Gua prctica de Conocimiento en Redes- Seales Conceptos sobre seales Uno de los aspectos fundamentales del nivel fsico es transmitir informacin en forma de seales electromagnticas. La informacin que utilizan las personas o las aplicaciones no est en un formato que se pueda transmitir por una red. El medio de transmisin funciona transmitiendo energa en forma de seales electromagnticas. La informacin debe ser convertida a seales electromagnticas, para poder ser transmitida. Todos los formatos de informacin considerados (voz, datos, imgenes, video) se pueden representar mediante seales electromagnticas. Dependiendo del medio de transmisin y del entorno donde se realicen las comunicaciones, se pueden utilizar seales analgicas o digitales para transporta la informacin. La representacin de los datos en los sistemas informticos es digital y binaria. La transmisin de datos tiene restricciones muy severas en la admisin de errores de transmisin. El xito en la transmisin de datos depende de dos factores: La calidad de la seal y las caractersticas del medio de transmisin. Los primeros conceptos que debemos de tener claros son los siguientes: Dato: Cualquier entidad capaz de transportar informacin Seales: representacin elctrica o electromagntica de los datos Sealizacin: la propagacin fsica de una seal a travs del medio adecuado. Transmisin: la comunicacin de datos mediante la propagacin y el procesamiento de seales. Al conjunto de procedimientos para intercambiar datos se denomina: comunicacin de datos. Al conjunto de procedimientos y medios fsicos se denomina: red de transmisin de datos. El diseador de un sistema de comunicaciones debe tener presente cuatro factores determinantes: Ancho de banda Velocidad de transmisin Ruidos o distorsiones posibles Tasa de errores Estos conceptos y los relacionados con las seales son los que vamos a ver a continuacin Datos y Seales analgicos y digitales La diferencia entre dato y seal ya ha sido vista. Tenemos que puntualizar sobre los distintos tipos de datos y seales atendiendo a su naturaleza analgica o digital. Datos Datos analgicos: pueden tomar valores en un intervalo continuo. La mayora de los datos que se toman por sensores

Datos digitales: toman valores discretos, Ejemplo: los textos o los nmeros enteros. Los datos digitales, en los ordenadores se representan por combinaciones de ceros y unos correspondientes a distintos tipos de codificaciones (ASCII, UNICODE). Seales Son la representacin elctrica de los datos. Los diferentes medios de transmisin permiten el envo de los datos en forma de variaciones de parmetros elctricos, como tensiones o intensidades. Seales continuas o analgicas: es aquella en que la intensidad de la seal vara suavemente en el tiempo. Las variaciones de la seal pueden tomar cualquier valor en el tiempo.

Seal discreta o digital: es aquella que la intensidad se mantiene constante durante un intervalo de tiempo, tras el cual la seal cambia a otro valor constante. Las variaciones de la seal solo pueden tomar valores discretos.

Seales peridicas El tipo de seales ms sencillas son las seales peridicas, que se caracterizan por tener un patrn que se repite a lo largo del tiempo; S(t + T) = s(t) para cualquier valor de -t-. Al valor T se denomina periodo.

Cualquier onda se caracteriza por varios parmetros: Amplitud de pico: es el valor mximo (o energa) de la seal en el tiempo. La amplitud indica la altura de la seal. La unidad de la amplitud depende del tipo de seal.

En las seales elctricas su valor se mide en voltios. La frecuencia (f): es la razn (en ciclos por segundo o Hertzios -Hz) a la que la seal se repite. Es el nmero de periodos por segundo. El Periodo (T): La cantidad de tiempo transcurrido entre dos repeticiones consecutivas de la seal. Es la cantidad de tiempo en segundos que necesita una seal para completar un ciclo. Por tanto T= 1/f. El periodo es la inversa de la frecuencia. La fase: La medida de la posicin relativa de la seal dentro de un periodo de la misma. Es decir describe la forma de la onda relativa al instante de tiempo 0. Longitud de onda (): La distancia que ocupa un ciclo, es decir la distancia entre dos puntos de igual fase en dos ciclos consecutivos. = v.T; .f=v; v= velocidad en metros por segundo. Ejemplo de Seales Peridicas

Seal Peridica digital Ejemplo de una seal peridica digital.

Seal no peridica Cambian constantemente. No tiene un patrn que se repita peridicamente. Una seal a-peridica puede ser descompuesta en un nmero infinito de seales peridicas mediante la tcnica denominada transformadas de Fourier.

Seal digital no peridica.

En la seal no peridica digital hablamos de ratio de bit en vez de frecuencia de la seal

La mayora de las seales digitales no son peridicas. Se usan dos nuevos trminos para describir Una seal digital: intervalo de bit (en lugar del periodo) y tasa de bit (en lugar de frecuencia). Intervalo de bit: es el tiempo necesario para enviar un nico bit. Tasa de bit: es el nmero de intervalos de bit por segundos, que es el nmero de bit enviados por segundo.

Relacin entre la velocidad de transmisin y ancho de banda

Una seal est compuesta normalmente por un conjunto de muchas frecuencias. Los componentes de esta seal son ondas sinusoidales. Se puede demostrar, usando el anlisis de Fourier, que cualquier seal esta constituidas por componentes sinusoidales de distintas frecuencias. Espectro de una seal: es el conjunto de las frecuencias que lo constituyen. Ancho de banda: anchura del espectro. Es decir la diferencia entre la frecuencia ms alta y ms baja del espectro. Si el espectro est formado por seales de entre 4 Mz y 1 Mhz, diremos que el ancho de banda es de 3 Mhz. Podemos establecer algunas analogas con el mundo cotidiano para comprender mejor el concepto de ancho de banda:

Analoga con la instalacin de agua: En este caso el ancho de banda seria como el ancho de las caeras por donde circula el agua. A mayor ancho de la caera es posible que circule ms cantidad de agua. Los dispositivos de la red serian como las bombas de agua, las vlvulas, grifos y otros accesorios. Los paquetes de informacin seria en este caso el agua. Analoga con una autova: El ancho de banda seria el nmero de carriles que tiene la carretera. Podrn circular ms coches en funcin del nmero de carriles que tenga la va. Los dispositivos de red son los cruces, semforos, seales, mapas. Los paquetes de informacin seran los coches. Conceptos sobre la transmisin de seales Perturbaciones en la transmisin En cualquier sistema de comunicaciones debe aceptar que la seal que se recibe difiera de las seales transmitidas debido a dificultades sufridas en la transmisin. Las perturbaciones ms significativas son: La atenuacin La distorsin de retardo El ruido Atenuacin Es la perdida de intensidad de la seal debido a la resistencia que pone el medio de transmisin a la transferencia. Si consideramos la transmisin de una seal elctrica por un cable, sabemos que el conductor elctrico tiene una resistencia ohnmica que causa que la seal se debilite. Distorsin de retardo La velocidad de propagacin de la seal en el medio vara con la frecuencia. Las distintas componentes en frecuencia de la seal llegaran al receptor en instantes diferentes de tiempo, dando lugar a desplazamientos en fase entre las diferentes frecuencias. Para medir la potencia que una seal ha ganado o perdido se usa como unidad de medida el decibelio (dB). El decibelio mide las potencias relativas de dos seales o de una seal en dos puntos distintos. Observe que el dB es negativo si una seal atenuada y es positivo si se ha amplificado. DB = 10 log 10 (P2/P1), donde P1 y P2 representan la potencia de la seal en los puntos 1 y 2. Ejemplo 1: Si una seal viaja a travs de un medio de transmisin y su potencia se reduce a la mitad, esto significa que P2 = . P1. La prdida de seal en este caso se puede calcular: 10log10(P1/P2) = 10log10 (0,5 P1/P1) =10log10(0,5)= 10 (-0,3= -3 dB Ruido Es toda interferencia que modifica la seal (distorsin) debido a distorsiones introducidas por el sistema de transmisin, adems de seales no deseadas que se insertan en algn punto entre el emisor y el receptor. El ruido es un factor de gran importancia a la hora de

limitar las prestaciones de un sistema de comunicacin. La seal del ruido est clasificada en cuatro categoras: Ruido trmico o blanco: interferencias debida a alteraciones en el propio medio de transmisin de la seal. La causa ms habitual es la agitacin trmica en el interior del conductor. Es funcin de la temperatura. El ruido trmico no se puede eliminar. Es como un ruido de fondo. Suele ser de pequea intensidad, pero constante Ruido de Intermodulacin: cuando seales de distintas frecuencias comparten el mismo medio. Diafona: acoplamiento no deseado entre lneas que transportan las seales. Ejemplo: cuando por telfono escuchamos otra conversacin. Ruido impulsivo o externo: interferencias debidas a agentes externos que causan la modificacin de la seal. Suele ser de gran intensidad pero de pequea duracin. Tipos de transmisiones Transmisin analgica

La transmisin analgica es una forma de transmitir las seales analgicas independientemente de su contenido; Las seales pueden representar datos analgicos, por ejemplo la vos o datos digitales por ejemplo datos binarios modulados mediante un modem. La seal analgica se ira debilitando con la distancia. Para conseguir distancias largas el sistema de transmisin analgico incluye amplificadores que inyectan energa la seal. Desgraciadamente tambin amplifican el ruido. Transmisin digital Es dependiente del contenido de la seal. Puede transmitir a una distancia limitada. Para conseguir distancias mayores se utilizan repetidores. Modulacin y Codificacin de datos La informacin debe ser transformada en seales antes de poder ser transportada por un medio de comunicacin. La transformacin que hay que realizar sobre la informacin depender del formato original de esta y del formato usado por el hardware de comunicaciones para trasmitir la seal. Se puede utilizar una seal analgica para llevar datos digitales (modem). Se puede usar una seal digital para llevar datos analgicos (Un CD-ROM de msica). Los ordenadores utilizan tres tecnologas para transmitir los bits: Como voltajes en diversas formas de cable de cobre; Como impulsos de luz guiada a travs de la fibra ptica Como ondas electromagnticas moduladas y radiadas. Hay diversos mtodos para realizar esto dependiendo de los tipos de seales y datos. Tanto la informacin analgica como digital puede ser codificada (modulada) mediante seales analgicas o digitales. La eleccin de un tipo particular de codificacin (modulacin) depender de los requisitos exigidos, de los medios de transmisin etc.

Las combinaciones de los mtodos de conversin son las siguientes: Datos digitales, seales digitales: Los datos se almacenan en un ordenador en un formato binario de ceros y unos. Para transportarlos de un lugar a otro (dentro o fuera del ordenador), es necesario convertirlos

en seales digitales que permitan una mejor transmisin o reconocimiento por los dispositivos. Esto es lo que se denomina conversin digital a digital o codificacin de datos digitales en una seal digital. La codificacin significa convertir los datos binarios en una forma que se pueda desplazar a travs de un enlace de comunicaciones fsico. Codificar significa convertir los 1 y los 0 en algo real y fsico, tal como: Un pulso elctrico en un cable Un pulso luminoso en una fibra ptica Un pulso de ondas electromagnticas en el espacio. Datos digitales, seal analgica Si se quiere enviar los datos que salen de un ordenador (digitales) a travs de una red analgica (red de telefona convencional) diseada para la transmisin de seales analgicas, ser necesario convertir la seal digital que sale del ordenador en una seal analgica. Esto se denomina conversin digital a analgica o modulacin de una seal digital. La modulacin significa usar los datos binarios para manipular una onda. Datos analgicos, seales digitales A veces es necesario transformar informacin en formato analgico, como la voz o la msica, en seales digitales para, por ejemplo, reducir el efecto del ruido. Un ejemplo seria el CD-ROM de msica o una pelcula en un DVD. A esto se denomina conversin de una seal analgica en una seal digital o digitalizacin de una seal analgica. Datos analgicos, seales analgicos Si se quiere enviar una seal analgica a larga distancia, como por ejemplo, la voz o la msica de una emisora de radio (analgica) hay que transformar esta seal en otra porque la frecuencia de la voz o la msica no es apropiada para su transmisin a larga distancia a travs del aire. La seal debe ser transportada mediante una seal de alta frecuencia. A esto se le denomina conversin de analgico a analgico o modulacin de una seal analgica. Vamos a ver las tcnicas que se emplean en cada uno de estos casos.

Codificacin Unipolar Utiliza un nico valor de nivel

UNIPOLAR: La codificacin unipolar (TTL) es la ms sencilla, usa un nico valor de nivel. Se caracteriza por una seal alta y una seal baja (a menudo +5 o +3,3 V para 1 binario y 0 V para 0 binario). En el caso de las fibras pticas, el 1 binario puede ser un LED o una luz lser brillante, y el 0 binario oscuro o sin luz. En el caso de las redes inalmbricas, el 1 binario puede significar que hay una onda portadora y el 0 binario que no hay ninguna portadora. Codificacin Polar

Utiliza dos niveles de amplitud (positiva y negativa) Polar NRZ-L (Nonretur-to-zero-level) 0= nivel alto; 1 nivel bajo. Polar RZ NRZI diferencial (Noretur to zero, invert on ones) 0= no hay transicin al comienzo del intervalo (un bit cada vez); 1= transicion al comienzo del intervalo. Manchester; 0 = transicion de alto a bajo en mitad del intervalo; 1= transicion de bajo a alto en mitad del intervalo. La codificacion Manchester es ms compleja, pero es inmune al ruido y es mejor para mantener la sincronizacion. En el caso de la codificacion Manchester, el voltaje del cable de cobre, el brillo del LED o de la luz lser en el caso de la fibra ptica o la energia de una onda EM en el caso de un sistema inalmbrico hacen que los bits se codifiquen como transiciones. Observe que la codificacion Manchester da como resultado que los 1 se codifiquen como una transicion de baja a alta y que el 0 se codifique

como una transicion de alta a baja. Dado que tanto los 0 como los 1 dan como resultado una transicion en la seal, el reloj se puede recuperar de forma eficaz en el receptor. NRZ-L y NRZ-I

RZ

MANCHESTER Y MANCHESTER DIFERENCIAL

BIPOLAR

BIPOLAR: Usa tres niveles, positivo, cero y negativo Bipolar- AMI: 0 = no hay seal; 1= nivel positivo o negativo alternante. B8ZS HDB3 Psuedoternario: 0= nivel positivo, negativo, alternante; 1= no hay seal.

Bipolar AMI

B8ZS- Encoding

HDB3- Enconding

COMPARACION ENTRE SEALES Y CODIFICACIONES

Datos digitales, seales analgicas Las seales digitales necesitan ser transformadas para poder distribuirse por los medios de transmisin de un modo analgico. Se define una seal sinusoidal (portadora) que en funcin de los valores que adopten la secuencia de datos, se transforma alguno de los parmetros que la definen. Dependiendo del parmetro tenemos modulacin de Amplitud (voltios), Frecuencia (hertzios) y fase (grados). Una portadora no es otra cosa que una onda sinusoidal caracterizada por su amplitud (A), frecuencia (f) y fase (p): F(t)= A cos (2ft +p). Las tcnicas bsicas son: Desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitude-Shift Keying). Desplazamiento de frecuencia (FSK, Frecuency-Shift Keying) Desplazamiento de fase (PSK, Phase-Shift Keying)

a. Seal Binaria b. Modulacin por Amplitud c. Modulacin por Frecuencia d:

Modulacin por Fase Datos analgicos, seales digitales Los datos analgicos, como por ejemplo, voz y video, se digitalizan para ser transmitidos mediante seales digitales. La tcnica ms sencilla es la modulacin por codificacion de impulsos (PCM, Pulse Code Modulation), que implica un muestreo peridico de los datos analgicos y una cuantizacion de la muestra.

Datos analgicos, seales analgicas Los datos analgicos se modulan mediante una portadora para generar una seal analgica en una banda de frecuencias diferente, que se puede utilizar en un sistema de transmisin analgico. Las tcnicas bsicas son: Modulacin en amplitud (AM, Amplitude Modulation) Modulacin en frecuencia (FM, Frecuency Modulation) Modulacin en Fase (PM, Phase Modulation) La modulacin significa tomar una onda y cambiarla, o modularla, para que transporte informacin. En resumen, los mensajes se pueden codificar de varias formas: 1. Como voltajes en el caso de cobre; las codificaciones Manchester y NRZI son populares en el caso de las redes basadas en cobre. 2. Como luz guiada; las codificaciones Manchester y 4B/5B son populares en el caso de redes basadas en fibra ptica. 3. Como ondas Electro Magnticas radiadas; una amplia variedad de esquemas de codificacion (variaciones en AM, FM y PM) se utilizan.

Portadora, seal Modulada, Amplitud Modulada (AM), Fase Modulada (PM) y Frecuencia Modulada (FM) Elaborado por: Amin Jose Jalilie Pedrozo Docente de Redes Universidad Minuto de Dios 2015 Bibliografa: Trasmisin de Datos y Redes de Comunicaciones Behrouz A. Foruzan Concepto de Seales Departamento de Lenguajes y sistemas Informticos- Universidad de Cadiz profesor Manuel Fernandez Barcell www.google.com.co Google Imgenes