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Redes de ComputadoresUP
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Tema 3: Nivel fTema 3: Nivel fíísico sico
mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ Stall ingsStall ings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall , , capcap. 2.1, 2.5.1, 3.3. 2.1, 2.5.1, 3.3ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
Tema 3: Físico
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IntroducciIntroduccióónn
m Medios guiados à cables (wired)m Medios no-guiados à Inalambricos (wireless)m Características de la transmisión (velocidad, distancia, calidad (ruido,
interferencias, distorsión de retardo...),...) determinadas por el medio y por la señal
m Mayor ancho de banda à mayor velocidadØ En medios guiados el medio, en si mismo, es más importante.Ø En medios no-guiados el ancho de banda producido por la antena es
más importante.
Tema 3: Físico
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Espectro ElectromagnEspectro ElectromagnééticoticoTema 3: Físico
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Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: par y par trenzadon: par y par trenzadom Par
Ø hasta 50m con velocidades < 19.2 kbpsØ mayor velocidad à menor distanciaØ Problemas:
• diafonia (crosstalk)• sensibilidad al ruido
m Par trenzadoØ Mayor inmunidad a las interferencias por el trenzadoØ Calidades: numero de trenzados por metro
• calidad 3: 1 trenza cada 7.5 cm a 10 cm (BW=16MHz, atenuación = 13dB/100m)• calidad 5: 1 trenza cada 0.6 cm a 0.85 cm (BW=100MHz, atenuación = 22dB/100m)
Ø Apantallado (STP) y sin apantallar (UTP)• STP reduce las interferencias• Más caro y difícil de manipular• STP 150 ohmios à BW=100MHz, atenuación 12,3dB/100m
Tema 3: Físico
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Near End CrosstalkNear End Crosstalk (NEXT)(NEXT)
m Acoplamiento de señal de un par a otrom Puede ser compensado electrónicamente
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Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: n: Cable CoaxialCable Coaxial
m El medio más versátilm Dos tipos: 50-ohmios y 75-ohmiosm Transmisión telefónica de gran
distanciaØ Puede transportar 10,000
conversaciones de voz simultáneamente
Ø Se está remplazando por fibra óptica
m Enlaces de ordenador de corta distancia
m LANs
m AnalógicaØ Amplificadores cada pocos km.Ø Más próx imos cuanto mayor
frecuenciaØ hasta 500MHz
m DigitalØ Repetidores cada 1kmØ Más próx imos para velocidades
más altasØ hasta 350 MHz (500 Mbps)
Tema 3: Físico
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dores m Inmune a interferencias
electromagnéticas y diafoníam Ancho de banda de hasta varios Tbpsm Fibra mono-modo: varios Gbps hasta
30km sin repetidorm Dificultades en los empalmes
m Aplicaciones:Ø Enlaces de gran distanciaØ Enlaces MetropolitanosØ Bucle de abonadosØ LANs
Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: fibra n: fibra óópticapticaTema 3: Físico
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Optical Fiber Optical Fiber -- Transmission CharacteristicsTransmission Characteristics
m Actúa como guía ondas para frecuencias 1014 a 1015 HzØ Parte del espectro
infrarrojo y visible
m Light Emitting Diode(LED)Ø Más baratoØ Rango operativo de
temperatura mayor
m Injection Laser Diode(ILD)Ø Más eficienteØ Mayores velocidades de
Tx
m Wavelength DivisionMultiplex ing: WDM y DWDM
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WirelessWireless –– TransmisiTransmisióón Inalambrican Inalambricam Medio no-guiadom Transmisión y recepción vía
antenam DireccionalØ Haz enfocadoØ Requiere alineamiento
cuidadoso de las antenas
m OmnidireccionalØ Señal emitida en todas
direccionesØ Puede ser recibida por
múltiples antenas
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FrecuenciasFrecuencias
m 30MHz a 1GHzØ OmnidireccionalØ Broadcast radio
m 2GHz a 40GHzØ MicroondasØ direccionalØ Punto a puntoØ Satélite
m 300GHz a 200THzØ InfrarrojoØ Local
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Tipos de transmisiTipos de transmisióón inaln inaláámbricambrica
Infrarrojo:m Modulación de luz infrarroja no
coherente m Visión directa (o reflexión)m Ej. control remoto de TV, puertos
IRD
Radiodifusión (broadcast radio):m Omnidireccionalm FM radiom UHF y VHF televisiónm Interferencias multi-camino
Ø Reflexiones
Microondas por satélite:m Satélite funciona como repetidor
(transponder)m Satélite recibe en una frecuencia,
amplifica o repite la señal y transmite en otra frecuencia
m Requiere orbita geo-estacionaria Ø Altura de 35,784km
m Televisiónm Telefonía de gran distanciam Redes de negocios privadas
Microondas terrestres:m Antena parabólicam Haz enfocadom Visión directam Telecomunicaciones de gran
distancia y velocidadm Frecuencias más altas à mayor
velocidad de transmisión
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Tema 3: Nivel fTema 3: Nivel fíísico sico
mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ StallingsStallings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall, , capcap. 2.1, 2.5.1. 2.1, 2.5.1ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
¿Donde estamos?
Tema 3: Físico
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TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
CodificadorCodificador
x(t)[digital]
g(t)[digital o analógica]
DecodificadorDecodificador
g(t)
ModuladorModulador
s(t)[analógica]
m(t)[digital o analógica]
DemoduladorDemodulador
m(t)
fc
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EvaluaciEvaluacióón de tn de téécnicas de codificacicnicas de codificacióónn
m Sincronización
m Detección de errores
m Inmunidad al ruido e interferencias
m Coste y complejidad
m Espectro de la señalØ ausencia de componentes continuasØ ausencia de componentes de alta frecuenciaØ concentración de la potencia en el centro de la banda
Tema 3: Físico
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CodificaciCodificacióónn: : NonreturnNonreturn to Zeroto Zero--LevelLevel
m NRZ-L: dos diferentes voltajes para 0 y 1
m Voltaje constante durante el intervalo del bit Ø no transición en intervalo de bit (no
return to zero)Ø ausencia de voltaje para cero,
voltaje constante para uno
m También, voltaje negativo para un valor y positivo para el otro
m NRZ-I: Non-return to zero invertedon ones
m Voltaje constante durante el intervalo del bit
m Datos codificados como presencia o ausencia de transición en la señal al principio del intervalo de bit
m Transición à 1no transición à 0
Tema 3: Físico
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CodificaciCodificacióón: Binario n: Binario MultinivelMultinivel (1)(1)
° B8ZS: Bipolar with 8 Zeros Substitution° HDB3: High Density Bipolar 3 Zeros° B8ZS: Bipolar with 8 Zeros Substitution° HDB3: High Density Bipolar 3 Zeros
Tema 3: Físico
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CodificaciCodificacióón: Binario n: Binario MultinivelMultinivel (2)(2)
códigos mBnL : secuencia de m bits representada por n pulsos, cada uno de L niveles (n< m y L> 2)
códigos mBnL : secuencia de m bits representada por n pulsos, cada uno de L niveles (n< m y L> 2)
Tema 3: Físico
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PatrPatróón de codificacin de codificacióón 4B3T n 4B3T
Halsall, pg. 124
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Ejemplos de codificaciones Ejemplos de codificaciones mBnBmBnB
m Codificación 4B5B: utilizada por Fast Ethernet y en FDDIØ Cuatro bits de datos se codifican en símbolos de 5 bits (16 en 32 por tabla).Ø Se usan 16 símbolos para datos y el resto (otros 16) como símbolos de control
(delimitación de trama, control xon/xoff, ...).
m Codificación 8B10B: utilizada por Gigabit Ethernetm Codificación 16B18B: utilizada por 10 Gigabit Ethernet
1 1 1 0 1 00 1+
_
0
+
_
0Símbo los de
5 bits binariosen NR ZI
Byte a codificar
8 ns. 125Mbaud/s
1 1 10 1 1 1 00 1
Tema 3: Físico
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Formatos de codificaciFormatos de codificacióón auton auto--relojreloj
Tema 3: Físico
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Densidad espectral de los esquemas de codificaciDensidad espectral de los esquemas de codificacióónn
fig. 4.3 Stallings
Tema 3: Físico
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dores m Vmod = velocidad de modulación (numero de variaciones posibles de
la señal por unidad de tiempo en Baudios)m Vtx = velocidad de transmisión (numero de bits transmitidos por
unidad de tiempo en Bits/seg) ð 1/tb
Vmod = V tx/bpe
bpe: bits representados por cada nivel de la señal
m Ejemplo:
11100100
Velocidad de modulaciVelocidad de modulacióón vs. Velocidad de transmisin vs. Velocidad de transmisióónn
1seg.
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Tema 3: Nivel fTema 3: Nivel fíísico sico
mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ StallingsStallings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall, , capcap. 2.1, 2.5.1. 2.1, 2.5.1ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
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TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
CodificadorCodificador
x(t)[digital]
g(t)[digital o analógica]
DecodificadorDecodificador
g(t)
ModuladorModulador
s(t)[analógica]
m(t)[digital o analógica]
DemoduladorDemodulador
m(t)
fc
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ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitales
)sen( φω +tA
(AM)ASK
(FM)FSK
(PM)PSK
Portadora =
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: AmplitudeAmplitude ShiftShift KeyingKeying (ASK)(ASK)
)2()( tfsentv cc π=
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: FrequencyFrequency ShiftShift KeyingKeying (FSK)(FSK)
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: PhasePhase ShiftShift KeyingKeying (PSK)(PSK)
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ModulaciModulacióón de Datos Analn de Datos Analóógicosgicos
m Porqué modular datos analógicos?Ø Mayor frecuencia puede
hacer una transmisión más eficien te (ej. voz sobre señal de radio)
Ø Permite frequencydivision multiplexing(FDM)
m Tipos de modulación
Ø Amplitud (AM)
Ø Fase (PM)
Ø Frecuencia (FM)
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ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicos:gicos:modulacimodulacióón en amplitud (AM)n en amplitud (AM)m Razones para modular señales analógicasØ Imposibilidad de TX señales en banda base en medios NO guiados Ø Compartir canales
m Definición matemática:
donde:portadora y moduladora normalizadas a amplitud unidad
Ø cos2πfct es la portadoraØ x(t) es la moduladora normalizada a la amplitud unidad (entrada = m(t) = nax(t) )Ø na = indice de modulación cociente entre amplitud moduladora y portadora
Ø 1 =componente de continua para evitar pérdidas de info. (intentar que envolvente no pase por 0)
tftxnts ca π2cos)](1[)( +=
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ModulaciModulacióón AM: Espectron AM: Espectro
tftfnts cma ππ 2cos]2cos1[)( +=
tffn
tffn
tfts mca
mca
c )(2cos2
)(2cos2
2cos)( ++−+= πππ
PortadoraModuladora
fm fc fc-m
fc
fc+m
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ModulaciModulacióón AM: espectro de la sen AM: espectro de la seññalal
USBLSB
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Canal telefónico
Espectro normal de la señal.Transmisión en banda base
Espectro de la señal modulada.
Modem TelefModem Telefóóniconico
Modular = Desplazar el espectro de frecuencias
USBLSBfiltrada
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Ejemplos cotidianos de modulaciEjemplos cotidianos de modulacióónn
La TVLa Radio
Transmisión en BANDA ANCHA
El aparato de radio/TV es un “demodulador”
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Ejemplos de modulaciEjemplos de modulacióón: n: ModemsModems norma V21 y V23norma V21 y V23Tema 3: Físico
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TX en Banda Base vs. Banda AnchaTX en Banda Base vs. Banda Ancha
C1 C2 C3
Banda BaseØ La señal se transmite sin más, sin modular.Ø Multiplexación en el tiempo (TDM)
Banda AnchaØ Mediante modulación (+ filtraje) se hacen subcanales en el canalØ Multiplexación en frecuencia FDM
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)sen( φω +tA
ModulaciModulacióón combinadan combinada
A=1
A=0
W=0W=1
Datos : 00 01 10 11
A
W
Tema 3: Físico
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ModulaciModulacióón QAM (amplitud + fase)n QAM (amplitud + fase)
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ModulaciModulacióón QAM (amplitud + fase)n QAM (amplitud + fase)
Ejemplo: Amplitud-fase para la transmisión a 9.600 bps
Tema 3: Físico
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ModulaciModulacióón QAM (amplitud + fase) n QAM (amplitud + fase)
Tema 3: Físico
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ModulaciModulacióón QAM: un ejercicion QAM: un ejercicio
m Dibujar la señal resultante de la modulación QAM de la figura para la secuencia 00101101
m Si la velocidad de transmisión Vtx =1000 bps, cual es el valor de Vmod?
00
11
01
10
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Velocidad de modulaciVelocidad de modulacióón VS velocidad de transmisin VS velocidad de transmisióónn
Vmod = numero de variaciones posibles de l a señal por unidad de tiempo (en Baudios)
Vtx = numero de bit s transmitidos por unidad de ti empo (en Bits/seg)
Vtx = Vmod log2 N
donde N es el numero de est ados signifi cati vos de la línea
m Ejemplo:
11
10
01
001seg.
A, f, fase, Vol.
