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Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Área de Ingeniería Temática Departamento de Informática
Fundamentos de Telemática
Tema 3 Nivel físico
Raquel Blanco Aguirre [email protected]
Curso 2011-2012
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
ÍNDICE
1. Teoría de señales y comunicación de datos 2. Perturbaciones en la transmisión 3. Capacidad del canal 4. Esquemas de codificación 5. Medios de transmisión
2 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
1.- TEORÍA DE SEÑALES Y COMUNICACIÓN DE DATOS
• Datos: – Entidades capaces de transportar información
• Analógicos: valores en algún intervalo continuo (ej. El vídeo y la voz)
• Digitales: valores discretos (ej. los textos o los números enteros)
• Señales: – Representaciones eléctricas o electromagnéticas de datos
• Analógicas: varían continuamente • Digital: se usan N niveles de tensión constante (por ejemplo 2
niveles para señales binarias)
• Transmisión: – Comunicación de datos mediante la propagación y el
procesamiento de señales
3 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Métodos de análisis de una señal
• Dominio del tiempo – Variaciones temporales de la
señal – Señales continuas o discretas
• Periodicidad: s(t+T) =s(t) • Parámetros
– Amplitud – Frecuencia – Fase
– Análisis no adecuado para señales complejas
• Dominio de la frecuencia – Descomposición de la señal en
componentes sinusoidales de diferentes frecuencias (análisis de Fourier)
4
(a) Continua; Periódica
(b) Discreta; Periódica
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Análisis en el dominio de la frecuencia
• Se puede demostrar, usando el análisis de Fourier, que cualquier señal está constituida por componentes sinusoidales (armónicos)
• Cada componente sinusoidal tiene una frecuencia múltiplo de la frecuencia de la señal original
• A medida que aumenta la frecuencia de los armónicos, disminuye su amplitud
• Utilizando el análisis de Fourier se pueden expresar funciones en el dominio de la frecuencia
5 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Análisis en el dominio de la frecuencia
• Ejemplo
6 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Análisis en el dominio de la frecuencia
• Espectro: – Conjunto de frecuencias que constituyen una señal
• Ancho de banda absoluto: – Anchura del espectro
• Ancho de banda efectivo: – Banda de frecuencias relativamente estrecha que
contiene la mayor parte de energía – Llamado simplemente ancho de banda
7 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Velocidad de transmisión y ancho de banda
• Cualquier sistema de transmisión sólo puede transferir una banda limitada de frecuencias – A mayor número de componentes transmitidas, mayor
similitud con la señal original
• La velocidad de transmisión y el ancho de banda mantienen la siguiente relación: – Cuanto mayor es el ancho de banda, mayor es la velocidad
con la que se puede transmitir – Cuanto mayo sea la velocidad a la que queremos
transmitir, mayor ancho de banda necesitamos para ello
• Distinciones importantes: – Ancho de banda efectivo y ancho de banda absoluto – Ancho de banda del sistema y ancho de banda de la señal
8 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
• Transmisión de las señales analógicas independientemente de su contenido
• Pueden ser datos analógicos o digitales • Se debilita con la distancia • Incluye amplificadores que inyectan energía a
la señal • También amplifica el ruido
9
Transmisión analógica
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Transmisión digital
• Depende del contenido de la señal • La atenuación, el ruido y otros aspectos
negativos pueden afectar a la integridad de los datos transmitidos
• Se usan repetidores: – El repetidor recibe una señal – Regenera el patrón de ceros y unos – Los retransmite
• El uso de repetidores permite – Evitar la atenuación – Evitar el efecto acumulativo del ruido
10 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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2.- PERTURBACIONES EN LA TRANSMISIÓN
• Puede que la señal que se recibe difiera de la señal transmitida
• Señales analógicas: degradación de la calidad de la señal
• Señales digitales: bits erróneos • Las perturbaciones más significativas son:
– La atenuación y la distorsión de atenuación – La distorsión de retardo – El ruido
11 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Atenuación – La energía de la señal decae con la distancia – Depende del medio – La señal recibida:
• Debe tener suficiente energía para ser detectada • Para ser percibida sin error, debe conservar un nivel
suficientemente mayor que el ruido – La atenuación es una función creciente de la
frecuencia
12 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Atenuación
13 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Perturbaciones en la transmisión
• Distorsión de retardo – Diferente velocidad de propagación en función de la
frecuencia • Distorsión intersimbólica
– Sólo se da en los medios guiados
14
Señal correcta Señal distorsionada
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Ruido – Señales adicionales que se insertan entre el emisor y
el receptor • Tipos de ruido:
– Ruido térmico – Ruido de intermodulación – Diafonía – Ruido impulsivo
15 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Ruido térmico – Se debe a la agitación térmica de los electrones – Está presente en todos los dispositivos electrónicos y
medios de transmisión – No puede eliminarse – Depende de la temperatura – Ruido térmico presente en un ancho de banda de B
Hercios es (en watios) N = KTB
• donde: – N = Densidad de potencia de ruido en watios – K = Cte. de Boltzmann = 1,3803 x 10-23 J/K – T = Temperatura (absoluta), en grados Kelvin
16 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Ruido de intermodulación – Señales a frecuencias que sean suma o diferencia de
las dos frecuencias originales que comparten el mismo medio
• Diafonía – Acoplamiento entre las líneas que transportan las
señales • Ruido impulsivo
– Pulsos o picos irregulares – De corta duración – De amplitud grande
17 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Efecto del ruido sobre una señal digital
18 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Perturbaciones en la transmisión
• Decibelios y potencia de la señal – Parámetro importante para determinar el rendimiento de
un sistema de transmisión – Se mide en decibelios (dB) para expresar la relación entre
dos niveles de señal (p.ej., potencia, voltaje o corriente) o de una señal en dos puntos distintos
NdB = 10 log10(P2/P1) • donde NdB es el número de decibelios, P1 es el nivel de
potencia de entrada y P2 es el nivel de potencia de salida. – Es una medida relativa, no absoluta. – El valor en dB es negativo: señal atenuada (pérdida de
potencia). P.ej.: si P2 = 0,5P1 NdB = 10 log10(0,5 P1/P1) = 10 log10(0,5) = -3 dB
– El valor en dB es positivo: señal amplificada (aumento de potencia). P.ej.: si P2 = 2P1
NdB = 10 log10(2 P1/P1) = 10 log10(2) = 3 dB
19 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Perturbaciones en la transmisión
• Relación señal-ruido (SNR) – Relación entre la potencia de una señal y la potencia
contenida en el ruido presente en un punto concreto de la transmisión
– Suele medirse en el receptor – Un valor elevado de la relación señal-ruido implica
una alta calidad de la señal serán necesarios menos repetidores intermedios
• donde
– S es la potencia de la señal – N es la potencia del ruido
20
NSSNRdB 10log10=
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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3.- CAPACIDAD DEL CANAL
• Capacidad del canal: – Tasa máxima de información que se puede enviar
por la línea – Se mide en bits/seg (bps)
• Capacidad del canal sin ruido: criterio de Nyquist
• Capacidad el canal con ruido térmico: teorema de Shannon
21 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Capacidad del canal
• Criterio de Nyquist – Señal binaria: C = 2·B bps – Señal con M valores: C = 2·B·log2 M bps
• donde B es el ancho de banda en Hz del medio y M es el número de niveles de señal
• Teorema de Shannon C=B·log2(1+SNR)
• donde B es el ancho de banda en Hz del medio y SNR es la relación señal-ruido
22 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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4.- ESQUEMAS DE CODIFICACIÓN
• Información analógica y digital puede ser codificada mediante señales analógicas y digitales.
• Elección de un tipo de modulación (codificación): – Requisitos exigidos – Medio de transmisión – Recursos disponibles
• Optimizar características de la transmisión: – Aprovechar el ancho de banda – Sincronización emisor-receptor – Inmunidad frente al ruido e interferencias – Disminuir la complejidad y abaratar costes
23 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Esquemas de codificación
• Interpretación de la señal – El receptor debe conocer:
• La duración de cada bit: cuándo comienza y cuándo acaba cada uno
• El nivel para cada bit – Factores que determinan el éxito o el fracaso del
receptor al interpretar la señal de entrada: • La relación señal/ruido • La velocidad de transmisión de datos • El ancho de banda
24 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Esquemas de codificación
• Comparación de las técnicas de codificación – Espectro de la señal:
• La ausencia de componentes a altas frecuencias reduce el ancho de banda requerido
• Concentración de la potencia transmitida en la parte central del ancho de banda
– Sincronización entre receptor y transmisor: • Señal de reloj por separado • Sincronización mediante la propia señal transmitida
– Detección de errores: • Se puede incorporar en el esquema de codificación
25 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Esquemas de codificación
• Comparación de las técnicas de codificación – Inmunidad al ruido e interferencias:
• Algunos códigos exhiben un comportamiento superior a otros en presencia de ruido
– Coste y complejidad: • Cuanto mayor es la velocidad de elementos de señal
para una velocidad de transmisión dada, mayor es el coste
• Algunos códigos implican mayor velocidad de elementos de señalización que de transmisión de datos
26 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Señal digital: Secuencia de pulsos discretos y discontinuos (elementos de señal)
• Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en elementos de señal
• Diferentes alternativas: – Non Return to Zero (NRZ)
• NRZ-L, NRZ-I – Binario multinivel
• Bipolar AMI – Códigos bifase
• Manchester, Manchester diferencial – Técnicas de “Scrambling”
• B8ZS
27 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• NRZ – La forma más sencilla de codificar es asignando a
cada símbolo (bit) un nivel de tensión – El nivel de tensión se mantiene constante durante la
duración del bit: • No hay transiciones, es decir, no hay retorno al
nivel cero de tensión – NRZ-L (Non Return to Zero – Level)
0: Nivel alto de tensión 1: Nivel bajo de tensión
– NRZI (Non Return to Zero Invert on Ones) 0: No hay transición al comienzo del intervalo 1: Transición al comienzo del intervalo
28 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• NRZ
29
Codificación diferencial
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Codificación diferencial – Los datos se representan por los cambios que se
producen, no por los niveles que se establecen – Más seguro en la detección de transición que en la
detección de nivel – En un sistema complicado de transmisión, no es
difícil perder la polaridad de la señal
30 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Binario multinivel – Usan más de dos niveles de señal – Bipolar-AMI: (Alternate Mark Inversion)
0: No hay señal 1: Pulso positivo o negativo, polaridad alternante
• No habrá problemas de sincronización en el caso de que haya una cadena larga de 1
• Una cadena larga de ceros, sigue siendo un problema • Forma sencilla de detectar errores
31 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Códigos bifase – Manchester:
• Transición en mitad del intervalo de duración del bit • La transición sirve como procedimiento de sincronización y
de transmisión de datos: 0: Transición de bajo a alto en mitad del intervalo 1: Transición de alto a bajo en mitad del intervalo
– Manchester Diferencial: • La transmisión a mitad del intervalo se utiliza tan sólo para
proporcionar sincronización: 0: Transición al principio del intervalo del bit 1: Ausencia de transición al principio del intervalo del bit
• Es un esquema de codificación diferencial
32 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Códigos bifase
33
Cadena de bits
Codificación Manchester diferencial
Codificación binaria
Codificación Manchester
Transición indica un 0 Ausencia de transición indica un 1
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Técnicas de Scrambling – Utilizar algún procedimiento o técnica de
“scrambling” para reemplazar las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante
– La secuencia reemplazada: • Debe proporcionar suficiente número de transiciones
para que el reloj se mantenga sincronizado • Debe ser reconocida por el receptor y sustituida por la
secuencia original • Debe tener la misma longitud que la original
– Objetivos: • Evitar las secuencias largas que correspondan a
señales de tensión nula • Tener cierta capacidad para detectar errores
34 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Técnicas de Scrambling – B8ZS (Bipolar With 8-Zeros Substitution)
• Se basa en un AMI bipolar. • Se sustituyen los grupos de 8 ceros por un patrón:
– 000+-0-+ : si el último valor de tensión fue positivo
– 000-+0+- : si el último valor de tensión fue negativo
• Se fuerzan dos violaciones del código AMI • Probabilidad muy baja de haber sido causa por el
ruido u otros defectos en la transmisión • El receptor identificará ese patrón y lo interpretará
convenientemente como un octeto todo ceros
35 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos digitales – Señales digitales
• Técnicas de Scrambling
36
B = Señal bipolar válida
V = Violación bipolar
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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• Los datos se codifican mediante un señal llamada moduladora
• Señal modulada modifica los parámetros de la señal portadora
• Técnicas: – Desplazamiento de amplitud (ASK) – Desplazamiento de frecuencia (FSK) – Desplazamiento de fase (PSK)
Proceso de
Modulación Señal portadora
Señal moduladora Señal modulada
Datos digitales – Señales analógicas
37 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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• Desplazamiento de amplitud (ASK) – Los valores binarios se representan mediante dos amplitudes
diferentes de la portadora • Desplazamiento de frecuencia (FSK)
– Los valores se representan mediante frecuencias diferentes próximas a la frecuencia de la portadora
• Desplazamiento de fase (PSK) – La fase de la señal portadora se desplaza para representar
los datos
s tA f t binarioA f t binario( )
• cos( )• cos( )=
2 12 0
1
2
ππ
s tA f t binario
binarioc( )
• cos( )=
2 10 0
π
s tA f t binarioA f t binario
c
c( )
• cos( )• cos( )=
+
2 12 0π ππ
Datos digitales – Señales analógicas
38 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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• Desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) – Se puede conseguir una utilización más eficaz del ancho de
banda, si cada elemento de señalización representa a más de un bit:
• Desplazamientos de fase correspondientes a múltiplos de π/2 (90º)
• Cada elemento de señal representa dos bits
Datos digitales – Señales analógicas
39
s t
A f t binario
A f t binario
A f t binario
A f t binario
c
c
c
c
( )
• cos( )
• cos( )
• cos( )
• cos( )
=
+
+
+
+
24
11
234
10
254
00
274
01
ππ
ππ
ππ
ππ
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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(a) Desplazamiento de amplitud (ASK)
(b) Desplazamiento de frecuencia (FSK)
(c) Desplazamiento de fase (PSK)
Información digital
Señales analógicas
Datos digitales – Señales analógicas
40 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos analógicos – Señales digitales
• Digitalización: – Transformación de datos analógicos en señales
digitales – Técnicas:
• Modulación por codificación de impulsos (PCM) • Modulación delta (DM)
41 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos analógicos – Señales digitales
• Modulación por codificación de impulsos
42
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0000 (0)
0001 (1)
0010 (2)
0011 (3)
0100 (4)
0101 (5)
0110 (6)
0111 (7)
1000 (8)
1001 (9)
1010 (10)
1011 (11)
1100 (12)
1101 (13)
1110 (14)
1111 (15)
0000 (0)
0001 (1)
0010 (2)
0011 (3)
0100 (4)
0101 (5)
0110 (6)
0111 (7)
1000 (8)
1001 (9)
1010 (10)
1011 (11)
1100 (12)
1101 (13)
1110 (14)
1111 (15)
CODIFICACIÓN Binario (decimal) 1000 1111 1100 0011 0001 1000 1111 1100 0011 0000...
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos analógicos – Señales digitales
• Modulación delta – La entrada analógica se aproxima mediante una
función escalera – En cada intervalo de muestreo sube o baja un nivel
de cuantización (δ) – Comportamiento binario:
• En cada instante de muestreo la función sube o baja en cada intervalo de muestreo
43 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos analógicos – Señales digitales
• Modulación delta
44
Amplitud de señal
Entrada analógica
Función escalera
Ruido de sobrecarga en la pendiente
Ruido de cuantización
Tamaño del
escalón
Periodo de muestreo Tiempo
Salida de la modulación
delta
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Datos analógicos – Señales analógicas
• Razones para la transmisión de señales analógicas mediante modulación: – Una frecuencia mayor permite una transmisión más
efectiva – Permite la multiplexación por división en frecuencias
• Tipos de modulación: – En amplitud (AM) – En frecuencias (FM) – En fase (PM)
45 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Datos analógicos – Señales analógicas
46
Portadora
Señal sinusoidal moduladora
Onda de amplitud modulada (AM)
Onda modulada en fase (PM)
Onda de frecuencia modulada (FM)
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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5.- MEDIOS DE TRANSMISION
• Sistema por el que viaja la información transmitida, representada mediante ondas electromagnéticas
• Medios guiados: – Señal confinada en un medio sólido – Velocidad de transmisión depende de: distancia, tipo
de enlace • Medios no guiados:
– Señal no confinada en un medio sólido – Señal generada por un antena – Velocidad de transmisión depende del ancho de
banda de la señal emitida por la antena
47 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Medios de transmisión
• Medios guiados: – Pares trenzados – Cable coaxial – Fibra óptica
• Medios no guiados: – Microondas – Infrarrojos
48 Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico
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Espectro electromagnético
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 49
Frecuencia (hertzios)
Telefonía y potencia Generadores por rotación Instrumentos musicales Micrófonos
Radio Receptores de radio y TV Tubos electrónicos Circuitos integrados
Microondas Radar Antenas de microondas Magnetrones
Infrarrojos Láseres Misiles guiados Medidas de distancias
Luz visible
Par trenzado
Cable coaxial
Radio AM Radio FM Trasmisiónvía satélite y terrestre
Fibra óptica
Longitud de onda (metros)
ELF = Frecuencias extremadamente bajas VF = Frecuencias de voz VLF = Frecuencias muy bajas LF = Frecuencias bajas
MF = Frecuencias medias HF = Frecuencias altas VHF= Frecuencias muy altas
UHF = Frecuencias ultra altas SHF = Frecuencias super altas EHF = Frecuencias extremadamente altas
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Pares trenzados
• Formado por 2 hilos conductores de cobre – Cada hilo se envuelve en un aislante – Los hilos se trenzan de forma conjunta
• Cada par constituye un enlace de comunicación
• Generalmente se encapsulan varios pares trenzados en una cubierta protectora
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 50
longitud de
trenzado
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Pares trenzados
• Características: – Transmisión analógica:
• Amplificadores cada 5 ó 6 Km – Transmisión digital:
• Señales analógicas o digitales • Repetidores cada 2 ó 3 Km
– Distancia limitada – Ancho de banda limitado – Velocidad de transmisión limitada (100 Mbps) – Susceptible a interferencias y ruido
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 51
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Pares trenzados
• Aplicaciones: – Telefonía: entre el abonado y la central local (bucle
de abonado) – Redes LAN
• Ventajas: – Barato – Sencillo de manejar
• Inconvenientes: – Velocidad de transmisión de datos limitada – Rango de frecuencias reducido
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 52
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Pares trenzados
• Pares trenzados sin apantallar (UTP) – Muy sensibles a interferencias (externas y de otros
pares) – Habitualmente utilizado en telefonía
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 53
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Pares trenzados
• Pares trenzados apantallados (STP) – Cada par se envuelve en una malla metálica – El conjunto del cable se cubre por otra malla – Se reduce la diafonía, interferencias y atenuación – Más caro que UTP – Más rígido y difícil de manipular
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 54
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Pares trenzados
• Pares trenzados con pantalla global (FTP) – Cada par no está apantallado – El conjunto del cable se cubre por una malla para
reducir las interferencias – Propiedades de transmisión parecidas a UTP – Precio intermedio entre UTP y STP
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 55
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Pares trenzados
• Categorías de pares trenzados – Definidas por ISO – Cada categoría garantiza parámetros de transmisión (por
ejemplo, la atenuación) para un determinado rango de frecuencias.
– A mayor categoría mayor número de vueltas en sus conductores
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 56
Categoría Ancho de Banda Tipo de Cable 3 16 MHz UTP 4 20 MHz UTP 5 100 MHz UTP/FTP 6 200 MHz UTP/FTP
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Cable coaxial
• Formado por dos conductores cilíndricos y concéntricos, entre los que se coloca algún tipo de material dieléctrico.
• Rodeados por una cubierta protectora • El conductor exterior forma una pantalla de
protección
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 57
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Cable coaxial
• Características: – Poco sensible a interferencias externas y a diafonía – Soporta mayores frecuencias que el par trenzado – Limitaciones: ruido térmico y ruido de
intermodulación – Repetidores cada menos km que el par trenzado
• Aplicaciones: – Transmisión de datos a alta velocidad a grandes
distancias – Distribución de televisión (antena, tv por cable) – Telefonía a larga distancia – Redes LAN
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 58
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Fibra óptica
• Fibra flexible, extremadamente fina, capaz de conducir energía óptica
• Formada por tres partes: núcleo, revestimiento y cubierta • Núcleo de cristal • Diodo emisor o láser
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 59
Ángulo de reflexión
Ángulo de incidencia La luz que incide con un ángulo
menor que el ángulo crítico se absorbe en la cubierta
Núcleo
Cubierta
Revestimiento
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Fibra óptica
• Beneficios: – Mayor velocidad de transmisión – Menor tamaño y peso – Menor atenuación – Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas – Mayor separación entre repetidores (decenas de km)
• Aplicaciones: – Transmisión a larga distancia – Transmisión metropolitana – Bucles de abonado – Redes LAN
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 60
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Fibra óptica
• Características de la transmisión – Cuando la luz pasa de propagarse de un medio a
otro sufre efectos de reflexión (rebota en el cambio del medio), y de refracción (cambia de dirección)
– La transmisión por la fibra óptica se basa en la diferencia de índice de refracción entre el núcleo y la cubierta
– Índice de refracción del núcleo > núcleo de refracción de la cubierta
– Actúa como una guía de ondas para frecuencias desde 1014 hasta 1015Hz
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 61
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Fibra óptica
• Tipos de fibras
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 62
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Transmisión inalámbrica
• Transmisión y recepción mediante antenas • Configuración direccional:
– Se concentra en un haz – Se requiere un alineamiento perfecto
• Configuración omnidireccional: – La señal se expande en todas direcciones – Puede ser recibida por varias antenas
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 63
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Transmisión inalámbrica
• Antena: – Conductor eléctrico empleado para radiar o recibir
energía electromagnética – Transmisión:
• La antena convierte la energía eléctrica de radiofrecuencia del transmisor en energía electromagnética
• Esa energía electromagnética se radia al entorno circundante
– Recepción: • La energía electromagnética captada por la antena se
convierte en energía eléctrica de radiofrecuencia • Esa energía eléctrica se envía al receptor
– Suele utilizarse la misma antena para transmitir y recibir
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 64
Área de Ingeniería Temática - Departamento de Informática
Microondas terrestres
• Uso de antena parabólica • Haz enfocado y muy estrecho • Antenas emisora y receptora deben estar muy bien
alineadas • Distancia entre antenas (en Km):
• donde
– h es la altura de la antena en metros – K es ¾
• Atenuación con la distancia: L(dB) = 10·log(4πd/λ)2
• donde: – d es la distancia – λ es la longitud de onda de la señal
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 65
d K h= 714. •
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Microondas terrestres
• Aplicaciones: – Transmisión a larga distancias:
• Menos repetidores que para cable coaxial • Problema: las antenas tienen que estar alineadas • Uso frecuente transmisión de video y voz
– Enlaces punto a punto en distancias cortas: • Circuitos cerrados de televisión • Interconexión de redes LAN • Transmisión entre edificios
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 66
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Microondas por satélite
• Satélite se comporta como estación repetidora • El satélite recibe en una frecuencia (frecuencia
ascendente), amplifica o repite la señal y la retransmite en otra frecuencia (frecuencia descendente)
• Frecuencia ascendente < Frecuencia descendente
• Rango de frecuencias óptimo entre 1 y 10 GHz • Aplicaciones:
– Difusión de TV – Transmisión telefónica a larga distancia – Redes privadas
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 67
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• Enlace punto a punto:
• Enlace de difusión:
Microondas por satélite
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 68
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Infrarrojos
• Modulación de la luz infrarroja no coherente • Alineación de transmisores/receptores o
reflexión directa • No pueden atravesar obstáculos • Ventaja:
– Rapidez de instalación (no se necesitan permisos) • Desventaja:
– Imposibilidad de establecer enlaces en medios abiertos (cambios climatológicos actúan como obstáculos)
• Aplicaciones: – Televisión por control remoto
Fundamentos de Telemática: Tema 3 – Nivel físico 69