Aspectos físicos de la transmisión

• Elementos de una comunicación:
  • Emisor: codificar en señales los dígitos binarios que representan las tramas de la capa de enlace de datos.
  • Medio: transmitir las magnitudes físicas por el canal.
  • Receptor: recuperar estas señales individuales desde los medios, restaurarlas para sus representaciones de bit y enviar los bits hacia la capa de enlace de datos.
• La capa física debe contemplar:
  • Medios físicos y conectores asociados.
  • Una representación de los bits en los medios .
  • Codificación de los datos y de la información de control.
  • Sistema de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.

• Cable de cobre. Pulsos eléctricos.
• Fibra. Patrones de luz.
• Inalámbrico. Patrones de transmisión de radio.

• Señal analógica
  • Todos los niveles de señal son importantes
  • En cualquier momento
  • No hay cuantización
• Señal digital
  • Sólo unos pocos niveles son válidos
  • En algunos momentos (muestreo)
  • Los demás niveles se aproximan a los válidos

Fuente: wikitecno

• Codificador: transforma de analógico a digital
• Descodificador: transforma de digital a analógico

• Muestreador: A mayor número de muestras por segundo (frecuencia de muestreo),
  • Más fiel es la onda digital resultante.
  • Más información se genera por segundo
• Cuantificador: A mayor número de bits,
  • mayor precisión
  • más información se genera por segundo

• La señal no es digital, la información que lleva sí.
• Consideramos canal digital a uno diseñado originalmente para llevar información digital
  • Siempre se puede cuantizar después para convertir en digital

• Banda base
  • Se pueden utilizar simplemente voltajes para indicar niveles
  • No es fácil multiplexar el medio
  • Se suele utilizar en medios de baja velocidad
• Banda ancha
  • El medio se comparte, utilizando diferentes frecuencias (ver multiplexación por frecuencia)
  • Cada frecuencia es un canal independiente

• Las señales no se suelen emitir sin más (excepto a veces en banda base)
• Sino que se transmiten como variaciones de una onda sinusoidal \[y(t) = A\cdot sen(\omega \cdot t + \varphi)\]
  • \(A\): Amplitud
  • \(\omega\): Frecuencia
  • \(\varphi\): Fase
• Los bits se representan en el medio al cambiar una o más de las características de la señal
  • Amplitud
  • Frecuencia
  • Fase

Amplitud	Frecuencia	Fase

• Se pueden sumar varias señales
  • Es la forma de multiplexar varias señales por un medio
• En el lado receptor se pueden separar las señales
  • Si cada señal tiene un rango de frecuencias distinto
  • Utilizando la Transformada de Fourier

Señalización – Señales analógicas complejas

• Baudios: Número de señales digitales enviadas por segundo
  • Cada señal es de un conjunto limitado de posibilidades
• Bitrate: Número de bits enviados por segundo

\[ bitrate = baudios*bitsporbaudio \]

• Determina los baudios y bits por segundo de:
  • El foco morse de un barco de la marina, que se puede encender o apagar cada segundo
  • Un semáforo, que puede cambiar cada 0.5 segundos a uno de sus tres colores
  • Un semáforo, que puede cambiar cada 0.5 segundos a cualquier combinación de sus tres colores
  • Una sinusoidal, que 10 veces por segundo puede
    • cambiar de frecuencia tres a frecuencias posibles
    • y a la vez, cambiar de amplitud a dos amplitudes posibles

• Ventajas
  • Simple de entender e implementar
• Desventajas
  • La amplitud media no es 0, por lo que hay un componente de corriente continua apreciable

• Ventajas
  • Ya no hay corriente continua
• Desventajas
  • Si mando muchos 0s o 1s seguidos, puedo perder la sincronización del reloj

Nota: Si no usa -xV para 0, queda unipolar

• Ventajas
  • Si mando muchos 1s no pierdo sincronía
• Desventajas
  • Pero si mando muchos 0s sí pierdo sincronía

• Ventajas
  • No pierdo sincronía
• Desventajas
  • Necesito 3 niveles posibles en vez de dos (desperdicio bits, hardware más complejo)
  • La mitad de los baudios se gasta en la sincronía

• Ventajas
  • Sólo dos niveles de señal
• Desventajas
  • Transiciones extra a principio de señal (con muchos 0s o 1s seguidos)

• Ventajas
  • Me ahorro algunas transiciones extra al principio
• Desventajas
  • Pero siguen quedando transiciones extra al principio

• Desventaja
  • Pérdida de sincronía con muchos 0s

• Ventajas
  • Sincronización com muchos 0s

• Se agrupan paquetes de 5 bits
• Correspondencia entre cada paquete de 5 bits con
  • Una secuencia de 4 bits
  • Un código de control
  • Algo inválido (ha habido un error)

• Codifica los dígitos 1011100010 en:
  • NRZ-L
  • NRZI
  • AMI
  • Bipolar con sustitución de 8 ceros (B8ZS)
  • Manchester
  • Manchester diferencial.
• Codifica los dígitos 100100000000001011 en las mismas codificaciones
• Aplica 4B/5B a los bits anteriores. Rellena con bits a 0 al final si es necesario

• Se divide el tiempo en ranuras (slots)
• Las ranuras se reparten por orden entre los canales
• Si el medio tiene una capacidad \(c\), cada uno de los \(n\) canales tiene una capacidad de \(c/n\)

• Se divide el rango de frecuencias que el medio soporta
• Se reparte dicho rango entre varios canales (banda ancha)

Fuente: comunication2011jeff

• Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias

• Equivalente estadounidense

  media/frecuencias-estados-unidos.pdf

• Se utilizan la multiplexación en tiempo
• En cada canal resultante, se usa la multiplexación en frecuencia

• Nota: se podría seguir multiplexando cada canal por tiempo y por frecuencia

• Las señales que permiten marcar los tiempos están incluidas en el mensaje transmitido.
• Los datos se transmiten enviándolos carácter a carácter, donde cada carácter tiene una longitud de 5 a 8 bits.
• El receptor tiene la oportunidad de resincronizarse al principio de cada carácter.
• La transmisión asíncrona es sencilla y no costosa, si bien requiere de 2 o 3 bits suplementarios por cada carácter.
• Está en desuso

• Los bits se envían a una cadencia constante sin discriminar los caracteres que componen.
• El emisor y el receptor se encargan de la sincronización de modo que sean capaces de reconstruir la información original.
• Deben utilizar relojes a la misma frecuencia. El comienzo y el final de cada bloque de datos se identifican con patrones de bits conocidos en ambos lados de la comunicación. El modo de transmisión síncrona permite velocidades de transmisión mayores que la asíncrona ya que es menos sensible al ruido y obtiene un mejor rendimiento de la línea de datos.
• Es la utilizada en Manchester, Manchester diferencial, RZ

• Debilitamiento de la señal debido a la resistencia eléctrica del canal
• La amplitud de la señal disminuye
• Se puede mejorar con
  • Mejores cables: cobre, plata…
  • Amplificadores
  • Retransmisores/Repetidor

• Deformación de la señal
  • Distintas frecuencias se transmiten mejor por el medio
  • Inducción y resistencia del canal

• Suma a la señal que se transmite de otra señal de origen conocido.
  • Otras señales transmitidas en canales cercanos
  • Aparatos eléctricos: fluorescentes, motores, alternadores…
  • Causas naturales: tormentas solares, rayos…
  • Alimentación eléctrica

• Es la suma de múltiples interferencias
  • Puede intentar aislarse
• Ruido térmico: agitación de los electrones
  • No se puede eliminar completamente