensión negativa como positiva. Una característicamuy tranquilizadora de la conexión serie RS-232-C es que cualquier línea puedesoportar una tensión comprendida entre -15 v. y +15v. sin dañarse, por tanto aunqueconectemos líneas equivocadamente, o se produzca algún corto en el conector, losequipos no deben estropearse. Esto las protege frente cortocircuitos en la línea y nospermite a nosotros probar diferentes tipos de conexiones con absoluta tranquilidad.



Niveles lógicos

Existen dos tipos de lógica posibles, la lógica positiva y la lógica negativa. La lógicapositiva es la que asigna al valor lógico “1” un voltaje mayor que al que asigna al valorlógico “0” y la lógica negativa es la que asigna los valores al revés. Este tipo de lógica,más enrevesada, es sin embargo bastante utilizada, ya que presenta otro tipo de ventajasa nivel de diseño de circuitos electrónicos. La lógica usada por la norma RS-232-C es lalógica negativa, es decir, que al bit “1” le asigna la tensión de -15 voltios y al bit “0” leasigna la tensión de +15 voltios.

Las asignaciones de tensiones no son estrictas, sino que pueden variar dentro de unmargen bastante grande sin que se produzcan errores. La salida serie para el bit “0”puede tomar un valor entre +5 y +15 sin que haya problemas. De hecho, casi ningúndispositivo utiliza los +15, sino que lo normal es usar +12 o incluso +8. La salida parael bit “1” ha de estar entre -5 y -15 voltios. Cuando el voltaje está entre -5 y +5 voltios,resulta imposible determinar el valor lógico que se ha enviado.

Las entradas de una conexión serie RS-232-C son aún menos estrictas, ya que elreceptor entiende que ha llegado un “0” cuando el voltaje está entre +3 y +15 voltios yentiende que llegado un “1” cuando el voltaje está entre -3 y -15 voltios. Cuando llegaun voltaje entre -3 y +3 voltios el valor lógico que el receptor entenderá esimpredecible.

Así pues, la norma de conexión RS-232-C es bastante tolerante frente a variaciones devoltaje y ello es debido a la elección del rango de tensiones de -15 a +15 voltios, en vezdel habitual de +5 a 0 voltios, que habría dado menos margen de tolerancia.

Las señales de control son líneas auxiliares que utiliza la conexión RS-232-C paracontrolar la comunicación. Por ejemplo, si un dispositivo no está preparado para recibir,puede poner una línea a un determinado valor, de modo que el otro dispositivo lodetecte y espere para mandar hasta que la línea se ponga en estado de permitir larecepción.

El valor lógico que corresponde a una línea habilitada es el “0” o lo que es lo mismo+15 V., es decir, que si queremos indicar que nos pueden mandar datos pondríamos enla línea correspondiente el valor “0”. Por el contrario si queremos deshabilitar unalínea, la tendríamos que poner a “1” o lo que es lo mismo a -15v.



Margen de ruido

Se conoce como margen de ruido a la amplitud máxima de la perturbación que puedeproducirse en la salida de una señal sin que afecte en la entrada del siguiente circuito.Para medir este parámetro se toma el caso más desfavorable.

En la conexión serie RS-232-C, el caso más desfavorable se daría cuando la salida estáemitiendo con el valor más crítico, que es 5 voltios (un “0”). Como la entrada lee un “0”hasta 3 voltios, entonces el margen de ruido para esta conexión es de 2 voltios. Estoquiere decir que es inmune a ruidos de 2 voltios, e incluso mayores en los casos másnormales de utilización. Esta característica es extremadamente valiosa cuando los cableshan de pasar cerca de dispositivos que generan interferencias eléctricas: líneas de altatensión, motores eléctricos, alumbrado fluorescente etc.

Además, el margen de ruido también da un margen de seguridad frente a caídas devoltaje por la resistencia óhmica del cable, aunque éstas en general no suelen sersignificativas.

Longitud de la línea de transmisión

La longitud de la línea tiene influencia en las señales eléctricas que viajan por ella. Hayque tener en cuenta que el equivalente eléctrico de un cable es una resistencia y unabobina en serie, más un condensador en paralelo, cuyo valor es proporcional a lalongitud del cable.

El valor de la resistencia, que depende sólo de la longitud de la línea, no es el que limitasu longitud máxima., sino que es la capacidad y la inductancia, que dependen tambiénde la velocidad de transmisión, las que determinan esta longitud. Ello es debido a que laseñal transmitida se puede asemejar a una corriente alterna, cuya frecuencia aumenta alaumentar la velocidad de transmisión. Al aumentar la frecuencia también aumenta lacapacidad e inductancia de la línea, ya que estos parámetros dependen de la frecuencia yllega un momento que la atenuación que experimenta la señal causa errores en los datosque se transmiten.

Pero, ¿Cuáles son las longitudes seguras para los cables de transmisión serie? La EIA(Asociación de Industrias Electrónicas) recomienda que la capacidad total del cable noexceda los 2500 picofaradios. Como los cables de transmisión de datos tienen un valorde entre 120 a 150 picofaradios por metro, entonces 150 metros sería la longitudmáxima que podría tener. Sin embargo, tal vez nos sea más útil el siguiente experimentorealizado por Joe Campbell, un experto en comunicaciones serie y autor de numerososlibros sobre el tema. Para realizar la experiencia, se utilizaron rollos de cable de 80metros sin apantallar, del tipo 22 AWG, que se iban empalmando para formar el cablede la longitud deseada, el cual conectaba la puerta serie RS-232-C de dos ordenadoresconvencionales. En uno de ellos se ejecutó un programa simple que transmitía la letra“U” y el otro ordenador la recibía y detectaba si había habido algún error. Se eligió laletra “U” por que tiene el código ASCII “01010101”, que al tener bits alternativos es elque más frecuencia puede dar.



Los caracteres se trasmitían continuamente mientras se insertaban longitudesadicionales de 83 metros en la línea. Se consideraba que la longitud era adecuada si setrasmitían unos 65000 caracteres sin error. Los resultados fueron los siguientes:

Orden de los bits en la línea

El orden de transmisión de los bits por la línea es el siguiente: se comienza con el bit destart que siempre es un “0”, luego se transmite el menos significativo (el que está más ala derecha) y así sucesivamente hasta llegar al más significativo (el que está más a laizquierda). Después va el bit de paridad en el caso de que se utilice, y por último los bitsde stop, que pueden ser 1, 1.5 ó 2. El valor 1.5 indica que la línea toma el valor “1”durante un periodo y medio de un bit de tiempo. En la figura se presenta la transmisiónde la letra “w” cuyo código ASCII es 87 y en binario “01010111”. Se utiliza paridad pary un bit de stop.

3.3.2.- Características mecánicas.

La norma de conexión RS-232-C establece que los conectores ha utilizar deben ser deltipo SUB-D 25 también denominado DB-25. Estos conectores tienen forma de “D”, deahí su nombre, y disponen de 25 terminales de conexión. Sin embargo, habitualmente seusan 8 conectores como máximo, siendo lo más normal utilizar 5 ó 3.

Los conectores están distribuidos en dos filas paralelas, una con las 13 primeras patillas(de la 1 a la 13), y la otra con las 12 últimas (de la 14 a la 25). La numeración esconsecutiva y al llegar al final de una fila continúa al principio de la siguiente. Segúnpor que lado se mire, o si el conector es macho o hembra, el sentido de numeración esde derecha a izquierda, o viceversa, por eso lo más fiable es fijarse en el conector, yaque en él viene marcada cada patilla con su número correspondiente.

La asignación de terminales se puede observar en la siguiente figura:



La norma recomienda que en los dispositivos terminales de datos -DTE- se disponganconectores macho y en los dispositivos de comunicaciones de datos –DCE- recomiendautilizar conectores hembra. De todas formas, no debe uno fiarse de si el conector esmacho o hembra para identificar el dispositivo, ya que son muchos los fabricantes quehacen caso omiso de esta recomendación. Más adelante se explicará otra forma muchomás fiable de determinarlo.

Otro problema que tenemos con los conectores, es que aunque la norma define comoconector standard el SUB-D 25, algunos ordenadores personales del tipo IBM-AT usancomo salida serie el conector SUB-D 9 (o DB-9), de forma análoga al anterior pero con9 patillas, 5 en una fila y 4 en otra.

Esta sustitución es posible porque en una conexión serie asíncrona nunca se usan másde 9 líneas y los puertos serie de un PC solo pueden realizar transmisiones asíncronas(nunca síncronas a no ser que se adquiera una tarjeta de comunicación serie síncrona) ypor lo tanto el resto de las líneas de conector SUB-D-25 no se utilizan. Esto suele causarmolestias a los usuarios de este tipo de ordenadores, ya que han de modificar losconectores de sus periféricos, o comprar adaptadores de 9 a 25 pines. En la siguientefigura se indica la equivalencia entre el conector standard de 25 pines y el de 9 pines.

Tipos de dispositivos DTE y DCE

La conexión serie RS-232-C define dos únicos tipos de dispositivos, Data TerminalEquipment o DTE y Data Communication Equipment o DCE y esta distincióndetermina que patillas del conector son entradas, y cuales son salidas. Es equivalente al



género del equipo. Las entradas y salidas son lo primero a determinar cuando se va adiseñar un cable de comunicaciones, ya que lo lógico es conectar las salidas de undispositivo con las entradas del otro.

Para determinar el género de un dispositivo basta con encenderlo y medir las tensionesentre las patillas 2-7 y 3-7. Una de las dos ha de ser negativa y en un rango de -8 a -15,mientras que la otra será prácticamente 0. Una vez medidas éstas tensiones tenemos dosposibilidades que nos determinarán inequívocamente el tipo del equipo. Si V2-7 esnegativa y V3-7 es cero entonces el equipo es DTE, pero si V2-7 es cero y V3-7 esnegativa entonces el equipo es DCE. Si no se alguno de los dos casos anteriores,entonces la conexión no es RS.232-C.

La razón es que los equipos DTE transmiten por la patilla 2 y la norma exige que lapatilla de transmisión debe ser negativa cuando no se transmite por ella. Por su parte,los equipos DCE transmiten por la patilla 3 y entonces ésta es la patilla que han de tenernegativa. Una definición más general de éstos dispositivos la tenemos al traducir sunombre. Un dispositivo Data Terminal Equipment (DTE) es un equipo terminal dedatos, es decir, es el equipo final destinatario de los datos. Por ejemplo, una impresoraes un DTE, ya que le llegan los datos y ella no los transmite a otro dispositivo.

Un DCE es un Data Communication Equipment, o sea un equipo de comunicaciones dedatos, al que le llegan los datos, pero no son para él, sino que los transmite a otrodispositivo. Su misión es la de puente entre los equipos DTE. Un ejemplo de equipoDCE es el módem. Sin embargo, esta última regla no debe usarse nunca, ya que comohemos dicho anteriormente a los fabricantes pueden saltarse estas normas. El únicomedio infalible para determinar el tipo de un equipo, es medir las tensiones V2-7 y V3-7.

Desde el punto de vista del usuario, el hecho de que un equipo sea DTE o DCE sóloafecta a la hora de hacer el cable. Mientras que en una conexión DTE-DCE se puedenconectar directamente las líneas, ya que las salidas de un DTE se corresponden con lasentradas de un DCE, cuando lo que hay que conectar son equipos del mismo género(DTE-DTE o DCE-DCE) se debe hacer un cruce en las líneas y esto se explicará condetalle en los apartados siguientes.

3.3.3.- Descripción funcional de los circuitos de intercambio.

La conexión serie RS-232-C utiliza conectores SUB-D 25, que tienen disponibles 25patillas de conexión, sin embargo, para la comunicación serie asíncrona solo define 9,dejando el resto libres para el uso particular de aplicaciones específicas o para aquellascapaces de realizar comunicaciones síncronas. Las 9 patillas fundamentales sonsuficientes para la mayoría de los casos, e incluso a veces basta con usar 3 ó 5.

Según el dispositivo sea DTE o DCE éstas líneas son entradas o salidas. Definiremos acontinuación estas líneas e indicaremos su nombre normalizado. La línea 7 (GRN) es lamasa digital y siempre ha de conectarse. La línea 1 es la toma a tierra del dispositivo yestá conectada a la carcasa. En el caso que ambos equipos estén conectados a tierra nose debe conectar esta patilla al apantallamiento del cable, sino se debe dejar sinconectar, ya que en vez de proteger al cable de ruido podrían provocar falsas señales.



Las líneas que son salidas en un DTE son la 2 (TXD), la 4 (RTS) y la 20 (DTR). En unDCE son la 3 (RXD), la 5 (CTS), la 6 (DSR), la 8 (DCD) y la 22 (RI). A continuaciónvamos a describir las funciones que la norma RS-232-C recomienda asignar a cadapatilla, pero no debemos olvidar que los criterios de los fabricantes muchas veces nocoinciden con los de la norma.



Líneas de comunicación

La línea TXD (2) es la que utiliza un dispositivo DTE para transmitir los datos; es portanto salida en un DTE. Si el equipo es DCE, es por donde recibe los datos y es entradapara él.

La línea RXD (3) es la que utiliza un dispositivo DTE para recibir los datos. Si elequipo es DCE es por donde transmite los datos. La línea GRN (7) es la masa digital ysiempre tiene que estar conectada. Con estas tres líneas funcionaría una conexión seriebásica y en la actualidad la tendencia es a usar las menos líneas posibles. Lasconexiones a tres hilos son pues bastante comunes.

Líneas de control de un DTE

Las líneas de control son líneas accesorias de la comunicación, cuya misión es indicar alotro equipo el estado del equipo que está transmitiendo. Un dispositivo DTE dispone dedos de estas líneas, la 20 (DTR) y la 4 (RTS), que para él son salidas.

La línea 20, llamada DTR (Data Terminal Ready), que significa dispositivo terminal dedatos preparado, es una línea que el DTE suele poner a “0” (+15 V.) cuando está enfuncionamiento y a “1” (-15 V.) cuando no está en condiciones de funcionamiento. Porejemplo, una impresora podría poner esta línea a “1” (-15 V.) cuando se queda sinpapel. Al activarla el ordenador indica al módem que realice todas las actividades paraconectarse a la línea telefónica, pero sin enviar datos todavía. Una vez que se hayaconectado el módem, este activa la línea DSR, a la vez que DTR debe permaneceractivo mientras dure la conexión.

La línea 4, llamada RTS (Request To Send), tiene la misión de conmutar un módemsemiduplex (DCE) entre los estados de transmisión y recepción. Activando la línea RTSa +15 V. (“0”) el ordenador indica al módem que va a enviarle datos y que desea que seprepare para recibirlos y enviarlos luego a la línea telefónica. El módem tarda unpequeño lapso de tiempo en prepararse para recibir los datos del ordenador. Cuando estapreparado activara la línea CTS, Clear to Send. Cuando el ordenador desea recibir datosdesactiva a -15 V. (“1”) la línea RTS, el módem tarda un cierto tiempo en cambiar alotro estado, cuando lo consigue desactiva la línea CTS. En las conexiones full-duplexno es necesario realizar este tipo de conmutaciones. Por ello se deja permanentementeactivada la línea 5.

Líneas de control de un DCE

Son las líneas que utiliza un dispositivo DCE para regular la transmisión, es decir, sonlas que indican en qué momento se puede transmitir y cómo se está desarrollando latransmisión. Para él son señales de salida y son las siguientes: la línea 6 (DSR), la línea5 (CTS), la 8 (DCD) y la línea 22 (RI).

La línea 6, llamada DSR (Data Set Ready), que significa dispositivo de datos listo, lautiliza un equipo DCE para indicar que está en correcto funcionamiento. Para ellopondría +15 V. en esta línea (“0”). Por ejemplo, esta línea la podría usar un módem paraindicar al ordenador que ha realizado un conjunto de operaciones: en primer lugar quese ha conectado a una línea telefónica, esto es, que ha descolgado; posteriormente ha



realizado las funciones necesarias para completar la llamada, por ejemplo en el casoorigen, que ha marcado un número; por último que ha comenzado la transmisión de untono respuesta. Todas estas operaciones la realiza el módem tras haber recibido la ordenpor la activación de la línea DTR del ordenador.

La línea 5, llamada CTS (Clear To Send), que significa despejado para enviar, la usa unequipo DCE para indicar que está en condiciones para que le envíen datos desde elDTE, tras la petición por la línea RTS de este. Si por alguna causa el DCE estuvieseocupado pondría esta línea a “1” (-15 V.) para que el DTE detuviese el flujo de datoshasta que esta línea se pusiese a “0” (+15 V.) de nuevo.

La línea 8, llamada DCD (Data Carrier Detect), que significa detección de portadora dedatos, la usan los equipos DCE para indicar que se están recibiendo la señal portadorade otro DCE. Por ejemplo, un módem que está tratando de comunicar con otro a travésde la línea de teléfono pondría esta línea a “0” (+15 V.) cuando recibe la portadora delotro y la mantiene a “0” mientras esta no desaparezca. En módems semi-duplex la señalDCD solo se activa en el módem que en cada momento actúa como receptor.

La línea 22, llamada RI (Ring Indicator), que significa indicador de llamada, la utilizanlos equipos DCE para indicar que están recibiendo una llamada. Por ejemplo, unmódem pondría esta línea a “0” (+15 V.) cuando suena el timbre del teléfono al que estáconectado.

3.3.4.- Cableados típicos para RS-232.

A pesar de la gran difusión de la norma RS-232-C no existe un único modelo estándarde cable que permita la interconexión de dos dispositivos RS-232-C cualquiera, sinoque varía dependiendo de dos factores:

a) El género de dispositivo. Si se trata de dos dispositivos de distinto género laconexión es la natural, es decir se conectan entre si la patillas con el mismonúmero. Sin embargo si el género es el mismo es necesario intercambiar algunaspatillas con el fin de mantener las entradas unidas con las salidas.

b) El tipo de control de flujo de la comunicación. Si este se hace a través de algúnprotocolo software, como el XON/XOFF, basta con la líneas de transmisión yrecepción de datos, puesto que el control se realiza a través de estas. En el casode control de flujo por hardware son necesarias más líneas para la gestión de lacomunicación. Existen, además, algunas formas de control de flujo híbridas através de software ayudadas por algunas líneas hardware.

Además de estos factores hay una complicación adicional, las líneas auxiliares decontrol no tienen, como ya se mencionó, ningún efecto sobre el hardware que realiza lacomunicación, sino que el software debe regular esta de acuerdo con el estado de dichaslíneas. Esta libertad ha llevado a muchos fabricantes a emplear estas líneas de controlpara propósitos distintos a los que se señalan en la norma RS-232-C.

La conexión natural del estándar RS-232-C es entre un DTE, por ejemplo un PC, y unDCE, como un módem. Si el control de flujo es por hardware las señales de controlcobran mayor importancia. El módem debe saber si el PC está listo antes de contestar



automáticamente a una llamada, y el PC debe saber si el módem está encendido y si estárecibiendo la señal de transmisión del sistema remoto. La forma adecuada de unir unDTE con un DCE es conectar los pines cuyos números son iguales, es decir el 1 delDTE con el 1 del DCE, el 2 con el 2... y así hasta la línea 25. En el caso de que laconexión sea sólo asíncrona, basta con conectar las nueve líneas que son necesarias (2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 20 y 22). Si además el control de flujo de datos entre el DTE y el DCE serealiza mediante software (utilizando un protocolo como el Hayes para los módems)solo es necesario unir tres líneas (2, 3, y 7) ya que las utilizadas para el control de flujopor hardware ya no serían necesarias.

Uno de los usos no estándar más comunes de la norma RS-232-C es la conexión de dosDTE entre si. La forma más sencilla de conectar dos DTE (por ejemplo dos PCs) es unirla línea 2 de unos de ellos a la 3 del otro, y del mismo modo la 2 del segundo DTE a la3 del primero. En la versión más básica de este tipo de cable, que se denomina “demódem nulo”, no se conecta ninguna de las otras patillas excepto la tierra (7), queconforma el retorno común para los circuitos transmisor y receptor.

Un cable de tres hilos es suficiente, y funcionará con la mayoría de los programas (losque emplean control de flujo de la comunicación software), pero no con todos. Algunosprogramas inspeccionan las líneas CTS, DSR y DCD y no funcionaran a no ser quealguna o todas estas señales sean 0 lógico u ON (control de flujo hardware). Noobstante se puede engañar al programa conectando adecuadamente entre si las líneascontrol de los dos DTE. Existen muchos ejemplos de estos tipos de cableados,dependiendo normalmente su configuración del software de comunicaciones empleado.

Se observa que en las configuraciones anteriores se conectan las líneas del mismonúmero en dispositivos con distinto género, mientras que si son del mismo genero laspatillas 2 y 3 han de cruzarse, así como algunas líneas de control si es necesario. En elcaso de conexión de dos DCE, por ejemplo dos módems, se realizará la conexióninterconectando las líneas 2 con la 3 de ambos equipos como en el caso de módem nulo.El resto de las líneas de control han de conectarse de forma que se unan las señalescomplementarias.



3.4.- Estándar EIA RS-499.

La norma RS-232-C ha existido desde hace años, pero la restricción de velocidad conque se puede enviar información, que no puede ser superior a los 20 kbps, y al no seraconsejables los cables con distancias superiores a los 15 metros, hizo que se generaranestándares de comunicaciones basados en la norma RS-232-C. La EIA debatiólargamente la decisión de si debería tratar de definir una nueva norma que fueracompatible con la anterior, o bien, una nueva e incompatible que cumpliera con todaslas necesidades futuras.

La nueva norma, llamada RS-449, fue publicada en 1977 por la EIA con objeto decorregir deficiencias de la norma RS-232-C. Prácticamente incluye varias normas enuna. Los procedimientos, mecanismos y funcionalidad de la interfaz están consideradosen la RS-449, en tanto que la interfaz eléctrica está establecida en varias normasdiferentes:

• RS-422 (CCITT X.27 o V.11): Interfaces equilibrados• RS-423 (CCITT X.26 o V.10): Interfaces NO equilibrados• RS-485: Interfaces equilibrados con transmisión multipunto

La RS-423-A, es similar a la RS-232-C, en el sentido de que todos los circuitoscomparten una tierra común. A ésta técnica se le denomina transmisión asimétrica o nobalanceada. La norma eléctrica RS-422-A, contrariamente a la primera, utiliza unatransmisión balanceada, en la que cada circuito principal necesita dos hilos, sin teneruna tierra común. Como resultado, la RS-422-A, puede utilizarse en velocidades dehasta 2 Mbps, en cables de 60 metros, e incluso velocidades más grandes, sobre cablesde longitudes menores. La última, la RS-485, añade a la anterior la posibilidad deconectar varios elementos transmisores/receptores.

En la tabla se muestran los circuitos que se utilizan en la RS-449 junto con los de la RS-232-C. Se han añadido varios circuitos nuevos que no estaban presentes en la RS-232-C, particularmente circuitos que sirven para probar el módem, tanto de forma localcomo remota. Como consecuencia de la inclusión de los nuevos circuitos y de varioscircuitos de dos hilos (cuando se utiliza la interfaz equilibrada), es necesario tener máspatillas en la nueva norma, se emplea un conector D con 37 patillas.

Mediante el uso de señalización diferencial sobre pares trenzados se mejora la diafonía(“crosstalk”) con respecto a la norma RS-232-C y se incrementa la velocidad detransmisión hasta 10 Mbps, pero esta velocidad solo se puede utilizar con cables dehasta l0 m. Con una longitud máxima del cable de 1200 m se pueden lograr velocidadesde hasta 100 kbps.

Circuito Receptor Máxima separación (m) Máxima tasa de bits10 100 kbps100 10 kbpsRS-4231000 1 kbps10 10 Mbps100 1 MbpsRS-4221000 100 kbps



La norma RS-449 no se ha adoptado extensivamente, porque se ha introducido muytarde y porque sus conectores tienen demasiadas patillas. La interfaz RS-232-C siguesiendo la mas común para conexionar ordenadores y terminales en aplicaciones de bajavelocidad, mientras que en el campo de las telecomunicaciones es cada vez mas comúnel uso de la norma IEEE 802.3.

Como resumen el siguiente cuadro muestra la jerarquía existente entre los diversosestándards de conexión.



3.4.- Ejemplo conexión ordenador-modem

La interrelación entre las señales RS-232 se puede comprender al analizar elprocedimiento necesario para que un módem conteste a una llamada entrante. Se suponeque el módem es full-duplex. En el diagrama de la página siguiente se utiliza el símboloON para indicar que una patilla de control esta activada y OFF para indicar que estadesactivada.

En el primer cuadro del diagrama se muestra el estado de los dispositivos, DTE y DCE,en el momento de aparecer la señal del timbre. Al ser el módem de tipo full-duplex nohay necesidad de handshaking RTS/CTS. En este caso el ordenador (DTE) mantieneRTS en ON y el módem (DCE) mantiene CTS en ON todo el tiempo. Los pasos arealizar son los siguientes:

1. El software del ordenador consulta constantemente el indicador de llamada(patilla 22) esperando que se active. Cuando aparece el timbre en la líneatelefónica, el módem (DCE) activa la señal de indicación de llamada mientrasdura el timbre.

2. El software detecta cuando se activa la señal RI y cuenta el número de timbrazosdetectando las transiciones ON/OFF de esta señal. Cuando se alcanza el númerode señales de timbre programado el programa activa la señal DTR (patilla 20)que hace que el módem descuelgue, o sea, conteste al teléfono.



3. Tras esperar unos instantes, el módem comienza a transmitir la portadora derespuesta. A continuación activa su DSR (patilla 6) para informar al DTE que yaha realizado todas las tareas preliminares, y está esperando recibir una portadora.Es preciso recordar que muchos módem tienen permanentemente activada estaseñal.

4. Mantenido activada DTR (patilla 20) el. software del ordenador consultaconstantemente la señal DSR (patilla 6). Cuando esta última señal pasa a ON elordenador detecta que el módem esta listo para realizar el enlace. Acontinuación comienza a comprobar la señal DCD (patilla 8) para asegurarse deque existe realmente dicho enlace.

5. Cuando el módem recibe la portadora del otro módem a través de la líneatelefónica activa su señal DCD (patilla 8). Entonces puede comenzar lacomunicación full-duplex a través de las patillas 2 y 3. Durante el enlace elordenador debe vigilar la señal DCD para asegurarse de que la conexión semantiene.

6. Para finalizar la comunicación el ordenador inhibe DTR. El módem respondeeliminando su tono de portadora, inhibiendo DCD y DSR.



3.5.- Los modem normalizados.

Aunque los módem más conocidos y comunes son los utilizados para la red conmutada(las líneas telefónicas convencionales) conviene no olvidar que existen también módemestándar tanto para líneas dedicadas y especiales, así como los discutiblemente llamadosmódem RDSI, ya que transmiten con portadora digital.

El CCITT emite las normas V que recogen todo lo referente a la conexión yfuncionamiento de los módem. Incluso la descripción de la interfaz de conexión con elDTE, la RS-232-C, se denomina en las normas del CCITT V.24.

Las especificaciones estándar del CCITT para módem de red telefónica conmutada son:V.17, V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.26, V.27, V.27bis, V.27ter, V.29, V.32, V.32bis yV.34. Cada una de ellas especifica las características técnicas del módem: velocidades,modulación, full o half-duplex, transmisión de fax, protocolos de negociación, sistemasde mejora de la recepción de la señal, etc. También son comúnmente aceptados losantiguos estándares de la compañía Bell: Bell 103 (equivalente a V.21), Bell 202, Bell212 y Bell 212A (equivalente a V.22), así como algunos otros propiedad de compañíasprivadas. Las características de algunas de estas normas se resumen en la siguientetabla:



Los módem actuales incorporan además protocolos para la corrección de errores y lacompresión de datos que mejoran su rendimiento. Algunos de los estándares decorrección de errores tienen denominaciones como: V.42, MNP1, MNP2, MNP·, MNP4y MNP10. Los de compresión de datos más habituales son: V.24bis, MNP5, MNP6,MNP7, y MNP9.

Aunque todos los módem son susceptibles de ser controlados mediante el protocolohardware descrito anteriormente a través de las líneas de control de la interfaz RS-232-C, lo más habitual es que la gestión y control del módem por parte del DTE se realicemediante los comandos AT, desarrollados por Hayes, a través de las líneas detransmisión y recepción de datos.

Si a través de la línea de transmisión enviamos al módem los caracteres codificados enASCII "AT", este nos contestará con los caracteres "OK" o el código numérico "0".

AT[CR]OK

El prefijo "AT" va delante de cualquier comando que se le desee enviar al módem, porejemplo, si queremos que el módem descuelgue el teléfono, marque un númerotelefónico, comience a emitir una portadora y espere por una portadora al otro extremode la línea telefónica:

ATD399559[CR]NO CARRIER

Si el módem no detecta a otro módem emitiendo una portadora desde el otro lado de lalínea contestará "NO CARRIER". Pero si lo encuentra, nos puede contestar coninformación sobre la conexión establecida y pasa al estado de transmisión, en el cual,los nuevos datos que se envíen por la línea de transmisión no serán interpretados yacomo comandos AT, sino que se modularán y enviarán por la línea telefónica hacia el



módem del otro extremo. De la misma manera, los datos procedentes del otro extremose demodulan y se transfieren de forma transparente hacia el DTE. El módempermanecerá en este estado hasta que desaparezca la portadora del otro extremo o se leenvíe desde el DTE la secuencia de escape. Esta secuencia consiste en tres signos "+" enASCII espaciados aproximadamente un segundo sin que se transmita entre ellos ningúnotro dato.

ATD399559[CR]CARRIER 33600 Velocidad en la línea telefónicaPROTOCOL: LAP-M Protocolo de comunicación con el otro módemCONNECT 115200 Velocidad en la comunicación con el DTE

Datos hacia el otro extremo Datos desde el otro extremo

+++OKATH[CR]OK

Una vez que el módem contesta a la secuencia de escape se le puede ordenar quecuelgue el teléfono por medio del comando "H". El juego de comandos AT es cada vezmás extenso y permite configurar multitud de funciones y parámetros disponibles en losmódem actuales.



4.- Medios de transmision.El propósito de la capa física consiste en transportar el flujo original de bits de unamáquina a otra. Hay varios medios de transmisión sobre los que se puede llevar a caboeste propósito.

4.1.- Par trenzado.

El medio de transmisión más antiguo es el par trenzado, que aún es muy usado hoy endía. Consiste en dos hilos de cobre aislados, de 1 mm de espesor aproximadamente. Losconductores se trenzan en forma helicoidal para reducir la interferencia eléctrica conrespecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor. Su aplicación máscomún es el sistema telefónico. Cuando hay muchos pares trenzados en paralelo,recorriendo una distancia considerable, éstos se agrupan y se cubren con una mallaprotectora. Los pares trenzados pueden usarse para transmisión analógica o digital, y suancho de banda depende del trenzado del cable y de la distancia que recorre. En muchoscasos, pueden obtenerse transmisiones de varios Mbits por segundo sobre distancias depocos kilómetros.

Debido a su buen comportamiento y bajo coste, están ampliamente difundidos. Por logeneral se trata de 4 pares de cable conjuntos apantallados o no. Los tipos másutilizados y sus características son los siguientes:

• Sin apantallar UTP (Unshielded Twisted Pair). 100 Ω de impedanciacaracterística.

o Categoría 3: 16 MHz de ancho de banda. Calidad telefónica. 7 a 10 cmpor trenza.

o Categoría 4: 20 MHz de ancho de banda.o Categoría 5: 100 MHz de ancho de banda. Calidad de datos. 0,5 a 1 cm

por trenza.• Apantallado: Utilizan una cubierta protectora para apantallar ruidos

electromagnéticos externos. Los hay de dos tipos:o STP (Shielded Twisted Pair). 150 Ω de impedancia característica. 300

MHz de ancho de banda. Existe una cubierta protectora alrededor decada par de cables.

o FTP (Foiled Twisted Pair). 120 Ω. La cubierta protectora es común alconjunto de cables

Las capacidades típicas que se suelen alcanzar son: 100 Mbps sobre 100 metros, 2 Mbpssobre 1500 metros y 60 kbps sobre líneas telefónicas. Las tasas de error están entorno a1 bit entre cada millón.



4.2.- Cable coaxial.

El cable coaxial es otro medio típico de transmisión. Hay dos tipos de cable coaxial, elcable coaxial de 50 , que se usa en la transmisión digital y el cable coaxial de 75 que se emplea para la transmisión analógica. El cable de 50 también se conoce comocable coaxial de banda base, mientras que el 75 se denomina cable coaxial de bandaancha.

El cable coaxial consta de un alambre de cobre en su parte central o núcleo. Este seencuentra rodeado por un material aislante. A su vez, el material aislante está recubiertopor un conductor que suele presentarse como una malla trenzada. Por último, dichamalla está recubierta por una capa de plástico protector. De este diseño en forma decapas concéntricas es de donde se deriva el nombre.

El cable coaxial produce una buena combinación de un gran ancho de banda con unaalta inmunidad al ruido. El ancho de banda que puede alcanzarse depende de la longituddel cable y del tipo, pudiendo ser de hasta 450 MHz. Así, un cable de 50 y de 1 km delongitud permite obtener velocidades de hasta 10 Mbps en banda base y hasta 150 Mbpsen transmisiones en banda ancha sobre cables de 75 . Por otro lado, la señal eléctricase propaga, según el tipo cable, a una velocidad que varía entre el 66% y el 80% de lavelocidad de la luz. La atenuación de los cables varía entre los 20 y los 60 dB/100 m a400 MHz.

4.2.1.- Cable coaxial en banda base.

En las redes locales se suele usar el cable coaxial como bus de comunicación sobre elque se transmiten señales en banda base. El bus de cable coaxial ha de tener en cadaextremo una resistencia con la impedancia característica del cable (p.ej. 50 ) paraevitar reflexiones en los mismos de la señal eléctrica que producirían interferencias eimpedirían la comunicación. Ocasionalmente se utilizan en conexiones punto a puntosin necesidad del uso de terminadores.

Existen dos formas de conectar ordenadores a un bus de cable coaxial: uso deconectores T o uso de conectores tipo vampiro. En el primer caso, hay que cortar elcable en dos partes e insertar una unión T, que vuelve a reconectar el cable y ademásproporciona una tercera conexión hacia el ordenador. El segundo tipo de conectorconsiste en hacer un orificio en el cable, de un diámetro y profundidad muy precisos,que atraviesa el cable hasta el núcleo. En el orificio se atornilla un conector especial quelleva a cabo la misma función de la unión en T, pero sin la necesidad de cortar el cableen dos.



El hecho de incluir una unión en T implica realizar un corte en el cable y por tantodesconectar temporalmente la red. Para una red con un gran nivel de utilización,detenerla cada vez que se conecta un nuevo equipo puede ser un gran inconveniente.Además, cuantos más conectores haya en el cable, más probabilidad existe de quealguna conexión sea defectuosa y ocasione problemas de vez en cuando.

Los conectores tipo vampiro no ofrecen este problema, pero son más difíciles deinstalar. Si el orificio es muy profundo puede llegar a romper el núcleo provocandofalsos contactos. Por otra parte, si no es suficiente profundo, pueden provocarse falsoscontactos debido al aislante. Además, los cables en este tipo de conexión son másgruesos y por tanto más caros.

4.2.2. Cable coaxial de banda ancha.

Este cableado se utiliza comúnmente para el envío de la señal de televisión por cable. Eltérmino banda ancha proviene del medio telefónico, y se refiere a frecuencias mayores a4 kHz.

Utilizan la tecnología patrón para envío de señales de televisión por cable y por ellopueden llegarse a alcanzar hasta 450 MHz de ancho de banda para longitudes de hasta100 m. Un cable típico de 300 MHz puede, por lo general, mantener velocidades dehasta 150 Mbps.

Es habitual que los sistemas de banda ancha se dividan en varios canales, por ejemploen canales de 6 MHz para el envío de señal de televisión. Cada canal puede emplearsede forma independiente, por lo que en un mismo cable pueden coexistir señales devídeo, voz y datos.

Una diferencia clave entre los sistemas de banda base y los de banda ancha es que losúltimos necesitan amplificadores que repitan la señal en forma periódica. Estosamplificadores sólo pueden transmitir señales en una dirección de manera que unordenador que de salida a un bloque de información sólo puede alcanzar a otrosordenadores que estén “aguas abajo”. Hay dos formas de solucionar este problema: usode cable dual y uso de canales distintos.

En los sistemas de cable dual, se tienden dos cables idénticos paralelos. Para transmitirinformación el ordenador emplea uno de ellos, que envía el mensaje hacia el repetidorcentral (en la cabeza de la red). Una vez que el mensaje alcanza dicho repetidor sereenvía por el otro cable para que todos los ordenadores puedan leerlo.

El otro sistema consiste en aplicar diferentes frecuencias para las señales que entran ysalen de un ordenador, sobre un cable sencillo. La banda de baja frecuencia se empleapara enviar información hacia el repetidor central para que éste la reenvíe hacia losordenadores por la banda de mayor frecuencia. En el sistema de asignación baja eltráfico de llegada al repetidor usa una frecuencia de entre 5 y 30 MHz, mientras que elde salida usa una banda entre 40 y 300 MHz. En el sistema de asignación media, eltráfico entrante va entre 5 y 116 MHz, mientras que el de salida va entre 168 y 300MHz. La adopción de estas técnicas se debe en parte a la fiabilidad y bajo coste delhardware empleado.



Un sistema de banda ancha puede usarse de diferentes maneras. Por ejemplo, se puedeasignar un canal para su uso exclusivo por un par de ordenadores, mientras que losdemás deben competir por el uso de un canal temporal mientras dure la comunicación.La forma en que se establece la competencia por el uso del canal se estudiará en la capade enlace.

La instalación del sistema de banda base es simple y económica y emplea interfacesbaratas. Ofrece un sólo canal digital con velocidades de unos 10 Mbps para distanciasde 1 km. Son muy empleados para el diseño de redes locales.

La instalación del sistema de banda ancha requiere por lo general personalespecializado. Además es necesario realizar un mantenimiento del sistema para asegurarque todos los repetidores están correctamente sintonizados. Por otra parte, un fallo en elrepetidor central llevaría a la desconexión del sistema. Este resulta en general máscostoso.

Sin embargo, ofrece el uso de varios canales, aunque se limitan a unos 3 Mbps cadauno, y permite la transmisión simultánea de datos, voz y señales de televisión. Engeneral, el ancho de banda adicional de estos sistemas no llega a justificar sucomplejidad y elevado coste, de manera que los sistemas de banda base son los demayor uso.

4.3. Fibra óptica.

Los avances en el campo de la tecnología óptica han hecho posible la transmisión deinformación mediante pulsos de luz. Un pulso de luz puede utilizarse para indicar un bitde valor 1, y su ausencia un bit de valor cero. La luz visible tiene una frecuencia dealrededor de 108 MHz, por lo que el ancho de banda de un sistema de este tipo tiene unpotencial enorme.

Un sistema de transmisión óptica tiene 3 componentes: el medio de transmisión, lafuente de luz y el detector. El medio de transmisión es una fibra ultradelgada de vidrio osilicio fundido. También existen fibras fabricadas con polímeros plásticos de calidadinferior a las de vidrio. La fuente de luz puede ser un LED o un diodo láser; cualquierade los dos emite luz cuando se le aplica una corriente eléctrica. El detector es unfotodiodo que genera un pulso eléctrico en el momento en el que recibe un rayo de luz.La transmisión de datos que se obtiene es unidireccional.

El sistema se basa en el principio físico de la refracción. Cuando un rayo de luz pasa deun medio a otro, el rayo se refracta en la frontera entre ambos medios. En general, elángulo de refracción depende de las propiedades de los medios en contacto, enparticular de sus índices de refracción. Si el ángulo de incidencia se encuentra porencima de un determinado valor crítico, la luz se refleja y no sale del medio.



La fibra óptica esta compuesta por dos medios transparentes de distinto índice derefracción, un núcleo y un revestimiento que lo envuelve. Finalmente se cubre elconjunto con una cubierta opaca. Así, los rayos que incidan por encima del ángulocrítico van a quedar atrapados dentro del núcleo de la fibra, y pueden propagarse a lolargo de varios kilómetros sin apenas tener pérdidas.

Dado que cualquier rayo de luz incidente, por encima del ángulo crítico, se reflejaráinternamente, existirá una gran cantidad de rayos diferentes rebotando a distintosángulos. A esta situación se la conoce como fibra multimodo. Si el índice de refracciónes uniforme en todo el núcleo, la fibra se denomina de índice de escala y los hacesrebotarán bruscamente en el punto de contacto del núcleo con el revestimiento, quetiene un índice de refracción diferente. Si el índice de refracción del núcleo variagradualmente, aumentando poco a poco hacia el centro del mismo, la fibra se denominade índice gradual y los haces de luz son conducidos de forma más suave hacia elinterior de la fibra, sin que reboten bruscamente reduciendo así las pérdidas en lapropagación del haz.

Si el diámetros se reduce hasta que sea semejante al valor de la longitud de onda de laluz, la fibra actúa como una guía de ondas, y la luz se propaga en línea recta sin rebotar,produciendo así una fibra monomodo. Estas fibras necesitan diodos láser para suexcitación, se asegura una mayor eficiencia y pueden usarse en distancias muy largas.

La apertura numérica de una fibra óptica es el parámetro que define el ángulo críticopara que la luz se propague a través de la fibra óptica. En concreto, la aperturanumérica, es seno del máximo ángulo respecto al eje longitudinal con el que un haz de



luz puede incidir en el extremo de una fibra óptica para que se propague por la misma.Este parámetro está íntimamente relacionado con los diámetros del núcleo y elrevestimiento.

Cuanto más grandes sean estos, mayor es la apertura numérica y más fácil resultará elacoplamiento de dos segmentos de fibra óptica o de esta con los dispositivos emisor yreceptor. Sin embargo, crecerán a la vez las pérdidas en la propagación de la luz.

Los enlaces de fibra óptica se están usando para la sustitución de enlaces telefónicos delarga distancia. Hasta ahora se usaba cable coaxial de banda ancha.

También se usan para el montaje de redes LAN, aunque requieren una tecnología máscompleja que el cable coaxial. El problema fundamental es que la realización deconexiones intermedias es complicada y supone una importante pérdida de luz.

Una red en forma de anillo es una solución al problema ya que es en realidad unacolección de enlaces punto a punto. La interfaz que existe en cada ordenador permite elpaso del flujo de los pulsos de luz al siguiente enlace y como unión en T por medio dela cual el ordenador envía y acepta mensajes.

Hay dos tipos de interfaz. Uno es de tipo pasivo. Está formado por dos conectoresfusionados con la fibra principal, uno tiene un LED en su extremo (para transmisión) yel otro tiene un fotodiodo (para recepción). La conexión es completamente pasiva y portanto muy fiable.

El otro tipo de interfaz es el receptor activo. La luz incidente se convierte en señaleléctrica y se regenera a su máximo valor, retransmitiéndose de nuevo como luz. Comoen cada enlace se regenera la señal, cada línea puede tener varios kilómetros delongitud. En cambio en un anillo pasivo, se pierde luz en cada enlace por lo que estálimitado el número de estaciones y la longitud total del anillo.

Entre las principales ventajas cabe destacar las siguientes:

a) Mayor velocidad de propagación de la señal. La señal luminosa se propaga a lavelocidad de la luz.

b) Mayor capacidad de transmisión. En la actualidad se pueden hacer transmisionesde hasta 1 Gbps en distancias de 1 km.

c) Inmunidad ante interferencias electromagnéticas.d) Menor atenuación. 5 a 20 dB/km a 400 Mhz.e) Mayor ancho de banda.f) Tasas de error menores. 1 error por cada 109 bits frente a 1 por cada 106 en los

cables eléctricos.g) No hay riesgos de cortocircuitos o daños de origen eléctrico.h) Peso mucho menor.



i) Menor diámetro y más flexibles lo que facilita su instalación.j) Es más difícil realizar escuchas sobre una fibra óptica que sobre un cable

eléctrico.k) Se pueden emplear varios canales empleando longitudes de onda diferentes

simultáneamente sobre la misma fibra.l) Tiene mayor resistencia a los ambientes corrosivos que los cables eléctricos.m) Las materias primas para su fabricación son abundantes.n) Su vida media es mucho más larga que la de un cable eléctrico.

Sin embargo también presentan inconvenientes. Por un lado, las fibras ópticas soninherentemente unidireccionales y el coste de las interfaces es mucho mayor que en elcaso eléctrico. Por otro lado, la unión de fibras ópticas es complicada y todavía más suderivación. Uno de los elementos más costosos de una instalación de fibra óptica es laincorporación de las férulas de conexión en los extremos de las fibras. Las férulassuelen ser complejas y de laboriosa instalación. De la delicada y correcta instalación deestas férulas, depende el correcto alineamiento entre los extremos de las dos fibras quese vayan a conectar o del extremo de la fibra con los dispositivos emisor o receptor. Siel alineamiento no es correcto, la limitada apertura numérica de una fibra puede impedirtotal o parcialmente la propagación de la señal luminosa.

4.4.- Transmisión por trayectoria óptica.

Los sistemas por trayectoria óptica son básicamente un enlace de fibra óptica en el quese ha sustituido esta por el aire. La transmisión de datos puede realizarse mediante rayosinfrarrojos para distancias cortas y láser para distancias de hasta unos 2 km.



Como la transmisión es eminentemente unidireccional es preciso que en cada extremodel enlace exista un transmisor y un receptor dotados de una óptica adecuada para unóptimo enfoque.

Por ejemplo, en el tendido de una red LAN a través de varios edificios de un campus ode una compañía, usar un cable para unirlos, puede resultar caro e inclusoinconveniente. Una solución puede ser el empleo de enlaces ópticos al aire libre porláser desde las azoteas de los edificios. Son fáciles y rápidos de instalar, no requierenpermisos de las autoridades de telecomunicaciones, son inmunes a interferenciaseléctricas y se pueden transmitir voz y datos hasta 45 Mbps.

La comunicación por láser o infrarrojo es totalmente digital, altamente directiva y enconsecuencia las partículas en suspensión en la atmósfera como la lluvia o la nieblapueden ocasionar interferencia en la comunicación en función de la longitud de ondaelegida.

Además, las brisas ascensionales provocadas por variaciones de temperatura quemodifican la densidad del aire, provocan desviaciones del haz de luz evitando queincida correctamente en el receptor. La utilización de la luz coherente del láser añade elpeligro de los posibles daños en la retina si es enfocada en el ojo humano.

4.5.- Enlaces por radio y microondas.

Todas las frecuencias del espectro radioeléctrico pueden ser utilizadas para latransmisión de datos, aunque las microondas resultan especialmente adecuadas.

En aplicaciones de comunicaciones a larga distancia se ha empleado la transmisión porradio de microondas. Las antenas parabólicas se pueden montar sobre torres para enviarun haz de señales a otra antena a decenas de kilómetros de distancia. El sistema es muyusado en transmisiones telefónicas y de vídeo. Cuanto más alta sea la torre mayor es elalcance ya que se propagan fundamentalmente en línea recta.



La transmisión mediante microondas se lleva a cabo en una escala de frecuencias que vade 2 a 40 GHz. Estas frecuencias se han dividido en bandas de portadoras para usogubernamental, militar, etc. Con una torre de 100 m pueden llegar a cubrirse distanciasde 100 km. La atenuación es tanto mayor cuanto mayor es la frecuencia.

Otras ondas pueden propagarse de distintas maneras permitiendo alcanzar mayoresdistancias como en el caso de las ondas de alta frecuencia (HF). Según la forma en quese propagan se tienen los siguientes tipos de ondas:

• Ondas espaciales: Es la forma en que se propagan la mayoría de las ondas, enlínea recta o con una simple reflexión sobre la superficie terrestre (que a vecespuede ser perjudicial y provoca ecos de la señal).

• Ondas de superficie: Algunas frecuencias de la banda de HF tienen lapropiedad de propagarse siguiendo la curvatura de la superficie terrestre, lo queles permite alcanzar mayores distancias.

• Ondas ionosféricas: Se trata de ondas capaces de reflejarse en la ionosfera, unacapa de la atmósfera terrestre situada a 100 km de altura. Algunas frecuencias dela banda HF alcanzan grandes distancias gracias a esta propiedad.

• Troposcater: Frecuencias de las bandas UHF y SHF (microondas) tienen lapropiedad de ser reflejadas por una capa de la atmósfera terrestre denominadatroposfera a 10 km sobre la superficie terrestre.

La distancia máxima entre antenas verifica: hkd ·14.7= siendo: d la distancia deseparación en kilometros, H la altura de la antena en metros y k el factor de correcciónde la refracción de las microondas con la curvatura de la tierra, tipicamente k=4/3.

Para las microondas terrestres, la atenuación viene expresada como:

dBen4log102

2

=

λπdL , siendo: d la distancia y la longitud de onda. La frecuencia de

emisión determina el ancho de banda y la razón de bits que puede utilizarse.

Como ejemplo tenemos la siguiente tabla:

Banda (GHz) Ancho de banda (MHz) Razón de datos (Mbps)2 7 126 30 9011 40 9018 220 274



4.6.- Comunicación por satélite.

Los primeros satélites de comunicaciones se emplearon de forma experimental por laNASA en 1960. Se trataba de unos simples globos de mylar aluminado, de unos 33metros de diámetro, denominados Echo I y Echo II ya que actuaban como simplesreflectores pasivos. En ese mismo año se lanzaron los primeros satélites activos.

En la actualidad este tipo de comunicación puede imaginarse como si tuviésemos unenorme repetidor de microondas en el cielo. Está constituido por uno o más dispositivosreceptor-transmisor, cada uno de los cuales escucha una parte del espectro,amplificando la señal de entrada y retransmitiendo a otra frecuencia para evitar losefectos de interferencia.

El flujo hacia la tierra puede ser muy amplio y cubrir una parte significativa de lasuperficie terrestre, o bien ser pequeño y cubrir un área de unos cientos de kilómetros dediámetro, en este último caso se conocen como configuración VSAT (Very SmallAperture Terminal).

Habitualmente, la mejor órbita de los satélites de comunicaciones es una órbitageoestacionaria. Con la tecnología actual no es deseable tener satélites espaciados amenos de 4º. El haz proveniente de la tierra, considerando separaciones menores,iluminaría al que se desea y también a los que le rodean. Con este espaciamiento sólopuede haber 90 satélites geoestacionarios al mismo tiempo y el problema es aún másgrave en el cuadrante más utilizado, el que se encuentra sobre EEUU y Europa.

Debido a su gran potencia, los satélites de TV necesitan un espaciado de 8º. Hay unagran competencia por el uso de los mismos. Dos satélites que operen en bandas defrecuencia distintas, si pueden ocupar la misma ranura espacial.

Existen acuerdos internacionales para el uso de ranuras orbitales y frecuencias. Lasbandas de 3.7 a 4.2 GHz y de 5.925 a 6.425 GHz se han asignado como frecuencias detelecomunicación vía satélite para flujos provenientes del satélite o dirigidos hacia él.En la actualidad estas bandas están superpobladas porque también se utilizan por losproveedores de servicios portadores para enlaces terrestres de microondas.

Las bandas superiores siguientes que se encuentran disponibles son las de 12-14 GHz, ya estas frecuencias los satélites pueden tener un espaciado de 1º. El problema en estecaso es la lluvia, ya que el agua es un gran absorbente de este tipo de microondas. Lasbandas de 20-30 GHz también se han reservado para comunicaciones por satélites, peroel coste de la tecnología necesaria resulta prohibitivo.

Un satélite típico divide su ancho de banda de 500 MHz en unos 12 receptores-transmisores de un ancho de banda de 36 MHz cada uno. Cada par puede emplearsepara codificar un flujo de información de 500 Mbps, 800 canales de voz digitalizada de64 kbps, o bien, otras combinaciones diferentes.

En los primeros satélites, la división en canales era estática separando el ancho de bandaen bandas de frecuencias fijas. En la actualidad el canal se separa en el tiempo, primerouna estación, luego otra, y así sucesivamente. El sistema se denomina de multiplexiónpor división en el tiempo. También tenían un solo haz espacial que cubría todas las



estaciones terrestres. Con los desarrollos experimentados en microelectrónica, unsatélite moderno posee múltiples antenas y pares receptor-transmisor. Cada haz deinformación proveniente del satélite puede enfocarse sobre un área muy pequeña deforma que pueden hacerse simultáneamente varias transmisiones hacia o desde elsatélite. A estas transmisiones se les llama traza de ondas dirigidas.

La información transmitida a través del satélite sufre un retardo adicional comoconsecuencia de la larga distancia que debe recorrer la señal. Este tiempo extremo aextremo oscila entre 250 y 300 ms.

Los enlaces terrestres tienen un retardo de propagación de unos 3 ms/km. en un cablecoaxial el retardo es de unos 5 ms/km (la velocidad de la señal eléctrica en el cobre esmenor que la de la electromagnética en el aire). El retardo total depende del ancho debanda y la tasa de errores. Así, para x kbits enviados por un enlace terrestre de 9600 bpsse emplean x/9.6 segundos.

Para enviar la misma información por satélite, a una velocidad de 5 Mbps se emplean(x/5000+0.270) segundos, incluyendo el retardo de propagación. Para x>2.6 kbits, latransmisión vía satélite es más rápida. Si además incluyésemos la tasa de errores, elresultado es aún más favorable para el satélite. Además la tarifa es independiente de ladistancia.

Otra propiedad interesante del envío de datos por satélite es su difusión. Todas lasestaciones incluidas bajo el área del haz, pueden recibir la comunicación, incluso lasestaciones piratas. Las implicaciones en cuanto a la privacidad son inmediatas. Esnecesario alguna forma de encriptación para mantener el secreto de las comunicacionesprivadas.

En cuanto a los fenómenos que dificultan las comunicaciones vía satélite, se han deincluir también el movimiento aparente en 8 de los satélites de la órbita geoestacionariadebido a los balanceos de la Tierra en su rotación, los eclipses de Sol en los que la tierraimpide que el satélite pueda cargar baterías con sus células solares y los tránsitossolares, en los que el Sol interfiere las comunicaciones del satélite al encontrarse este enla trayectoria entre el Sol y la Tierra.



5.- Multiplexación.La multiplexación consiste en compartir la capacidad de un enlace de datos entre variasestaciones emisoras y/o receptoras de datos.

Los tipos fundamentales de multiplexación son:

• Multiplexación por división en frecuencias (FDM – Frecuency DivisionMultiplexing).

• Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM – Time DivisionMultiplexing).

• Multiplexación TDM estadística.

En los dos casos, se usa una misma línea de transmisión para transmitir en paralelovarias señales con información, orígenes o destinos diferentes.

5.1.- Multiplexión por división de frecuencias.

En el caso de la multiplexación por división de frecuencia (FDM), se transmitendiferentes señales moduladas cada una sobre una portadora de distinta frecuencia. Estasportadoras están suficientemente separadas en el espectro de frecuencia como paraevitar interferencias y diafonías que perjudiquen la comunicación.



Por ejemplo tenemos la señal analógica de televisión, que se envia según un estándarinternacional donde el sonido aparece multiplexado en frecuencia con la imagen.

5.2.- Multiplexación por división en tiempo.

En el caso de la multiplexación por división de tiempo (TDM), las señales de entradaestán desfasadas en el tiempo, de forma que en un instante sólo se transmiteinformación correspondiente a una única señal. En cierto modo, puede verse como si eltiempo se dividiese en un conjunto de bloques sucesivos que se transmite de formacontinuada y a cada bloque se le asigna a una señal.



5.3.- Multiplexación estadística.

Cada usario comparte un cuanto de tiempo el canal en función de algún parámetro,como puede ser su prioridad de transmisión, la cantidad de información que va atransmitir o algún otro.

Para reconocer el comienzo, el final de la transmisión y el tipo de trasmisión se incluyeinformación junto con la transmisión. Esta información se incluye formando un paqueteo trama de datos. Los formatos más extendidos de trama son los siguientes:



5.4. PDH y SDH

La multiplexación por división de frecuencias se hace normalmente cuando las señalesson analógicas. Sin embargo como ya hemos visto las compañías telefónicas transmitengeneralmente la voz de forma digital; una de las razones que les llevó a digitalizar lavoz era que se podían multiplexar canales con relativa facilidad por la técnicadenominada multiplexación por división de tiempos (TDM). Por el teorema de Nyquistsabemos que para digitalizar la voz se ha de muestrear la señal con una frecuencia almenos doble que el ancho de banda que se desea capturar. En la práctica se utilizan 8KHz, que corresponden a los 4 KHz de un canal telefónico (3,1 KHz útiles mas 450 Hzde margen a cada lado). Como consecuencia de esto en todo sistema telefónico delmundo las cosas ocurren en múltiplos o 'latidos' de 125 m seg. El códec que convierte laseñal analógica en digital produce para cada muestra un número de 7 u 8 bits (PCM).

En el sistema de multiplexación por división de tiempos utilizado en América del Nortey Japón el códec recibe 24 conversaciones simultáneas y muestrea cada una 8.000 vecespor segundo; cada muestra está formada por ocho bits, con lo que el códec genera cada125 ms. una trama formada por 193 bits ( 24 x 8 = 192 bits más un bit de señalización),lo cual da una velocidad de línea de 1,544 Mbps. Este tipo de línea se conoce como T1.En el resto del mundo se suele utilizar una agrupación distinta, poniendo 30 canales devoz más dos de señalización, con lo que se genera una trama de 256 bits cada 125 ms.,lo cual da una línea de 2,048 Mbps (256 x 8.000 = 2.048.000) que denominamos E1. EnTDM existen también niveles superiores. Por ejemplo cuatro líneas E1 forman una E2(8,848 Mbps). A su vez cuatro líneas E2 forman una E3 (34,304 Mbps), y asísucesivamente. La jerarquía sigue hasta llegar a velocidades de más de 500 Mbps.

Velocidad (Mbps)Niveljerárquico

Nº decanales

NombreCircuito

Norteamérica Japón Europa

0 1 DS0 o E0 0,064 0,064 0,0641 24 T1 o DS1 1,544 1,5441 30 E1 2,0481 48 DS1C 3,152 3,1522 96 T2 o DS2 6,312 6,3122 120 E2 8,4483 480 E3 32,062 34,3683 672 T3 o DS3 44,7363 1344 91,0533 1440 97,7284 1920 E4 139,2644 4032 T4 o DS4 274,1764 5760 397,2005 7680 E5 565,148

Niveles y velocidades de la jerarquía PDH en los distintos países. Las velocidades que aparecen ennegrita son las que se utilizan comúnmente en la transmisión de datos.



PDH

Una de las formas de multiplexar varias líneas E1 consiste en que cada una lleve supropia señalización de sincronismo, que puede no coincidir exactamente con la de lasdemás. Por este motivo la jerarquía formada con este tipo de líneas se denominaJerarquía Digital Plesiócrona, JDP o PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Delmismo modo que no hay acuerdo entre America, Japón y Europa respecto al primernivel de la PDH, tampoco lo hay respecto a los siguientes, como puede apreciarse en latabla anterior.

Conocida la velocidad de una línea es posible calcular el tamaño de trama dividiéndolapor 8.000 (recordemos que la frecuencia de muestreo en todo el mundo es de 8 KHz);por ejemplo, una trama E2 tiene un tamaño de 1.056 bits. La trama correspondiente acada nivel se construye multiplexando a su vez tramas del nivel anterior; así porejemplo, la trama E2 (120 canales) esta formada por cuatro E1 (30 canales). Cada nivelañade bits de sincronismo adicionales al construir su trama, por ejemplo, una trama E2está formada por cuatro tramas E1 de 256 bits cada una más 32 bits adicionales.

A menudo cuando se solicita a una compañía telefónica una línea dedicada para latransmisión de datos ésta ofrece como posibilidades las velocidades de la PDH, ya queson las que de forma natural soportan sus equipos, lo cual simplifica la constitución delenlace y optimiza los recursos utilizados. Las velocidades que se suelen utilizar con másfrecuencia para la transmisión de datos son la de 64 Kbps y los niveles 1 y 3 de lajerarquía (T1 y T3 en América, E1 y E3 en Europa); dado que hay un salto considerableentre 64 Kbps y T1 o E1, y una demanda grande de velocidades intermedias, muchascompañías telefónicas ofrecen servicios intermedios, denominados n x 64. Cuando lacompañía telefónica facilita una línea PDH T1, E1 o superior, para transmisión de datosla estructura de la trama la define el propio usuario, es decir, el usuario o programa decomunicaciones dispone de toda la trama sin tener que respetar la estructura quenormalmente tiene una trama PDH al transmitir voz. Así por ejemplo una trama E1tiene normalmente 240 bits útiles y 16 de señalización, pero al utilizar una línea E1 paratransmitir datos los 256 bits de la trama estarán disponibles para el protocolo a nivel deenlace de los equipos. Esto es lo que la compañía Telefónica denomina una trama o unenlace no estructurado.

Aunque la PDH contempla velocidades muy elevadas, en redes de ordenadores nunca seutilizan las superiores a 34 Mbps (en Europa) y 44 Mbps (en Norteamérica); paravelocidades más elevadas se recurre a una jerarquía superior que veremos acontinuación.

SDH

El sistema de multiplexación PDH que acabamos de ver fue desarrollado a principios delos sesenta por AT&T en los Estados Unidos. Un poco más tarde en Europa la ITU-T(entonces CCITT) diseñó otro sistema pero tomando decisiones diferente en cuanto a laforma de multiplexar los canales, lo cual produjo un sistema incompatible con elamericano, tanto en las velocidades de la jerarquía como en la estructura de las tramas.



Por su parte Japón decidió seguir la versión americana de PDH hasta el nivel 2 de lajerarquía (6,312 Mbps) pero creó la suya propia a partir del nivel 3; hay por tanto tressistemas incompatibles de PDH. Dicho en pocas palabras, el sistema telefónico digitalmundial basado en PDH es un desastre. Como consecuencia de ello los enlacestelefónicos transoceánicos necesitan el uso de costosas y caras cajas negras queconviertan un sistema en otro.Además de la incompatibilidad intercontinental el sistemaPDH tiene otros dos inconvenientes importantes:

• Fue diseñado pensando en sistemas de transmisión de cable coaxial ymicroondas, y no en fibra óptica; por consiguiente la PDH no utiliza latransmisión por fibra óptica con toda la eficiencia que sería posible.

• El hecho de ser una transmisión plesiócrona (uso de múltiples relojes en lasjerarquías 2 y superiores) impide extraer directamente canales cuando viajan entramas de jerarquía superior a T1 o E1. Por ejemplo para extraer (o sustituir) unsólo canal de una línea E4 es necesario demultiplexar todos los niveles hasta elE1 correspondiente.

Este segundo punto requiere una explicación. En PDH la multiplexación de tramas selleva a cabo en base a la posición. Supongamos que en una trama E1 estamosinteresados en desmultiplexar el octavo de los 32 canales que viajan en ella. Para estodeberemos extraer los bits 57 al 64 (ambos inclusive) de cada trama. Podemos imaginarla trama E1 como provista de un reloj especial que marca un 'tick' cada vez que pasanocho bits, es decir un tick que identifica la frontera de byte, o cuando empieza un nuevocanal en la trama; dicho reloj deberá pues marcar 32 ticks cada 125 m seg, o sea un tickexactamente cada 3,90625 m seg (125/32). Obsérvese que este tick debe ser muypreciso, pues un desplazamiento de solo la mitad de un bit (0,244140625 m seg,3,90625/16) podría provocar la desmultiplexación errónea del canal. Supongamos ahoraque en algún momento dicha trama E1 se multiplexa junto con otras tres en una tramaE2; al tratarse de cuatro tramas en principio independientes el tick (o reloj) de cada unanormalmente será diferente, pero al multiplexarlas es preciso 'alinearlas' a frontera debyte o sincronizarlas, es decir asignarles un reloj comun; pero esto ha de hacerse deforma que al desmultiplexarlas sea posible restaurar cada trama con su reloj original. Laforma de hacer esto es añadir bits de relleno al principio de cada trama E1 en cantidadsuficiente para forzar el alineamiento en frontera de byte, y por tanto la sincronizacióncon el resto de tramas E1 (obviamente nunca harán falta más de 7 bits de relleno). Elproceso se repite de la misma forma cuando cuatro tramas E2 se multiplexan para daruna trama E3, y así sucesivamente. Aparte de su complejidad la utilización de bits derelleno para sincronizar las tramas tiene la desafortunada consecuencia de que paraextraer un canal de una trama E2 es necesario proceder previamente a desmultiplexarlaen las correspondientes tramas E1, ya que solo así podremos saber los bits de rellenoque contiene, información que es necesaria para poder proceder a la desmultiplexación.Análogamente, si se quiere desmultiplexar un canal de una trama de jerarquía superiores preciso desmultiplexar toda la jerarquía.

Para resolver estos dos últimos problemas los ingenieros de Bellcore (laboratorio deinvestigación de las compañías telefónicas en Estados Unidos) empezaron a trabajar en1985 en un estándar que denominaron SONET (Synchronous Optical Network); enSONET la técnica de bits de relleno se sustituyó por la utilización de punteros queindicaban exactamente en que bit empezaba cada una de las tramas multiplexadas; deesta forma se podía acceder de forma directa a la información de un canal determinadoy extraer la información deseada sin tener que perturbar al resto de los canales.



SONET pretendía ser una jerarquía síncrona que sustituyera a la PDH americana porencima del nivel T3 (que era el más utilizado); la velocidad básica que se definía con lanueva tecnología era de 49,9 Mbps, adecuada para encapsular de manera relativamenteeficiente una línea T3 (los 5 Mbps adicionales eran necesarios para información degestión del sistema, otro de los puntos en que SONET mejoraba considerablemente lasfacilidades respecto a PDH). Sucesivos valores se construían sencillamente comomúltiplos de esta velocidad.

Dado que la conectividad transoceánica era uno de sus principales problemas, Bellcorepropuso a la CCITT en 1987 la adopción de SONET como estándar internacional. Lapropuesta no fue bien recibida en Europa, ya que las dos jerarquías mas utilizadas (E3 yE4) no encajaban bien en los valores elegidos por los americanos: la E3 desperdiciabamucha capacidad de los 49,9 Mbps, y la E4 no cabía con la información de gestión en149,7 Mbps, por lo que tenía que utilizarse para su transporte una trama de 199,6 Mbps,que de nuevo desperdiciaba mucha capacidad. Por su parte Japón, con su sistemapeculiar, tenía también sus objeciones. Todos tuvieron que ceder en parte de suspretensiones, y finalmente se llegó al siguiente acuerdo:

• La velocidad básica de SONET se estableció en 51,84 Mbps. Esta se denominaOC-1 (Optical Carrier 1) para interfaz óptica y STS-1 (Synchronous TransferSignal 1) para interfaz eléctrica; los valores superiores son múltiplos de estavelocidad y se denominan OC-n o STS-n donde n es el número de veces quecontiene el valor básico. No todos los múltiplos están permitidos.

• El estándar internacional, que se denomina SDH (Synchronous DigitalHierarchy) utiliza como velocidad fundamental OC-3, es decir 155,52 Mbps, yse denomina STM-1 (Synchronous Transfer Module 1). Los valores superioresson múltiplos de esta velocidad, y se denominan STM-n, donde n es el númerode veces que contiene un STM-1. No todos los múltiplos están permitidos.

La siguiente tabla resume las velocidades actualmente definidas:



SONET SDH Velocidad (Mbps)Eléctrico Óptico Óptico Total DatosSTS-1 OC-1 51,84 50,112STS-3 OC-3 STM-1 155,52 150,336STS-9 OC-9 STM-3 466,56 451,008STS-12 OC-12 STM-4 622,08 601,344STS-18 OC-18 STM-6 933,12 902,016STS-24 OC-24 STM-8 1.244,16 1.202,688STS-36 OC-36 STM-12 1.866,24 1.804,032STS-48 OC-48 STM-16 2.488,32 2.405,376STS-96 OC-96 STM-32 4.976,64 4.810,752STS-192 OC-192 STM-64 9.953,28 9.621,504STS-255* OC-255 STM-85 13.219,20 12.778,560

* Velocidad máxima teórica (no estandarizada)Velocidades estándar SONET/SDH

Así sobre un OC-1 se transporta en América un T3, en Europa un E3 y en Japón un'J3.1' (32,064 Mbps); sobre un OC-3 se transporta en Europa un E4 y en Japón un 'J3.2'(97,728 Mbps); sobre un OC-9 se transporta en Japón un 'J4' (397,2 Mbps). En cadacaso el grado de aprovechamiento varía. La compatibilidad internacional estágarantizada por la existencia de velocidades comunes en todos los países a partir de155,52 Mbps. A este estándar se le conoce habitualmente como SONET/SDH. Lacomunicación en SONET/SDH es siempre full dúplex y simétrica.

En la tabla anterior hemos especificado las velocidades total y de datos en cada caso. Apartir de ellas podríamos calcular el tamaño de trama, por ejemplo una trama STM-1tiene un tamaño de 2430 bytes (155.520.000/8.000/8) de los cuales 2349 sonaprovechables; quedando los 81 restantes reservados para información de gestión delsistema.

Las interfaces OC-3 (STM-1) y OC-12 (STM-4) que corresponden a 155,52 Mbps y622,08 Mbps están especificadas en la capa física de ATM. La velocidad de 155,52Mbps es la más utilizada en estas redes; a menudo se la suele referir como 155 Mbps(aunque sería más correcto decir 156 Mbps).

Un sistema SONET/SDH está formado por un conjunto de conmutadores, multiplexoresy repetidores, todos interconectados por fibra óptica. A los conmutadores ymultiplexores se les denomina Equipos Terminales de Línea (LTE). Si por ejemploqueremos interconectar dos ordenadores mediante un STM-1 los enchufaremosfísicamente a dos multiplexores SDH (también llamados ADM, Add-Drop Multiplexor),que a su vez estarán interconectados mediante dos fibras (una para cada sentido). Segúnla distancia que separe los ADMs puede ser necesaria la utilización de repetidores. Sepuede conectar varios multiplexores en forma de anillo, en cuyo caso los datos viajansiempre en el mismo sentido, con lo que se consigue comunicación full dúplexutilizando una sola fibra para constituir el anillo; sin embargo lo normal es utilizar dosfibras y tener una de ellas de reserva para caso de avería, con conmutación automática



en cuestión de milisegundos. Se puede hacer también topologías más complejas,malladas, utilizando conmutadores SDH.

La fibra que une directamente dos equipos SDH cualesquiera (multiplexores,conmutadores o repetidores) se denomina sección; a la unión entre dos multiplexorescontiguos (posiblemente a través de repetidores) se la conoce como línea; por último ladefinición de un camino completo de comunicación entre dos multiplexores para lainterconexión de dos equipos finales (que puede atravesar varios repetidores ymultiplexores intermedios) se llama ruta.

Las velocidades de SONET/SDH son tan elevadas que estas infraestructuras se utilizannormalmente para transportar múltiples canales de datos, voz, etc. Estos pueden sercanales SDH de velocidad inferior, por ejemplo un STM-4 transportando cuatro STM-1,o canales PDH, o combinaciones de ambos (por ejemplo un STM-4 transportando dosSTM-1, un E4, dos E3 y 21 E1). Existen unas reglas que especifican las capacidadesmáximas, que son siempre inferiores a lo que cabría esperar de la simple suma develocidades. Los canales que se agrupan en uno de velocidad superior se denominantributarios de éste.

La capa física de SONET/SDH se subdivide en cuatro subcapas. La más baja sedenomina subcapa fotónica y especifica las características físicas de la luz y la fibrautilizadas, que pueden ser monomodo o multimodo y siempre trabajan en segundaventana. Las tres capas siguientes corresponden a la sección, línea y ruta. La subcapa desección se ocupa de los enlaces punto a punto entre elementos contiguos cualesquiera(repetidores, multiplexores o conmutadores); la subcapa de línea se encarga de lamultiplexación y desmultiplexación de tributarios entre dos multiplexores. La subcapade rutas se ocupa de los problemas relacionados con la comunicación extremo aextremo. Como podemos ver existe un cierto paralelismo entre las cuatro subcapas deSONET/SDH y las cuatro primeras capas del modelo OSI.

Los sistemas de transmisión basados en SONET/SDH son la base de las modernasinfraestructuras de telecomunicaciones. Para la transmisión de datos SONET/SDHsuministra un transporte extremadamente fiable, tanto por la baja tasa de errores de lafibra óptica y el sistema de transmisión síncrono, como por la posibilidad de disponer decaminos físicos redundantes con conmutación automática en caso de avería. Algunascompañías telefónicas están poniendo a disposición de sus grandes clientes el uso deinfraestructuras SONET/SDH, especialmente para la constitución de redes privadasvirtuales, es decir la creación de redes integradas de voz y datos de alta capacidad.

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