Transmisión de datos

1. Transmisión de datos • Los formatos de información (voz,datos,imágenes,video) se pueden representar mediante señales electromagnéticas, utilizando señales analógicas o digitales • Estas señales estan conformadas por frecuencias contenidas en la señal • Parámetro en la caracterización de la señal es el ancho de banda: rango de frecuencias contenidas en la señal. Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la capacidad de transportar información. • Un buen diseño de sistema de comunicaciones debe considerar: ancho de banda de la señal, velocidad de tx de información digital, cantidad de ruido y la tasa de errores tolerable. • El éxito de una tx depende: la calidad de la señal que se tx y las características del medio de tx. Señal analógica Señal digital

2. Terminología • Medios guiados: las ondas se tx confinándolos a lo largo del camino fisico • Medios no guiados: las ondas se tx sin confinarlas, se propagan por el aire, mar, vacío. • Enlace directo: camino de tx. entre 2 dispositivos en el que la señal se propaga directamente • Un medio de tx. puede ser simplex, half-duplex o full-duplex • Señal continua: la intensidad de la señal varía suavemente en el tiempo (voz) • Señal discreta: la intensidad se mantiene constante durante un intervalo de tiempo tras el cual cambia a otro valor constante (valores binarios) • Señales periódicas: contienen un patrón que se repite a lo largo del tiempo. T=periodo de la señal s(t + T) = s(t) - < t < + Parámetros: • Frecuencia • Amplitud • Fase

3. Razón de datos y ancho de banda • Ancho de banda efectivo: banda en la que se concentra la mayor parte de la energía se la señal • Los medios te transmisión tienen un ancho de banda limitado • Las señales digitales tienen un ancho de banda infinito • La selección de los medios de transmisión depende fundamentalmente del costo y de la calidad requerida de la señal • La limitación del ancho de banda introduce distorsiones • Mayor ancho de banda mayor velocidad de tx. Señal antes de tx. con razón de bit: 2 Kbps Señal después de la transmisión con variosanchos de banda Ancho de banda: 500 Hz Ancho de banda: 2.5 KHz Ancho de banda: 4 KHz

4. Transmisión en banda ancha (Broadband) • Múltiples canales • Usa FDM Bandas de resguardo protegen los canales Transmisión en banda base (Baseband) • Se usa todo el ancho de banda para la transmisión

5. Transmisión de datos analógicos y digitales Los términos analógico y digital corresponden a continuo y discreto. Estos terminos se aplican a comunicaciones de: 1) Datos: entidad capaz de transportar información • Datos analógicos(video, voz) toman valores continuos, los datos se capturan con sensores (t°, presion) • Datos digitales (textos, numeros enteros) toman valores discretos 2) Señales: representación eléctrica o electromagnética de los datos • Voz: los datos se represenatn mediante una señal electromagnetica que ocupe el mismo espectro • Video: para generar esta señal se usa la camara de TV • Datos binarios digitales: dos niveles de tensión 1, 0 datos digitales modem señal analógica datos analógicos codecseñal digital 3) Señalización: propagación física de las señales a traves del medio 4) Transmisión: comunicación de datos mediante la propagación y el procesamiento de señales ya sean analógicas o digitales. • Para distancias largas en la transmisión analógica: amplificadores (inyectan energía a la señal). Independiente del contenido de la señal • Para distancias largas en la transmisión digital: repetidores (regenera patron de 0 y 1 y los retransmite). Dependiente del contenido de la señal. Mas usado:LSI, VLSI. Integridad de datos. Uso de capacidad: Seguridad yPrivacidad. Integración

6. Receptor Transmisor Atenuación Amplificación PERTURBACIONES EN LA TX: Atenuación • La Atenuación se define como la reducción de la potencia de entrada a la Potencia de salida de un sistema de comunicaciones, y generalmente se expresa en decibelios por unidad de longitud • La señal debe tener suficiente energía para ser interpretada. • La señal debe conservar un nivel mayor que el ruido • Es una función creciente de la frecuencia • Se afecta por la longitud de las líneas de transmisión y por la frecuencia. A mayor frecuencia mayor atenuación. Producto de este problema es necesario muchas veces emplear ecualizadores, ampkificadores o repetidores

7. Distorsión de retardo • La velocidad de propagación de una señal en el medio varia con la frecuencia • Distintas componentes en frecuencia de la señal, llegan al receptor en instantes diferentes de tiempo, originando desplazamientos en fase entre las diferentes frecuencias • Los componentes de señal de un bit determinado se superponen al de un bit en otra posición (interferencia entre símbolos) • Resultado: Se limita la máxima razón de bits permitida • Solución: Ecualizar

8. Ruido • Efecto • Distorsiona la señal transmitida • Atenúa la señal transmitida • El ruido se cuantifica mediante la Relación Señal a Ruido S/N S: Potencia promedio de la señal N: Potencia del ruido

9. Tipos de ruido • Ruido de intermodulación: señales a frecuencias que sean suma o diferencia de las dos frecuencias originales o múltiplo de estas • Ruido gaussiano • Ruido térmico: generado por el movimiento aleatorio de los electrones libres. No se puede eliminar • No (densidad de potencia de ruido en vatios por 1 Hz de AB) en cualquier dispositivo es: No=kT(WHz) /k=1.3803*10-23 J/°K • Diafonía (Crosstalk): acoplamiento no deseado entre líneas que tx señales • Diafonía en el extremo cercano (NEXT) • Diafonía en el extremo lejano (FEXT) • Ruido impulsivo: ráfagas imprevistas de pulsos irregulares • Descargas eléctricas • Ruido solar: gases ionizados del sol • Ruido cósmico: estrellas lejanas irradian señales de alta frecuencia

10. Diafonía (Crosstalk) La diafonía es el acoplamiento eléctrico entre cables adyacentes. Este acoplamiento provoca que que una señal transmitida por una línea sea captada por líneas vecinas como una señal de pequeña amplitud que se adiciona a la señal transmitida por estas. Hay dos tipos: NEXT y FEXT • NEXT (near-end crosstalk) • Interferencia en un cable en el extremo transmisor de una señal enviada por otro cable • FEXT (far-end crosstalk) • Interferencia en un cable en el extremo receptor de una señal enviada por otro cable

11. Efectos de las perturbaciones en la transmisión

12. Bit Error Rate (Tasa de Error de Bit) • BER es la probabilidad de que un bit sea afectado durante un intervalo de tiempo definido • BER de 10-5 significa que un bit en 105 será erróneo • Valores típicos son del orden de 10-5 y 10-6 para comunicaciones de datos sobre cables trenzados • Factores que lo afectan: • Ancho de Banda - Distancia de la transmisión • SNR - Entorno • Medio de transmisión - Complejidad del transmisor y receptor El efecto del ruido en la práctica • Eb/N0 es la tasa de la energía de la señal a la energía del ruido • Eb / N0 = S*W/(R*N) = S / N + 10logW – 10logR (dB) • W ancho de banda del canal • R es la tasa de bits • S es la potencia de la señal en watts • N es la potencia del ruido en la señal recibida • Al considerar el efecto del ruido en la practica es importante determinar el mínimo nivel de señal que debe ser usado, relativo al nivel de señal, para lograr la mínima taza de error de bit

13. Ejemplo de ruidos en Gigabit Ethernet

14. TIPOS DE MEDIOS DE TRANSMISION • Los medios de transmisión pueden ser clasificados en: • Medios eléctricos : • pares de cobre (trenzados y no trenzados). • cables coaxiales • líneas energéticas • Medios ópticos : fibras ópticas. • Medios electromagnéticos : Radio enlaces, Radio propagación etc. • Otra clasificación: • Guiados • Metales conductores • Fibras ópticas • No guiados • Microondas y satélites

15. Espectro electromagnético

16. Pares trenzados • Hay dos tipos fundamentales: • Apantallados (Unshield Twisted Pair, UTP) • No apantallados (Shield Twisted Pair, STP) Cable conductor Dieléctrico Cinta protectora (STP) Pantalla tejida (STP) Cubierta

17. Pares trenzados no apantallados (UTP) • No incluye ningún apantallamiento alrededor de los cables • Usado normalmente en las líneas telefónicas (lazo del subscriptor) y en LANs (10BaseT y 100BaseT, fundamentalmente). Para aplicaciones de larga distancia se puede utilizar a velocidades de 4 Mbps a una distancia de hasta 10 Kms • Es barato, fácil de instalar y manipular. • Esta sujeto a interferencias electromagnéticas externas • Longitud limitada. • El cable deberá estar restringido a un tamaño de 4 pares para soportar una amplia gama de aplicaciones. Categorías de Cables UTP Categoría 3 (CAT 3) Categoría 4 (CAT 4) Categoría 5 (CAT 5) Categoría 5 enriquecido (CAT 5e) Categoría 6 (CAT 6)

18. Categoría 3 (CAT 3) • Categoría 3 (CAT 3) • Son pares de alambres de cobre de calibre No.22 ó 24 AWG. • Es el mínimo nivel de calidad que se exige para las instalaciones de redes. • Poseen una impedancia característica de 100 ohmios. • La designación de categoría 3 se aplica tanto a los cables UTP, al hardware de interconexión y al sistema de cableado cuyas características de transmisión son especificadas hasta 16 MHz. • Este cable es conocido como de calidad telefónica y cada par de alambres tiene una trenza por cada 10 cm ( de 3 a 4 por cada pie). • El uso de cable vertical UTP multipar categoría 3 para aplicaciones cuya anchura espectral esté en el rango de 5 MHz a 16 MHz, debería ser limitado a un total de 90m por norma EIA/TIA 568A

19. Categoría 4 (CAT 4) • Categoría 4 (CAT 4) • Son pares de alambres de cobre de calibre No.22 ó 24 AWG, con impedancia característica de 100 ohmios. • La designación de categoría 4 se aplica tanto a los cables UTP, al hardware de interconexión y al sistema de cableado cuyas características de transmisión son especificadas hasta 20 MHz. • El uso de cable vertical UTP multipar categoría 4 para aplicaciones cuya anchura espectral este en el rango de 10 MHz a 20MHz, debería ser limitado a un total de 90m.

20. Categoría 5 (CAT 5) • Categoría 5 (CAT 5) • Son pares de alambres de cobre de calibre No.22 ó 24 AWG, con impedancia característica de 100 ohmios. • La designación de categoría 5 se aplica tanto a los cables UTP, al hardware de interconexión y al sistema de cableado cuyas características de transmisión son especificadas hasta 100 MHz. • Estos cables constan de 4 pares de alambres trenzados, teniendo cada par de una a dos trenzas por centímetro. • El uso de cable vertical UTP multipar categoría 5 para aplicaciones cuya anchura espectral este en el rango de 20 MHz a 100MHz, debería ser limitado a un total de 90m.

21. Categoría 5 Enriquecido (CAT 5E) • Categoría 5 Enriquecida (CAT5E) • Son pares de alambres de cobre de calibre No.24 AWG (0.51mm) , con impedancia característica de 100 ohmios. • Es un cable con propiedades de transmisión de alta capacidad o ancho de banda y bajas razones de error de Bit (BER). El mismo encuentra los requerimientos de la categoría 5 por la ANSI / TIA /EIA 568-A y la ISO / IEC 11 801 con margen de 15 dB y características de transmisión de hasta 600 MHz. • Es lo mínimo recomendado para instalar hoy en día

22. Categoría 6 (CAT 6) • Categoría 6 (CAT 6 ): • Desde 1997 vienen trabajando en ella diferentes firmas con vista a su comercialización y sustitución de la CAT-5. Entre sus objetivos está el de alcanzar el doble del ancho de banda utilizable de la categoría 5 y cumplir con los requerimientos de ACR a 200MHz, iguales que los de la CAT-5 a 100 MHz. • Se persigue que los componentes de hardware (conectores, paneles etc.)de esta categoría sean compatibles con los de la CAT-5. • Aunque se habla de la Categoría 7, esta no han sido oficialmente reconocida y además no se sustenta sobre cables UTP , sino STP. Por todos estos motivos, la mayoría de los consultores coinciden en afirmar que es probable que nunca veamos la Categoría 7 implantada con solidez en el mercado, ya que la fibra óptica hasta el puesto de trabajo será una alternativa consistente tanto en costes como en capacidad de soportar aplicaciones futuras.

23. Conector/Roseta de Telecomunicaciones • Cada cable de 4 pares debe ser terminado en un jack modular de 8 posiciones en el área de trabajo. • La asignación de pares/pines se realizan de acuerdo a 2 normas: • TIA-568A o TIA-568B

24. Capacidades de cada categoría • La categoría 5 soporta la inmensa mayoría de redes tales como 100BASE-T y ATM 155 (155 Mbps) • La categoría 5E “soporta” directamente a Gigabit Ethernet. TIA y IEEE están trabajando juntos en la definición de la Categoría 5E en respuesta a los requisitos para la transmisión en 1000BASE-T • La categoría 6 considera todos los parámetros definidos para la Cat. 5E, pero considera frecuencias de prueba sobre los 200 MHz, excediendo la actual Categoría 5E. • La Categoría 7, actualmente se discute sobre aquellos aspectos para los cuales no será apropiada, es decir, el tema aún esta en discusiones iniciales • La Categoría 7 no considera el uso de cable UTP, pero se prevee que se usarán cables apantallados. Las terminaciones serán algo diferente a los conectores RJ-45 debido a las limitaciones de Ancho de Banda inherentes a los conectores RJ-45 • La Categoría 7 no se orienta a dar soporte a las nuevas tecnologías de redes, sino más bien, se orienta a satisfacer los requerimientos de BW de las futuras redes, las cuales tendrán un nivel de exigencia muy significativo de la infraestructura del cableado.

25. Cable Coaxial • Se dividen funcionalmente en: • Banda base: El cable está dedicado a un solo canal • Banda ancha: El cable puede transmitir varios canales a la vez • Su construcción permite una respuesta de frecuencia de cientos de MHz para señales analógicas. En la transmisión digital se pueden alcanzar en canales simples hasta 50 Mbps y más de 100 Mbps en múltiples canales • Diámetro aproximado de 1 y 2.5cm. Menos susceptible a interferencias y diafonía Aislante exterior Conductor externo Aislante Conductor interno

26. Estándares de cable coaxial • Tiene una respuesta en frecuencia superior a la del par trenzado, permitiendo, mayores distancias, mayores frecuencias y velocidades de transmisión y conecta mayor cantidad de estaciones en una línea compartida. • Los cables coaxiales son muy usados en transmisión de televisión, telefonía a larga distancia (aunque sustituido cada ves mas por fibra óptica, si se usa FDM transporta mas de 10000 canales de voz simultáneamente), conexión con periféricos a corta distancia y en redes LAN • Limitantes: atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación • Para señales analógicas a larga distancia, usar amplificadores separados a distancias en el orden de km • Para señales digitales a larga diatncia se usa repetidores en cada km o incluso menos si la velocidad de tx es mayor. • Estándares de cables coaxiales • RG-6: Drop cable for CATV, 75 ohm de impedancia • RG-8: LAN ( 10Base2 ) Ethernet fino, 50 ohm • RG-11: Main CATV truck, 75 ohm • RG-58: LAN ( 10Base5 ) Ethernet grueso, 50 ohm • RG-59: ARCnet, 75 ohm

27. Cable Coaxial • La conexión se realiza a través de conectores BNC • En las bifurcaciones se utilizan uniones T o vampiros.