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Transmisioacuten yComunicacioacuten de DatosLuis Aldana

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Transmisioacuten y Comunicacioacuten de Datos Luis Aldana

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Contenido

1 INTRODUCCIOacuteN 5 2 PROTOCOLOS Y ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS 9

3 LA ARQUITECTURA DEL PROTOCOLO TCPIP 13

31 Las Capas de TCPIP 14

4 EL MODELO OSI 17

41 Las Capas de OSI 17

42 Primitivas de Servicios y Paraacutemetros 19

5 TCPIP vs OSI 21

6 DATOS 25

61 Trasmisioacuten de Datos 26

62 Terminologiacutea Utilizada en la Transmisioacuten de Datos 28

63 Relacioacuten entre Velocidad y Ancho de Banda 30

64 Transmisioacuten de Datos Analoacutegicos y Digitales 30

7 FRECUENCIA ESPECTRO Y ANCHO DE BANDA 33

8 SENtildeALES 41

81 Transmisioacuten de Sentildeales 41

9 PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIOacuteN 47

91 Atenuacioacuten 47

92 Distorsioacuten de Retardo 50

93 Ruido 51

10 CAPACIDADES DE TRANSMISIOacuteN 57

101 Ancho de Banda de Nyquist 58

102 Foacutermula para la Capacidad de Shannon 60

11 CONCLUSIONES 63

12 REFERENCIAS 65




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5

983089983086 983113983118983124983122983119983108983125983107983107983113983251983118983086Al intercambio de informacioacuten entre computadoras se lellama Comunicacioacuten entre Computadores y al conjuntode esos computadores que se interconectan se lesdenomina Red de Computadoras

El estudio de las comunicaciones contempla ladenominada transmisioacuten de sentildeales de tal forma que estasea eficaz y segura En este trabajo veremos entre otrascosas la transmisioacuten y codificacioacuten de sentildeales los mediosde transmisioacuten las interfaces y el control del enlace dedatos Ademaacutes en principio debemos considerar algunospuntos importantes

bull No hay grandes diferencias entre el procesamientode datos (las computadoras) y las comunicacionesde datos (la trasmisioacuten y los sistemas deconmutacioacuten)

bull No hay diferencias fundamentales entre latransmisioacuten de datos de voz o de video

bull Las fronteras entre computadoras monoprocesadoro multiprocesador asiacute como entre redes de aacuterealocal (LAN) metropolitanas y de aacutereas amplias(WAN) son cada vez maacutes difusas

El objetivo principal de todo sistema de comunicacioacuten esel de intercambiar informacioacuten entre dos o maacutes entidades En




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todos los sistemas de comunicacioacuten se tienen los

siguientes tres elementos los cuales son baacutesicos yfundamentales

De forma general tenemos

O bien

Y como caso especiacutefico tenemos

Definiremos una Estacioacuten de Trabajo o Workstation comocualquier elemento cuya arquitectura permite la comunicacioacutencon en el exterior cabe aclarar que este teacutermino solo seaplica a computadoras En seguida explicaremos loselementos principales que mostramos en las figurasanteriores

Transmisor Receptor

Canalde

Comunicacioacuten

(Medio fiacutesico por donde

se enviacutea la sentildeal)

TransmisorSistema

deTransmisioacuten

Fuente Receptor Destino

Sistema Origen Sistema Destino

Estacioacutende

Trabajo

Modem Modem ServidorRed Puacuteblica

deTeleacutefonosCodifica Decodifica




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bull La Fuente Este dispositivo es quien genera losdatos por transmitir por ejemplo teleacutefonos ocomputadoras personales

bull El Trasmisor Es comuacuten que los datos generadospor la fuente no sean transmitidos de forma directay como fueron creados sino que el transmisortransforma y codifica la informacioacuten generando

sentildeales electromecaacutenicas susceptibles de sertransmitidas a traveacutes de alguacuten sistema detransmisioacuten por ejemplo un modem que conviertelas cadenas de bits generadas por una computadorapersonal y las transforma en sentildeales analoacutegicas quepueden ser trasmitidas a traveacutes de la red deteleacutefonos

bull El Sistema de Trasmisioacuten Este puede ser unasencilla liacutenea de transmisioacuten o bien una complejared que conecte a la fuente con el destino esto es elmedio fiacutesico por donde se enviacutea la sentildeal

bull El Receptor Este acepta la sentildeal proveniente delsistema de transmisioacuten y la transforma de formaque pueda ser manejada por el dispositivo de

destino por ejemplo un modem es capaz de captarla sentildeal analoacutegica en la red o liacutenea de transmisioacuten yla convertiraacute en una serie de bits

bull Destino Es el que toma los datos del receptor

Las tareas claves que debe realizar cualquier sistema decomunicacioacuten son las siguientes




8

1) Utilizacioacuten del sistema de transmisioacuten eimplementacioacuten de la interfaz

2) Generacioacuten de la sentildeal3) Sincronizacioacuten (tiempo necesario en el intercambio

de informacioacuten)4) Gestioacuten del intercambio de informacioacuten5) Deteccioacuten y correccioacuten de errores en la transmisioacuten

de informacioacuten6) Control del flujo de datos7) Direccionamiento es decir detectar doacutende esta el

receptor y doacutende el transmisor8) Encaminamiento esto es definir hacia doacutende se

dirigiraacuten los datos9) Recuperacioacuten de datos ante errores en la

transmisioacuten10) Formato de los mensajes11) Seguridad en el proceso de transmisioacuten12) Gestioacuten de la red




9

983090983086 983120983122983119983124983119983107983119983116983119983123 983129 983105983122983121983125983113983124983109983107983124983125983122983105 983108983109983120983122983119983124983119983107983119983116983119983123983086

Para poder establecer comunicacioacuten entre dos o maacutescomputadoras situadas en sistemas diferentes se necesitadefinir y utilizar un Protocolo esto es un conjunto de reglasque nos indican coacutemo se de establecer la comunicacioacuten entre

dichas computadoras Los puntos que definen un protocoloson

1) La Sintaxis Formato de los datos y niveles de lasentildeal

2) La Semaacutentica Incluye informacioacuten de control parala coordinacioacuten y manejo de errores

3) La Temporizacioacuten Incluye la sincronizacioacuten develocidades y secuenciacioacuten

Todas estas tareas se subdividen en subtareas y a todoesto se le llama Arquitectura de Protocolo o bien unaArquitectura de Protocolos es una estructura de capashardware y software que facilita el intercambio de datos entre

diversos sistemas y proporciona aplicaciones distribuidas (porejemplo correo electroacutenico transferencia de archivos)

En cada capa de la arquitectura se implementa uno ovarios protocolos cada uno de ellos proporciona unconjunto de reglas que reflejan el intercambio de datos




10

entre computadoras Las tareas tiacutepicas realizadas por un

protocolo sobre los datos son encapsulamientosegmentacioacuten ensamblado control de conexioacutentransmisioacuten ordenada control de flujo y de erroresdireccionamiento y multiplexacioacuten

Hay dos arquitecturas que han sido determinantes ybaacutesicas en el desarrollo de estaacutendares de comunicacioacuten El

conjunto de protocolos TCPIP y el modelo de referenciaOSI

Lo que sucede cuando se establece comunicacioacuten entredos o maacutes computadoras a traveacutes de un protocolo es

bull Especificacioacuten del Protocolo Dos entidades en la

misma capa en sistemas diferentes cooperan einteractuacutean por medio del protocolo el cual sepuede especificar con precisioacuten ya que estaacutenimplicados dos sistemas abiertos diferentes

bull Definicioacuten del Servicio Ademaacutes del protocolo oprotocolos que operan en una capa dada senecesitan normalizaciones para los servicios que

cada capa ofrece a la capa superior contiguaregularmente la definicioacuten de los servicios esequivalente a una descripcioacuten funcional que definequeacute servicios se estaacuten proporcionando pero nocoacutemo se estaacuten proporcionando

bull Direccionamiento Como ya dijimos cada capaproporciona servicios a las entidades de su capa




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superior adyacente Las entidades se especifican

mediante un punto de acceso al servicio el cualindica una entidad de transporte que es usuaria delservicio




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983091983086 983116983105 983105983122983121983125983113983124983109983107983124983125983122983105 983108983109983116 983120983122983119983124983119983107983119983116983119983124983107983120983087983113983120983086

La agencia de Proyectos de Investigacioacuten Avanzada delDepartamento de Defensa de los Estados Unidos deNorteameacuterica definieron un conjunto de reglas queestablecieron coacutemo conectar computadoras entre siacute para

lograr el intercambio de informacioacuten soportando inclusodesastres mayores en la red Fue asiacute como surgioacute TCPIP(Transfer Control ProtocolInternet Protocol) que es laarquitectura maacutes adaptada para la interconexioacuten desistemas y se denomina globalmente como la familia deprotocolos TCPIP la cual consiste en un extensoconjunto de protocolos que se han elegido como

estaacutendares de internet Para los antildeos 80s una grancantidad de instituciones estaban interesadas enconectarse a esta red que se expandioacute en todo EU

TCPIP proporciona los mecanismos baacutesicos paratransferir datos ndashcomo todos los protocolos- Se dice queTCPIP proporciona una comunicacioacuten punto a punto

( peer-to-peer ) entre dos aplicaciones que se encuentran enla misma o en diferentes maacutequinas Por su parte elprotocolo de internet (IP) es el protocolo baacutesico deinternet




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9830911 983116983137983155 983107983137983152983137983155 983140983141 983124983107983120983113983120

El protocolo TCPIP se divide en 5 capas a saber La capade Aplicacioacuten Capa de Origen-Destino la Capa deInternet la Capa de Acceso a Internet y por uacuteltimo la CapaFiacutesica en seguida indicamos sus definiciones y funciones

bull La Capa de Aplicacioacuten En esta capa se encuentratoda la loacutegica necesaria para posibilitar las distintasaplicaciones del usuario

bull La Capa de Origen-Destino Tambieacuten llamadaCapa de Transporte es la que tiene aquellosprocedimientos que garantizan una transmisioacuten

segurabull La Capa de Internet En las situaciones en las que

los dispositivos estaacuten conectados a redes diferentesse necesitaraacuten una serie de procedimientos quepermitan que los datos atraviesen esas redes paraello se hace uso de esta capa en otras palabras elobjetivo de esta capa es el de comunicar

computadoras en redes distintasbull La Capa de Acceso a la Red Es la responsable del

intercambio de datos entre el sistema final y la reda la cual se esta conectado el emisor debeproporcionar a la red la direccioacuten de destino Seencuentra relacionada con el acceso y elencaminamiento de los datos a traveacutes de la red




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bull La Capa Fiacutesica Define la interfaz fiacutesica entre el

dispositivo de transmisioacuten de datos (por ejemplo laestacioacuten del trabajo del computador) y el medio detransmisioacuten o red Esta capa se encarga de laespecificacioacuten de las caracteriacutesticas del medio detransmisioacuten la naturaleza de las sentildeales lavelocidad de los datos y cuestiones afines




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983092983086 983109983116 983117983119983108983109983116983119 983119983123983113983086El modelo OSI (Open Systems Interconection) se desarrolloacutepor la organizacioacuten internacional de estandarizacioacuten ISO(International Standarization Organization)como unaarquitectura para comunicaciones entre computadores conel objetivo de ser el marco de referencia en el desarrollo de

protocolos estaacutendares OSI OSI se ha convertido en elmodelo estaacutendar para clasificar las funciones decomunicacioacuten Sentildealemos aquiacute que OSI se adapta acualquier protocolo en cambio TCPIP es solo el maacutesutilizado y que tiene que ver mucho con la mercadotecnia

9830921 983116983137983155 983107983137983152983137983155 983140983141 983119983123983113

El modelo OSI consiste en siete capas las cuales son LaCapa de Aplicacioacuten La Capa de Presentacioacuten La Capa deSesioacuten La Capa de Transporte La Capa de Red La Capade Enlace de Datos y La Capa Fiacutesica ahora explicaremosen que consisten cada una de ellas

bull La Capa de Aplicacioacuten Esta provee el acceso alentorno OSI para los usuarios y los servicios deinformacioacuten distribuida

bull La Capa de Presentacioacuten Proporcionaindependencia a los procesos de aplicacioacuten respectoa las diferencias existentes en las representacionesde los datos




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bull La Capa de Sesioacuten Facilita el control de la

comunicacioacuten entre las aplicaciones establecegestiona y cierra las conexiones entre lasaplicaciones cooperadoras (nivel loacutegico)

bull La Capa de Transporte Ofrece seguridadtransferencia transparente de datos entre los puntosinterconectados y ademaacutes establece losprocedimientos de recuperacioacuten de errores y

control de flujo origen-destino bull La Capa de Red Da a las capas superiores

independencia en lo que se refiere a las teacutecnicas deconmutacioacuten y de transmisioacuten utilizadas paraconectar los sistemas es responsable delestablecimiento mantenimiento y cierre de lasconexiones (nivel hardware)

bull La Capa de Enlace de Datos Suministra unservicio de transferencia de datos seguro a traveacutesdel medio fiacutesico enviando bloques de datosllevando a cabo la sincronizacioacuten el control deerrores y el de flujo de informacioacuten que se requiere

bull La Capa Fiacutesica Encargada de la transmisioacuten decadenas de bits no estructuradas sobre el medio

fiacutesico se relaciona con las caracteriacutesticas mecaacutenicaseleacutectricas funcionales y procedimientos paraacceder al medio fiacutesico




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9830922 983120983154983145983149983145983156983145983158983137983155 983140983141 983123983141983154983158983145983139983145983151983155 983161 983120983137983154983265983149983141983156983154983151983155

Dentro de la arquitectura OSI los servicios entre capasadyacentes se describen en teacuterminos de servicios ymediante paraacutemetros involucrados Una primitivaespecifica la funcioacuten que se va a llevar a cabo y los

paraacutemetros se utilizan para pasar datos e informacioacuten decontrol La forma concreta que adopte la primitivadependeraacute de su implementacioacuten Para definir lasinteracciones entre las capas adyacentes de la arquitecturase utilizan cuatro primitivas a saber

1) Solicitud Es una primitiva emitida por el usuario

del servicio para invocar alguacuten servicio y pasar losparaacutemetros necesarios para especificarcompletamente el servicio solicitado

2) Indicacioacuten Primitiva emitida por el suministradordel servicio para

a Indicar que ha sido invocado unprocedimiento por el usuario del servicio y

para suministrar los paraacutemetros asociadosb Notificar al usuario del servicio sobre una

accioacuten indicada por el suministrador3) Respuesta Primitiva producida por el usuario del

servicio para confirmar o completar alguacutenprocedimiento invocado mediante una indicacioacuten aese usuario




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4) Confirmacioacuten Primitiva generada por el

suministrador del servicio y que es utilizada paraconfirmar o completar alguacuten procedimientoinvocado mediante una solicitud por parte delusuario del servicio




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983093983086 983124983107983120983087983113983120 983158983155983086 983119983123983113983086El modelo OSI tiene siete niveles que fueron propuestos

debido a que IBMcopy teniacutea un protocolo de siete capasllamado SNA (Systems Network Architecture) y no sepretendiacutea ir contra la corriente peleando contra la

preponderancia de IBMcopy Mientras se planeaba y discutiacutea

el modelo OSI ya se estaban trabajando y creando redesusando TCPIP de forma que cuando ya estaba disponibleOSI a la mayoriacutea de las compantildeiacuteas no les interesabamigrar a este modelo

Algunas criacuteticas que se han hecho al modelo OSI son

bull El conjunto total de la pila de protocolos resultoacute serdemasiado complejo para entender e implantar

bull Las capas contienen demasiadas actividadesredundantes por ejemplo el control de errores seintegra en casi todas las capas siendo que tener unuacutenico control en la capa de aplicacioacuten opresentacioacuten seriacutea suficiente

bull La gran cantidad de coacutedigo que fue necesario paraimplantar el modelo OSI y su consecuente lentitudhizo que la palabra OSI fuera interpretada comoldquocalidad pobrerdquo lo que contrastoacute con TCPIP quese implantoacute exitosamente en el sistema operativoUnix y era gratis




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bull OSI tuvo poca aceptacioacuten en EU porque la mayoriacutea

de la gente pensoacute que era un estaacutendar implantadopor la comunidad europea y todos sabemos que latecnologiacutea o deporte o casi cualquier otra cosa queno es inventada en los EU es discriminadaraacutepidamente

Por su parte TCPIP tambieacuten ha recibido criacuteticas algunas

de ellas son las siguientes

bull El modelo no distingue bien entre serviciosinterfaces y protocolos lo cual afecta al disentildeo denuevas tecnologiacuteas en base a TCPIP

bull Las capas que le faltan con respecto al modelo OSIni siquiera se mencionan y eso es loacutegico porque

TCPIP fue predecesor de OSIbull No se puede hablar propiamente de un modelo

TCPIP pero se tienen que hablar de eacutel por suforzado uso nivel mundial

bull Algunos protocolos de TCPIP fueron creados parasolucionar problemas viejos y no se consideraronlas necesidades modernas requieren de otros

protocolos

Para finalizar este apartado diremos que el modelo OSI esmuy bueno como un marco teoacuterico para describir lafuncionalidad de los dispositivos y protocolos que hacenfuncionar una red pero se acepta que las capas de sesioacuten ypresentacioacuten no son del todo uacutetiles por lo cual se utiliza




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un modelo reducido a la capa fiacutesica ligado de datos red

transporte y aplicacioacuten




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983094983086 983108983105983124983119983123983086Se define Datos como cualquier entidad que junto conotras al organizarse nos brindan alguacuten tipo deinformacioacuten por ejemplo en este documento hay muchosdatos estos datos son las letras que hemos escrito a lolargo de este trabajo pero si todas estas letras estuvieran

en cualquier orden no entenderiacuteamos nada por ellodebemos organizarlas para poder formar palabrasoraciones paacuterrafos etc y asiacute obtener una informacioacuten apartir de ellas

Los conceptos de datos analoacutegicos o digitales son bastantesencillos Los datos analoacutegicos pueden tomar cualquier

valor en un intervalo continuo por ejemplo el video lavoz etc contienen valores cuya intensidad varia con eltiempo La mayoriacutea de los datos que se capturan consensores como los termoacutemetros son analoacutegicos Por suparte los datos digitales toman valores discretos comopueden ser nuacutemeros enteros letras etc

Un ejemplo muy familiar de datos analoacutegicos son lassentildeales de audio que en forma de ondas de sonido sepueden percibir directamente por nuestros oiacutedos

Cabe aclarar la diferencia existente entre datos einformacioacuten hemos mencionado aquiacute que los datos bienpueden ser letras como las de este documento estos son




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valores que nosotros estamos poniendo en este trabajo

mientras que la informacioacuten como bien dijimos es unaorganizacioacuten de estos valores para darles sentido y quenosotros podamos entender que es lo que se nos quieredecir con ellos Sin embargo el concepto de informacioacutenes un tanto ambiguo hay algunos autores que mencionanque informacioacuten es la interpretacioacuten que nosotros comousuarios le damos a los datos que se organizan otros solo

se limitan al hecho de que simplemente deben ser losdatos puramente organizados el hecho esta en que debenser la misma cosa datos organizados para que tengan unsentido y que nosotros podamos darles una interpretacioacutencorrecta y nos proporcionen alguna utilidad

9830941 983124983154983137983155983149983145983155983145983283983150 983140983141 983108983137983156983151983155

Todos los formatos de informacioacuten considerados (vozdatos imaacutegenes video etc) se pueden representarmediante sentildeales electromecaacutenicas Dependiendo delmedio de transmisioacuten y del entorno donde se realicen lascomunicaciones se pueden utilizar sentildeales analoacutegicas odigitales para realizar el transporte de datos Toda sentildeal

esta constituida por una serie de frecuenciasconstituyentes Un paraacutemetro clave en la caracterizacioacutende la sentildeal es el ancho de banda el cual definimos como elrango de frecuencias contenidas en una determinada sentildeal Enteacuterminos generales cuanto maacutes grande sea el ancho debanda mayor seraacute su capacidad para transportarinformacioacuten




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El tipo de sentildeales mencionadas aquiacute se pueden

representar de la siguiente forma

Uno de los problemas principales en el disentildeo de sistemas

de comunicaciones reside en las dificultades paratransmitir por las liacuteneas de comunicacioacuten o en los defectosen estas mismas entre los obstaacuteculos maacutes importantesestaacuten la atenuacioacuten (debilitacioacuten de la sentildeal) la distorsioacutende retardo y los distintos tipos de ruido que existen eneste caso existen diferentes tipos de ruido entre ellos elteacutermico de intermodulacioacuten diafoniacutea e impulso Maacutes

adelante detallaremos algunos de estos problemas Lasdificultades en la transmisioacuten de sentildeales analoacutegicascausan efectos aleatorios que degradan la calidad de lainformacioacuten transmitida y puede afectar su inteligibilidadcuando se utilizan sentildeales digitales los defectos en elenviacuteo de datos pueden introducir bits erroacuteneos en larecepcioacuten

x

-x

y -y 0

x

-x

y -y 0

1

Sentildeal Digital Sentildeal Continua




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El disentildeador de un sistema de comunicaciones debe tomaren cuenta cuatro factores determinantes estos son elancho de banda de la sentildeal la velocidad a la que setransmiten los datos la cantidad de ruido presente en elproceso de enviacuteo de datos y finalmente la porcioacuten o tasade errores que se pueden tolerar El ancho de bandadisponible estaacute limitado por el medio a traveacutes del cual se

transmite asiacute como por la necesidad de evitarinterferencias con sentildeales cercanas Debido a que el anchode banda es un recurso escaso es conveniente maximizarla velocidad de transmisioacuten para el ancho de banda delcual se dispone Por su parte la velocidad de transmisioacutenesta limitada por el ancho de banda la presencia dedefectos en las liacuteneas de transmisioacuten como el ruido y

otros y por la tasa de errores que se tolera El eacutexito en latransmisioacuten de datos depende fundamentalmente de dosfactores la calidad de la sentildeal transmitida y lascaracteriacutesticas del medio de transmisioacuten

9830942 983124983141983154983149983145983150983151983148983151983143983277983137 983125983156983145983148983145983162983137983140983137 983141983150 983148983137 983124983154983137983150983155983149983145983155983145983283983150 983140983141983108983137983156983151983155

La transmisioacuten de datos entre un emisor y un receptorsiempre se realiza a traveacutes de un medio estos medios detransmisioacuten se pueden clasificar como guiados y noguiados en ambos casos la comunicacioacuten se realiza enondas electromagneacuteticas




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Los medios guiados son por ejemplo los pares trenzados

cables coaxiales fibras oacutepticas etc la caracteriacutesticaprincipal de ellos es que la transmisioacuten se hace confinandolas ondas a lo largo del camino fiacutesico Por el contrario losmedios no guiados transmiten de forma que las ondaselectromagneacuteticas no se confinen ejemplos de estosmedios lo son transmisioacuten viacutea radio viacutea sateacutelite etc Seconsidera que el mejor de los medios guiados es la fibra

oacuteptica y en los no guiados en los uacuteltimos antildeos ha habidouna tendencia hacia el uso del sateacutelite

El concepto enlace directo hace referencia al camino detransmisioacuten entre dos dispositivos en el que la sentildeal sepropaga directamente del emisor al receptor sin ninguacutenotro dispositivo intermedio que no sea u amplificador o

repetidor dichos dispositivos se utilizan para poderincrementar la sentildeal que es enviada y pueden serempleados tanto para medios guiados como no guiados

Un medio de transmisioacuten guiado es punto a punto (peer-to-peer) si proporciona un enlace directo entre dos uacutenicosdispositivos que compartan ese medio En una

configuracioacuten guiada multipunto el mismo medio escompartido por varios dispositivos

Un medio de transmisioacuten puede ser




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bull Simplex Se da cuando las sentildeales se transmiten

solo en una direccioacuten por ejemplo las sentildeales detelevisioacuten o de radio

bull Half-Duplex Cuando dos estaciones transmiten enambas direcciones pero no lo hacen al mismotiempo un ejemplo puede ser el radiocomunicador

bull Full-Duplex Para este tipo de medio ambas

estaciones si pueden enviar sentildeales en ambasdirecciones y de forma simultaacutenea como porejemplo el teleacutefono

983094983091 983122983141983148983137983139983145983283983150 983141983150983156983154983141 983126983141983148983151983139983145983140983137983140 983161 983105983150983139983144983151 983140983141 983106983137983150983140983137

Aunque una forma de onda contenga frecuencias en unrango extenso por cuestiones praacutecticas el sistema detransmisioacuten (transmisor + medio + receptor) solo podraacutetransferir una banda de frecuencias limitada lo cual haceque la velocidad de transmisioacuten maacutexima en el medio estelimitada

983094983092 983124983154983137983150983155983149983145983155983145983283983150 983140983141 983108983137983156983151983155 983105983150983137983148983283983143983145983139983151983155 983161 983108983145983143983145983156983137983148983141983155

En la transmisioacuten de datos desde una fuente hacia undestino se debe tener en cuanta la naturaleza de los datoscoacutemo se logra su propagacioacuten fiacutesica y queacute procesamiento




31

o ajustes se necesitan a lo largo del camino para asegurar

que los datos que se reciban sean los correctos Para todasestas consideraciones el punto crucial es el de decidir si setratan de entidades analoacutegicas o digitales (los teacuterminosanaloacutegicos y digitales corresponden a continua y discretarespectivamente) Estos dos teacuterminos se aplicanregularmente a datos sentildealizacioacuten y transmisioacuten esto esen los tres casos todos pueden ser analoacutegicos o digitales

en los siguientes apartados veremos con un poco maacutes dedetalles todos estos conceptos y lo que conlleva cada unode ellos




32




33

983095983086 983110983122983109983107983125983109983118983107983113983105983084 983109983123983120983109983107983124983122983119 983129 983105983118983107983112983119 983108983109983106983105983118983108983105983086

Las sentildeales electromagneacuteticas desde el punto de vista dela transmisioacuten de datos son funciones del tiempo y sepueden expresar tambieacuten en funcioacuten de la frecuencia esdecir la sentildeal esta constituida por componentes adiferentes frecuencias Para comprender y caracterizarmejor el funcionamiento de la transmisioacuten de datos eldominio de la frecuencia resulta ser maacutes ilustrativo que eldel tiempo veamos la siguiente figura

Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T

SentildealElectromagneacutetica




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La sentildeal electromagneacutetica considerada como una funcioacutendel tiempo puede ser tanto discreta como continua unasentildeal continua es aquella en la que su intensidad variacon el tiempo esto es que no se presentan saltos odiscontinuidades Una sentildeal discreta es aquella cuyaintensidad se mantiene constante durante un ciertointervalo de tiempo tras el cual la sentildeal cambia a otro

valor constante Veamos las siguientes figuras

El tipo de sentildeales maacutes sencillas que se puede considerarson las sentildeales perioacutedicas que se caracterizan por tener unpatroacuten que se repite a lo largo del tiempo

Matemaacuteticamente una sentildeal s(t) se dice que es perioacutedicasi y solo si s(t+T) = s(t) donde a T se le llama periodo dela funcioacuten en nuestro caso es el periodo de una sentildealalgunos ejemplos son

x x

-x -x

y y -y -y 0

SentildealElectromagneacuteticaContinua(Analoacutegica)

SentildealElectromagneacuteticaDiscreta(Digital)

0




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1) f(t+5)sup2 ne f(t)sup2 en este caso T = 5 pero como vemos

esta funcioacuten no es perioacutedica2) f(t+2) ne f(t) para este ejemplo T = 2 aunque

tambieacuten vemos que la sentildeal no es perioacutedica3) Sen(A+3) = SenA ya que si revisamos algunas

propiedades de las funciones trigonomeacutetricasveremos que Sen(A+3) = SenACos(3) + CosASen(3)= SenA(099) + CosASen(005) = SenA por tanto la

sentildeal es perioacutedica4) Cos(A+π 2) = CosA de igual forma debemos revisar

algunas de las propiedades de las funciones

trigonomeacutetricas y obtendremos que Cos(A+π 2) =

CosACos( π 2) = CosA(1) = CosA por lo cualpodemos decir que esta funcioacuten si es perioacutedica

Si de forma general tenemos una funcioacuten de la formaSen(at) entonces esta tiene periodo 2π a ya que

Sen[a(t+2π a)] = Sen[at+2π ] = Sen(at)

De la misma forma podemos obtener que el periodo de

una funcioacuten de la forma Cos(at) es tambieacuten 2π a

Ahora veamos la siguiente figura de donde podremosidentificar varios de los elementos que componen a unasentildeal que es una funcioacuten perioacutedica




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Donde A es la Amplitud empty es el valor en radianes de lafase de la sentildeal como ya dijimos anteriormente T es elperiodo y la frecuencia f es 1T lo que significa que T = 1fambos casos son aproximaciones veamos algunosejemplos

-x

y -y 0

T

A




37

Si contamos con una funcioacuten de la forma C + A Sen ( a ( t

-x

y -y 0 05 1 15

T = 1

A = 0505

f = 1 ya que T = 1y como f = 1T = 11entonces f =1

= 0

Ejemplo 1

-x

y -y 0

T = 1

A = 1

1


= 2

Ejemplo 2




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+ b ) ) o C + A Cos( a ( t + b ) ) su periodo como bien

dijimos anteriormente es 2πa y ademaacutes su amplitud esA

Cabe aclarar que no es forzoso graficar o tabular losvalores de una funcioacuten que representa una sentildeal o engeneral de cualquier funcioacuten de la forma coseno o senopara poder obtener su periodo frecuencia o amplitud el

graficado yo tabulado de eacutestas se requiere en ocasionescuando la funcioacuten es muy compleja pero teniendo loscasos generales que aquiacute presentamos es mucho maacutes faacutecilrealizar estos caacutelculos

Con mayor formalidad diremos que la onda seno es la sentildealcontinua fundamental por excelencia cualquier onda se

representa mediante tres paraacutemetros los cuales ya hemosmencionado antes y que es importante que resaltemos la

amplitud A la frecuencia f y la fase empty La amplitud es el valormaacuteximo (o la energiacutea) de la sentildeal en el tiempo normalmenteeste valor se mide en volts La frecuencia es la razoacuten (en ciclospor segundo o Hz) a la que la sentildeal se repite un paraacutemetroequivalente es el periodo T definido como la cantidad detiempo transcurrido entre dos repetidores consecutivos de la

sentildeal por lo cual T = 1f y f = 1T La fase una medida de laposicioacuten relativa de la sentildeal dentro de un periodo de la misma

La expresioacuten general para una onda senoidal es s(t) =

Abull Sen(2π ft + empty veamos los siguientes ejemplos




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1) s(t) = 25bull Sen( 4π ft + 34π ) aquiacute A = 25 f = 2 y empty =

34π2) s(t) = 15bull Sen( 8π ft + 12π ) donde A = 15 f = 4 y empty

= 12π

3) s(t) = 25bull Sen( 8145π ft + 125π ) donde A = 25 f =

4145 y empty = 125π


7 y empty = 125π

Decimos que la longitud de onda es la distancia queocupa un punto en otras palabras la distancia entre dospuntos de la misma fase En dos puntos consecutivossuponga que la sentildeal se propaga a una velocidad V en esecaso la longitud de onda se puede relacionar con el

periodo de la sentildeal por medio de la expresioacuten λ = VT o

bien como T = 1f y f = 1T entonces λf = Vfrecuentemente V es igual a C donde C es la velocidad de

la luz esto es C = 3bull108 ms lo cual significa que

podemos expresar lo siguiente λ = CT y λf = C

Se define el espectro de una sentildeal como el conjunto defrecuencias que la constituyen y el ancho de banda

absoluto como la anchura de ese espectro Sin embargo lamayor parte de la energiacutea de la sentildeal se concentra en unabanda de frecuencias la cual se denomina ancho de bandaefectivo o simplemente ancho de banda




40




41

983096983086 983123983109983249983105983116983109983123983086En un sistema de comunicaciones los datos se propagande un punto a otro mediante sentildeales electromagneacuteticasUna sentildeal analoacutegica ndashcomo ya lo dijimos con anterioridad-es una onda electromagneacutetica que varia constantementecon el tiempo y que seguacuten sea su espectro puede

propagarse a traveacutes de una serie de medios como puedeser un cable coaxial fibra oacuteptica etc

Por su parte una sentildeal digital que tambieacuten ya hemosmencionado antes es una secuencia de pulsos de tensioacutenque se pueden transmitir a traveacutes de un medio conductorpor ejemplo un nivel de tensioacuten positiva constante

representariacutea un 1 binario y un nivel contante negativo un0

9830961 983124983154983137983150983155983149983145983155983145983283983150 983140983141 983123983141983281983137983148983141983155

Tanto las sentildeales analoacutegicas como las digitales se puedenpropagar a traveacutes de un medio conductor este medio

determinaraacute como seraacuten tratadas estas sentildeales en lasiguiente tabla observamos los meacutetodos de transmisioacuten dedatos y como son tratadas las sentildeales involucradas




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DATOS Y SENtildeALES

Sentildeal Analoacutegica Sentildeal DigitalDatosAnaloacutegicos

Hay dosalternativas 1) Lasentildeal ocupa elmismo espectroque los datosanaloacutegicos y 2) Los

datos analoacutegicos secodifican ocupandouna porcioacutendistinta delespectro

Los datosanaloacutegicos secodificanutilizando uncodec paragenerar una

cadena de bits

Datos Digitales Los datos secodifican usando

un modem paragenerar las sentildealesanaloacutegicas

Hay dosopciones 1) La

sentildeal consiste endos niveles detensioacuten querepresentan dosvalores binarios y2) Los datosdigitales se

codifican paraproducir unasentildeal digital conlas propiedadesadecuadas




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PROCESAMIENTO DE SENtildeALES

TransmisioacutenAnaloacutegica TransmisioacutenDigitalSentildeal Analoacutegica Se propaga a traveacutes

de amplificadoresse trata de igualmanera si los datosson analoacutegicas o

digitales

Para este caso sesupone que lassentildeales analoacutegicasrepresentan datosdigitales por lo

cual la sentildeal sepropaga a traveacutesde repetidores encada uno de elloslos datos digitalesse obtienen apartir de la sentildeal

de entrada y seusan para generaruna nueva sentildealanaloacutegica desalida

Sentildeal Digital No se usa Aquiacute la sentildealdigital representa

una cadena de 1so 0s los cualespuedenrepresentar datosdigitales opueden serresultado de la




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codificacioacuten de

datos analoacutegicosLa sentildeal sepropaga a traveacutesde repetidores yen cada uno deellos se recuperala cadena de bits a

partir de la sentildealque entra y pormedio de esta segenera una nuevacadena de salida

La transmisioacuten analoacutegica es una forma de transmitir las

sentildeales analoacutegicas independientemente de su contenidolas sentildeales pueden representar datos analoacutegicos como lavoz o digitales como los datos generados por unacomputadora En cualquier caso la sentildeal analoacutegica se iraacutedebilitando (atenuaacutendose) con la distancia Parasolucionar esto el sistema de transmisioacuten analoacutegicoincluye amplificadores que ldquoinyectanrdquo energiacutea a la sentildeal

Por desgracia estos amplificadores tambieacuten dan energiacutea alas sentildeales de ruido Para conseguir distancias mayores alutilizar amplificadores en cascada la sentildeal se distorsionacada vez maacutes Para datos analoacutegicos como la voz se puedetolerar una pequentildea distorsioacuten ya que en este caso losdatos siguen siendo inteligibles Una solucioacuten a estosproblemas son los llamados filtros que son utilizados para




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lograr disminuir las sentildeales de ruido que se insertan en la

transmisioacuten de nuestros datos

Sin embargo para los datos digitales los amplificadoresintroduciraacuten errores La transmisioacuten digital esdependiente del contenido de la sentildeal Una sentildeal digitalsolo se puede transmitir a una distancia limitada ya que laatenuacioacuten y otros aspectos negativos pueden afectar la

integridad de los datos que se transmiten Para conseguirdistancias mayores se utilizan repetidores Un repetidorrecibe la sentildeal de entrada digital regenera la cadena debits correspondiente y los retransmite de esta forma seevita la atenuacioacuten

Para sentildeales analoacutegicas se puede usar la misma teacutecnica

anterior si la sentildeal transmitida contiene datos digitales Eneste caso el sistema de transmisioacuten tendraacute repetidoresconvenientemente espaciados en lugar de amplificadoresDichos repetidores recuperan los datos digitales a partirde la sentildeal analoacutegica y genera una nueva sentildeal analoacutegicalimpia asiacute el ruido no es acumulativo

Uno de los problemas a resolver es el mejor meacutetodo paratransmitir A pesar de que los meacutetodos de transmisioacutenanaloacutegicos han absorbido grandes inversiones laindustria de las telecomunicaciones y los usuarios hanoptado por la transmisioacuten digital (esto s maacutes por modaque por prestaciones) Tanto las comunicaciones a largadistancia como los servicios de comunicacioacuten a distancias




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muy cortas se estaacuten orientando gradualmente a la

tecnologiacutea digital y auacuten maacutes de la misma manera se estaintroduciendo la sentildealizacioacuten digital en todos los sistemasdonde sea factible Algunas de las razones que justificanesto son

bull Tecnologiacutea Digital Las mejoras en la tecnologiacutea agran escala (LSI) y muy gran escala se han

traducido en una disminucioacuten continua tanto encosto como en el tamantildeo de la circuiteriacutea digital ypor supuesto dejando maacutes beneficios para quienesla utilizan El instrumental analoacutegico no haexperimentado una reduccioacuten similar

bull Integridad de los Datos Al usar repetidores en vezde amplificadores el ruido y otros aspectos

negativos no son acumulativos Por tanto al usartecnologiacutea digital es posible transmitir datosconservando su integridad a distancias mayoresutilizando incluso liacuteneas de calidad inferior

bull Utilizacioacuten de la Capacidad En teacuterminoseconoacutemicos el tendido de liacuteneas de transmisioacuten debanda ancha ha llegado a ser factible incluso para

medios tales como canales viacutea sateacutelite y fibra oacuteptica




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983097983086 983120983109983122983124983125983122983106983105983107983113983119983118983109983123 983109983118 983116983105 983124983122983105983118983123983117983113983123983113983251983118983086En cualquier sistema de comunicaciones se debeconsiderar el hecho de que la sentildeal que se recibe diferiraacutede la sentildeal transmitida debido a varias adversidades ydificultades en el proceso de transmisioacuten de datos En lassentildeales analoacutegicas estas dificultades producen

alteraciones aleatorias que degradan la calidad de lasmismas En el caso de las sentildeales digitales se puedenproducir bits erroacuteneos por ejemplo un 1 se puedetransformar en 0 y viceversa

Aunque hay muchas las perturbaciones maacutes significativasson

bull La atenuacioacuten

bull La distorsioacuten de retardo

bull El ruido

En seguida las discutiremos de forma somera

9830971 983105983156983141983150983157983137983139983145983283983150

La energiacutea de la sentildeal decae con la distancia en cualquiermedio de trasmisioacuten En medios guiados esta reduccioacutende la energiacutea es generalmente logariacutetmica y por lo tantose expresa tiacutepicamente como un nuacutemero constante en




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decibelios por unidad de longitud En medos no guiados

la atenuacioacuten es un funcioacuten maacutes compleja de la distancia ydependiente a su vez de las condiciones atmosfeacutericas Sepueden establecer tres condiciones respecto a laatenuacioacuten

1) La sentildeal recibida debe tener suficiente energiacutea paraque la circuiteriacutea electroacutenica en el receptor pueda

detectar e interpretar la sentildeal adecuadamente2) Para que la sentildeal sea percibida sin errores se debe

conservar un nivel de energiacutea suficientementemayor que el ruido

3) La atenuacioacuten es una funcioacuten frecuente de lafrecuencia

Los dos primeros problemas se resuelven controlando laenergiacutea de la sentildeal para lo cual se utilizan amplificadoreso repetidores En un enlace punto a punto la energiacutea en eltransmisor debe ser lo suficientemente elevada para quesea recibida con claridad pero no tan elevada ya que estopodriacutea saturar la circuiteriacutea del transmisor lo quegenerariacutea una sentildeal distorsionada

A partir de cierta distancia la atenuacioacuten es inaceptable loque requiere la utilizacioacuten de repetidores o amplificadoresque revitalicen la sentildeal perioacutedicamente Este tipo deproblemas son auacuten maacutes complejos en liacuteneas multipunto enlas que la distancia entre el transmisor y el receptor esvariable




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El tercer problema es especialmente relevante para el casode las sentildeales analoacutegicas Debido a que la atenuacioacuten variacuteaen funcioacuten de la frecuencia la sentildeal recibida estadistorsionada reducieacutendose asiacute la inteligibilidad Pararesolver este problema existen teacutecnicas para ecualizar laatenuacioacuten en una banda de frecuencias En las liacuteneastelefoacutenicas esto se realiza normalmente usando bobinas de

carga que cambian las propiedades eleacutectricas de la liacuteneadando lugar a un suavizado de los efectos de atenuacioacutenOtra aproximacioacuten alternativa es la utilizacioacuten deamplificadores que energicen maacutes las frecuencias altas quelas bajas La distorsioacuten por atenuacioacuten es un problemamucho menor para las sentildeales digitales Como ya se hamencionado la energiacutea de la sentildeal digital decae

raacutepidamente con la frecuencia la mayor parte de suscomponentes estaacuten concentrados entorno a la frecuenciafundamental o a la velocidad de transmisioacuten (en bits porsegundo o bps) de la sentildeal

Veamos ahora como se calcula la atenuacioacuten que seproduce en la transmisioacuten de una sentildeal y la amplificacioacuten

necesaria para evitar este problema

Atenuacioacuten = 10bulllog10bull(PSTPSR)dB

Amplificacioacuten = 10bulllog10bull(PSRPST)dB




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Donde PST = Potencia de la Sentildeal Transmitida y PSR =

Potencia de la Sentildeal recibida Ambos caacutelculos se dan endecibelios veamos un ejemplo

bull Ejemplo Calcule la atenuacioacuten que sufriraacute una sentildealque se transmite con una potencia de 1000W y serecibe con 895W asiacute como la amplificacioacuten necesariapara subsanar el problema

Solucioacuten Tenemos que PST = 1000W y PSR = 895Wentonces

Atenuacioacuten = 10bulllog10bull(1000895)dB =

10bulllog10bull(1117318436)dB = 10bull(0048176964)dB =0481769646dB y

Amplificacioacuten = 10bulllog10bull(8951000)dB =

10bulllog10bull(0895)dB = 10bull(-0048176964)dB =-0481769646dB

Por tanto la Atenuacioacuten es de 0481769646dB y laAmplificacioacuten necesaria es de -0481769646dB (es un

valor negativo ya que nos indica que en ese nivel sedisminuye la atenuacioacuten)

9830972 983108983145983155983156983151983154983155983145983283983150 983140983141 983122983141983156983137983154983140983151

La distorsioacuten de retardo es un fenoacutemeno peculiar de losmedios guiados significa que al enviar determinada sentildeal




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una parte de ella se transmita maacutes raacutepido que otra parte o

partes de la misma causando efectos negativos en el enviacuteode informacioacuten Esta distorsioacuten es causada por el hecho deque la velocidad de propagacioacuten de la sentildeal variacutea con lafrecuencia para una sentildeal de banda limitada la velocidadtiende a ser mayor en la frecuencia central y disminuye alacercarse a los extremos de la banda Por tanto lasdistintas componentes en frecuencia de la sentildeal llegaraacuten al

receptor en instantes diferentes de tiempo dando lugar adesplazamientos en fases entre las diferentes frecuencias

El efecto es llamado distorsioacuten de retardo ya que la sentildealrecibida esta distorsionada debido al retardo variable quesufren sus componentes La distorsioacuten de retardo esparticularmente criacutetica en la transmisioacuten de datos

digitales por ejemplo si se estaacute transmitiendo unasecuencia de bits utilizando una sentildeal analoacutegica o digitaldebido a la distorsioacuten de retardo algunas componentes dela sentildeal en un bit se desplaza hacia otras posicionesprovocando interferencia entre siacutembolos Este hecho es elfactor que limita principalmente la velocidad detransmisioacuten maacutexima en un canal de transmisioacuten

983097983091 983122983157983145983140983151

En cualquier dato transmitido la sentildeal recibida consistiraacuteen la sentildeal transmitida modificada debido a lasdistorsiones introducidas por el sistema de comunicacioacuteny a las sentildeales no deseadas que se insertaraacuten entre alguacuten




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punto entre el emisor y el receptor A estas uacuteltimas sentildeales

no deseadas se les denomina ruido es decir el ruido estoda aquella sentildeal que se inserta entre el receptor y elemisor y que no es deseada El ruido es el factor de mayorimportancia cuando se limitan las prestaciones del sistemade transmisioacuten

El ruido se puede clasificar en cuatro categoriacuteas

1) Ruido Teacutermico Es producido por la agitacioacutenteacutermica de electrones dentro del medio conductor

2) Ruido de Intermodulacioacuten Consiste en quecuando distintas frecuencias comparten el mismomedio de transmisioacuten provocan entre siacute sentildeales deruido

3) Diafoniacutea Se produce cuando hay un acoplamientoentre liacuteneas que transportan las sentildeales

4) Ruido Impulsivo Se trata de impulsosdiscontinuos de poca duracioacuten y de gran amplitudque afectan a la sentildeal

El ruido teacutermico estaacute presente en todos los medios

electroacutenicos utilizados para transmitir sentildeales como sunombre lo indica es funcioacuten de la temperatura y estaacuteuniformemente distribuido en el espectro de frecuencias ypor ello en ocasiones se le denomina ruido blanco

El ruido teacutermico no se puede eliminar y por esa razoacutenimpone un liacutemite superior en las prestaciones de los




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sistemas de comunicaciones La cantidad de ruido teacutermico

en un ancho de banda de 1Hz en cualquier dispositivo oconductor es

No = KT vatiosHz

Donde

bull No = Densidad de potencia del ruido en vatios por1Hz de ancho de banda

bull K = Contante de Boltzmanz = 13803bull10-23 JdegK

bull T = Temperatura en grados Kelvin (degK)

Veamos un ejemplo

Ejemplo A temperatura ambiente T = 290degK la densidadde potencia del ruido teacutermico es

Solucioacuten No = (13803bull10-23 JdegK)(290degK)(vatiosHz) =

400287 bull10-21 vatiosHz

Por tanto la densidad del ruido teacutermico es 400287 bullbullbullbull10-21

vatiosHz

Se supone que si el ruido es independiente de lafrecuencia entonces el ruido teacutermico presente en unancho de banda de B Hz se puede expresar en vatioscomo




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N = KTB vatios

O en dB-vatios asiacute

N = 10bullbullbullbulllog 10K + 10bullbullbullbulllog 10T + 10bullbullbullbulllog 10B = -2286 dB-vatios+ 10bullbullbullbulllog 10T dB-vatios + 10bullbullbullbulllog 10B dB-vatios

Veamos un ejemplo

Ejemplo Un receptor a una temperatura ambiente de98degK y 10 MHz de ancho de banda tiene un nivel de ruidoteacutermico de

N = -2286dB-vatios + 10bullbullbullbulllog1098dB-vatios + 10bullbullbullbulllog1010 000000 dB-vatios = -2286dB-vatios + 199122dB-vatios +

70dB-vatios = -1386878 db-vatios

Por tanto el nivel de ruido teacutermico es -1386878 db-vatios

Cuando sentildeales de distintas frecuencias comparten elmismo medio de transmisioacuten puede producirse eldenominado ruido de intermodulacioacuten El efecto que

causa este ruido es la aparicioacuten de sentildeales a frecuenciasque sean suma o diferencia de las dos originales omuacuteltiplos de estas por ejemplo la mezcla de las sentildealesde frecuencias f 1 y f 2 pueden producir energiacutea afrecuencias f 1 + f 2 estas componentes podiacutean interferir conalgunas otras




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El ruido de intermodulacioacuten se produce cuando hay

alguna falta de linealidad en el transmisor receptor o en elpropio sistema de transmisioacuten Normalmente estossistemas se comportan de forma lineal es decir la salidaes igual a la entrada multiplicada por una constante Enlos sistemas no lineales la salida es una funcioacuten maacutescompleja que la entrada Estas componentes puedenaparecer debido al funcionamiento incorrecto de los

sistemas o por el uso excesivo de energiacutea en la sentildeal Bajoestas circunstancias aparecen teacuterminos o diferencias esdecir ruido de intermodulacioacuten

En el caso de la diafoniacutea podemos decir que eacutesta la hemospodido experimentar la mayoriacutea de las personas cuandohacemos uso del teleacutefono se trata en realidad de un

acoplamiento no deseado en las liacuteneas que transportan lassentildeales Esto puede ocurrir por el acoplamiento eleacutectricoentre pares de cables cercanos o en raras ocasiones enliacuteneas de cable coaxial que transportan varias sentildeales Ladiafoniacutea tambieacuten puede aparecer cuando varias sentildeales nodeseadas se captan en las antenas de microondas aunqueestas se caracterizan por ser direccionables la energiacutea de

las microondas se dispersa durante la transmisioacutenNormalmente la diafoniacutea es del mismo orden demagnitud o inferior que el ruido teacutermico

Los ruidos antes descritos son de magnitud constante yrazonablemente predecibles Asiacute pues es posible disentildearun sistema de transmisioacuten que les haga frente Por el




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contrario el ruido impulsivo es no-continuo y esta

constituido por pulsos oacutepticos irregulares de cortaduracioacuten y de amplitud relativamente grande se generapor una gran diversidad de causas por ejemplo porperturbaciones electromagneacuteticas exteriores producidaspor tormentas atmosfeacutericas o fallos y defectos en lossistemas de comunicacioacuten

Generalmente el ruido impulsivo no tiene muchatrascendencia para os datos analoacutegicos por ejemplo latransmisioacuten de voz se puede perturbar medianteldquochasquidosrdquo o ldquocrujidosrdquo cortos sin ninguna peacuterdida deinteligibilidad Sin embargo el ruido impulsivo es una delas fuentes principales de errores en la transmisioacuten dedatos digitales ya que los bits pueden corromperse con

alguno de estos ldquochasquidosrdquo o ldquocrujidosrdquo




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983089983088983086 983107983105983120983105983107983113983108983105983108983109983123 983108983109 983124983122983105983118983123983117983113983123983113983251983118983086Se ha visto que hay una gran variedad de efectos nocivosque distorsionan o corrompen las sentildeales de las quehemos hablado Para los datos digitales la cuestioacuten aresolver es en queacute medida eacutestos defectos limitan lavelocidad con la que se pueden transmitir los datos en un

canal o ruta de comunicacioacuten de datos

Hay cuatro conceptos relacionados con la capacidad queson

1) La velocidad de transmisioacuten de los datos es lavelocidad expresada en bits por segundo (bps) a ala

que se pueden transmitir los datos2) El ancho de banda de la sentildeal transmitida que

estaraacute limitada por el medio de transmisioacuten y elpropio transmisor se mide en ciclos por segundo oHz

3) El nivel medio de ruido a traveacutes del camino detransmisioacuten

4) La tasa de errores se considera que ha habido unerror cuando se recibe un 1 habiendo enviado un 0o viceversa

El problema es que los servicios de comunicacioacuten son porlo general caros y normalmente cuanto mayor es el anchode banda requerido por el servicio mayor es el costo Es




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maacutes todos los canales de transmisioacuten de intereacutes praacutectico

estaacuten limitados en banda Las limitaciones surgen de laspropiedades fiacutesicas de los medios de transmisioacuten o por laslimitaciones que se imponen deliberadamente en eltransmisor para prevenir interferencias con otras fuentesPor consiguiente es deseable hacer un uso tan eficientecomo sea posible dado un ancho de banda limitado Paralos datos digitales esto significa que para un ancho de

banda determinado seriacutea deseable conseguir la mayorvelocidad de datos posible superando la tasa de errorespermitida El mayor inconveniente para conseguir esteobjetivo es la existencia de ruido

101 983105983150983139983144983151 983140983141 983106983137983150983140983137 983140983141 983118983161983153983157983145983155983156

Para comenzar consideacuterese el caso de un canal excento deruido En este entorno la limitacioacuten de la velocidad dedatos estaacute impuesta por el canal de transmisioacuten Nyquistformalizoacute esta limitacioacuten afirmando que si la velocidad de

transmisioacuten de la sentildeal es 2bullB (el doble del ancho debanda) entonces una sentildeal con frecuencia no superior a Bes suficiente para transportar a esta velocidad de

transmisioacuten y viceversa dado un ancho de banda de B lavelocidad mayor de transmisioacuten de la sentildeal se que se

puede conseguir es 2bullB Esta limitacioacuten esta dada por elefecto de distorsioacuten de retardo

La formulacioacuten de Nyquist para el caso de sentildeales

multinivel es C = 2bullBbulllog 2M bps donde M es el nuacutemero




59

de sentildeales discretas a niveles de tensioacuten Veamos un

ejemplo

Ejemplo Calcular la capacidad del canal si la velocidadde transmisioacuten es igual a 1200 bps con 5 niveles de sentildeal

Solucioacuten C = 2(1200)log25 = (2400)( ln5 ln2 ) = 557262bps

Recordemos que logxy = lny lnx

Si las sentildeales a transmitir son binarias (dos niveles detensioacuten) la velocidad de transmisioacuten de datos que se

puede conseguir con BHz es de 2bullBbps esto es queporque si en la formulacioacuten de Nyquist M = 2 entonces

tenemos

C = 2bullBbulllog22 bps = 2bullB(ln2ln2)bps = 2bullB bps loslogaritmos son eliminados

Por tanto para un ancho de banda dato la velocidad detransmisioacuten de datos se puede incrementar considerando

un nuacutemero de sentildeales mayor diferentes Sin embargo estosupone una dificultad maacutes en el receptor este en lugar detener que distinguir una entre dos sentildeales deberaacutedistinguir entre M sentildeales posibles El ruido y otrasdificultades en la liacutenea de transmisioacuten limitaraacuten el valorde M




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102 983110983283983154983149983157983148983137 983152983137983154983137 983148983137 983107983137983152983137983139983145983140983137983140 983140983141 983123983144983137983150983150983151983150

La foacutermula de Nyquist implica que al duplicar el ancho debanda se duplica la velocidad de transmisioacuten si todo lodemaacutes se mantiene inalterado Ahora se establece unarelacioacuten entre la velocidad de transmisioacuten el ruido y la

tasa de errores

La presencia de ruido puede corromper uno o maacutes bits sise aumenta la velocidad de transmisioacuten el bit se hace maacutescorto de tal manera que dado un patroacuten de ruido esteafectaraacute a un mayor nuacutemero de bits Asiacute pues dado unnivel de ruido cuanto mayor es la velocidad de

transmisioacuten mayor es la tasa de errores

Todos estos conceptos se pueden relacionar con la foacutermuladesarrollada por el matemaacutetico Claude Shannon Como seha comentado cuanto mayor es la velocidad detransmisioacuten mayor es el dantildeo que puede causar el ruidoDado un nivel de ruido es de esperarse que incrementado

la energiacutea de la sentildeal se mejorariacutea la recepcioacuten de datos enpresencia de ruido Un paraacutemetro fundamental en eldesarrollo de este razonamiento es la relacioacuten sentildeal-ruido(SNR) que se define como el cociente entre la potencia dela sentildeal y la potencia del ruido presente en un puntodeterminado en el medio de transmisioacuten Generalmenteeste cociente se mide en el receptor ya que es aquiacute donde




61

se realiza el procesado de la sentildeal y la eliminacioacuten del

ruido no deseado Por cuestiones de comodidad el SNR semide en decibelios (dB) la foacutermula es

SNRdB = 10log 10(Potencia de la Sentildeal Potencia delRuido)

Esta expresioacuten muestra en decibelios cuanto excede la

sentildeal al nivel del ruido Un SNR alto significa una sentildeal dealta calidad y la necesidad de un nuacutemero reducido derepetidores La relacioacuten sentildeal-ruido es importante en latransmisioacuten de datos digitales ya que determina lamaacutexima velocidad de transmisioacuten que se puede conseguirUna de las conclusiones de Shannon es que la velocidadmaacutexima en bps de un determinado canal se verifica con la

ecuacioacuten

C = Blog 2( 1 + SNR ) bps

Donde C es la capacidad del canal y b es el ancho debanda en Hz La foacutermula de Shannon muestra el maacuteximonivel teoacuterico que se puede conseguir Sin embargo en la

praacutectica se consiguen razones de bits mucho menoresEsto se debe al hecho de que la foacutermula anterior suponeruido blanco ademaacutes no se ha tomado en cuenta el ruidoimpulsivo la atenuacioacuten o la distorsioacuten de retardo Lacapacidad tal como se ha calculado en la foacutermulaprecedente se denomina capacidad libre de errores parafinalizar veamos el siguiente ejemplo




62

Ejemplo Si la potencia de la sentildeal es de 290W y lapotencia del ruido de 54W con un ancho de banda de1520Hz calcular la capacidad del canal de transmisioacuten

Solucioacuten Primero calculamos el SNR y posteriormente C

SNR = 10bulllog10( 290 54 ) = 73dB entonces

C = ( 1520Hz )log2( 1 + 73 )bps = ( 1520 )( ln83 ln2 )bps= 4640729231 bps

Por tanto la capacidad del canal de transmisioacuten es de4640729231 bps




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983089983089983086 983107983119983118983107983116983125983123983113983119983118983109983123983086En el presente trabajo hemos abarcado los maacutesimportantes conceptos involucrados en la transmisioacuten ycomunicacioacuten de datos vimos conceptos que nos dan unaidea muy general del coacutemo es posible comunicar dossistemas del mismo o de diferente tipo asiacute como los

problemas que se nos presentan cuando se realiza unproceso de enviacuteo de datos a traveacutes de un medio detransmisioacuten

Todo lo que se refiere a la transmisioacuten y comunicacioacuten dedatos a escala mundial y a redes en los uacuteltimos antildeos haadquirido una espectacular importancia es una de las

aacutereas de donde podemos encontrar cada vez maacutes mejorasy cosas interesantes es por ello que se hace imprescindibleconocer el funcionamiento por lo menos baacutesico de todo loque implica comunicarnos a traveacutes de sistemaselectroacutenicos ademaacutes todos estos temas representan unade las mayores oportunidades para las personas que lesinteresan las comunicaciones y cuestiones afines




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983089983090983086 9831229831099831109831099831229831099831189831079831139831059831239830861) Halsall Fred (2001) Comunicacioacuten de Datos Redes de

Computadoras y Sistemas Abiertos Prentice HallMeacutexico

2) Purcell Edwin J Varberg Dale Rigdon Steven E(2001) Caacutelculo Prentice Hall Meacutexico

3) Levine Guillermo (2001) Computacioacuten yProgramacioacuten Moderna Pearson Educacioacuten Meacutexico

4) Galicia Hernaacutendez Yaluacute (2004) Notas deProgramacioacuten de Sistemas Benemeacuterita UniversidadAutoacutenoma de Puebla Facultad de Ciencias de laComputacioacuten Meacutexico



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estaremos muy agradecidos si

publicas un comentario para este libro aquiacute




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Contenido




4 EL MODELO OSI 17



5 TCPIP vs OSI 21

6 DATOS 25






8 SENtildeALES 41





93 Ruido 51




11 CONCLUSIONES 63

12 REFERENCIAS 65




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O bien



Transmisor Receptor

Canalde

Comunicacioacuten



TransmisorSistema

deTransmisioacuten



Estacioacutende

Trabajo






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protocolos





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x

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983094983092 983124983154983137983150983155983149983145983155983145983283983150 983140983141 983108983137983156983151983155 983105983150983137983148983283983143983145983139983151983155 983161 983108983145983143983145983156983137983148983141983155





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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

-x -x

y y -y -y 0



0




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-x

y -y 0

T

A




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-x

y -y 0 05 1 15

T = 1

A = 0505


= 0

Ejemplo 1

-x

y -y 0

T = 1

A = 1

1


= 2

Ejemplo 2




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= 12π


4145 y empty = 125π


7 y empty = 125π











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cadena de bits









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digitales









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bull El ruido


9830971 983105983156983141983150983157983137983139983145983283983150





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9830972 983108983145983155983156983151983154983155983145983283983150 983140983141 983122983141983156983137983154983140983151





51






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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





vatiosHz





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N = KTB vatios



Veamos un ejemplo










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101 983105983150983139983144983151 983140983141 983106983137983150983140983137 983140983141 983118983161983153983157983145983155983156










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ejemplo






tenemos







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102 983110983283983154983149983157983148983137 983152983137983154983137 983148983137 983107983137983152983137983139983145983140983137983140 983140983141 983123983144983137983150983150983151983150


tasa de errores








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ecuacioacuten







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Contenido




4 EL MODELO OSI 17



5 TCPIP vs OSI 21

6 DATOS 25






8 SENtildeALES 41





93 Ruido 51




11 CONCLUSIONES 63

12 REFERENCIAS 65




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O bien



Transmisor Receptor

Canalde

Comunicacioacuten



TransmisorSistema

deTransmisioacuten



Estacioacutende

Trabajo






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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

-x -x

y y -y -y 0



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-x

y -y 0

T

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-x

y -y 0 05 1 15

T = 1

A = 0505


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Ejemplo 1

-x

y -y 0

T = 1

A = 1

1


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Ejemplo 2




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= 12π


4145 y empty = 125π


7 y empty = 125π











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bull El ruido


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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





vatiosHz





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N = KTB vatios



Veamos un ejemplo










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tasa de errores








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ecuacioacuten







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O bien



Transmisor Receptor

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TransmisorSistema

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Periodo = Ciclo = T

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x

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x

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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0




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-x

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T

A




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-x

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T = 1

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Ejemplo 1

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T = 1

A = 1

1


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Ejemplo 2




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= 12π


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Donde




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x

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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0




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T

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x

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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-x

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T

A




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Ejemplo 1

-x

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T = 1

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Ejemplo 2




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= 12π


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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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0




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-x

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T

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Ejemplo 1

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1


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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Ejemplo 1

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Periodo = Ciclo = T

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T

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Periodo = Ciclo = T

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x x

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-x

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T

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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0




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-x

y -y 0

T

A




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-x

y -y 0 05 1 15

T = 1

A = 0505


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Ejemplo 1

-x

y -y 0

T = 1

A = 1

1


= 2

Ejemplo 2




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= 12π


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digitales









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bull El ruido


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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





vatiosHz





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N = KTB vatios



Veamos un ejemplo










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tasa de errores








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x

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x

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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y y -y -y 0



0




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-x

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T

A




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y -y 0 05 1 15

T = 1

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Ejemplo 1

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Ejemplo 2




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No = KT vatiosHz

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N = KTB vatios



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Periodo = Ciclo = T

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y -y 0

T





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x x

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y y -y -y 0



0




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-x

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T

A




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Ejemplo 1

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T = 1

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Ejemplo 2




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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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-x

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T

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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





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N = KTB vatios



Veamos un ejemplo










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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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0




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T

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T





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x x

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-x

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T

A




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Periodo = Ciclo = T

-x

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T





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x x

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0




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-x

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T

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Ejemplo 1

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Ejemplo 2




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digitales









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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





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N = KTB vatios



Veamos un ejemplo










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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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Ejemplo 1

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Periodo = Ciclo = T

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T





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x x

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T

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T

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Periodo = Ciclo = T

-x

y -y 0

T





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x x

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-x

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T

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T = 1

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Ejemplo 1

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T = 1

A = 1

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= 2

Ejemplo 2




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= 12π


4145 y empty = 125π


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cadena de bits









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digitales









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bull El ruido


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No = KT vatiosHz

Donde




Veamos un ejemplo





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N = KTB vatios



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tasa de errores








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Periodo = Ciclo = T

-x

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T





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x x

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-x

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T

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Ejemplo 1

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Ejemplo 2




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bull El ruido


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x x

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x x

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-x

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