5.TransmisionDigital (2B1Q)

5/17/2018

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Tecnologías de Comunicación de Datos Transmisión digital Eduardo Interiano

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Contenido 

Modulación por manipulación por corrimiento (shift keying )

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Transmisión serie y paralelo Transmisión en banda base Códigos de línea Códigos de detección y corrección de errores


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Modulación por manipulación de corrimiento (Shift Keying ) 

Hay tres maneras sencillasdel encanal que elpuede ancho de banda de la portadora manipularse: amplitud, fase y frecuencia

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Esta manipulación no significa, sin embargo que sean opciones teóricamente deseables

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Estas manipulaciones se ASK (amplitude shift keying ), llaman FSK (frequency shift keying ) y PSK ( phase shift keying ) 3 http://slidepdf.com/reader/full/5transmisiondigital-2b1q

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ASK 

La señal se manipula según la fórmula s(t) = A(t)cos[ω C t + ϕ 0 ]

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En este método, no se altera el ancho de banda de la señal transmitida Es sensible al ruido 4


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FSK Se usan Una para los 1, otra para los dos 0. Lafrecuencias. señal modulada puede considerarse como la suma de dos señales de AM de portadora diferente

s(t) = A(t)cos[ω C 1t + ϕ ] + B(t)cos[ω C 2t + ϕ ]

5 http://slidepdf.com/reader/full/5transmisiondigital-2b1q

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FSK: Tipos 

Se llama FSK de banda ancha, cuando las portadoras se separan más que los anchos de banda de los espectros de ω 1 y ω2 (f 1(t) y f 2(t))

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Se llama dese banda angosta si las portadoras separan menos que el ancho de espectro de ASK para esa ω C 1t + ϕ ] + B(t)cos[ω C 2 t + ϕ ] = s(t) A(t)cos[ misma modulación http://slidepdf.com/reader/full/5transmisiondigital-2b1q

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PSK, BPSK 

Matemáticamente, PSK responde a esta ecuación s(t) = cos[ω C t + ϕ (t )]

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En BPSK, el ángulo solo tomas dos valores: 0 ó π Por ello, se la considera una variación de ASK, con f(t) tomando los valores –1 ó 1. El ancho de banda es por tanto, el mismo de ASK 7


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QPSK 

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QPSK. La 3fase π /2, π /4, π /2 puede tomar cuatro valores: 0, M-ary PSK. Tiene M fases, 2πmM; m=0,1,..., M-1 Baud rate: Es el número de veces por segundo que cambia el parámetro de señal (amplitud, fase o frecuencia). También se le llama Tasa de señalización . Se mide en baudios 8


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Transmisión serie y paralelo 

Transmisión serie Se transmite bit por 

bit

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Transmisión en paralelo 

Se transmiten varios bits simultáneamente


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Se transmiten grupos de bits en paralelo Alta velocidad Muchas conexiones (n-líneas + control) Longitud limitada a varios metros Velocidad en bytes/segundo o múltiplos como Mbytes/segundo 10


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Apta para comunicación dentro de una placa de circuito impreso Usada para comunicar equipos a muy corta distancia entre sí ej: computadora a impresora o a discos externos


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Transmisión serie 

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Baja a mediana velocidad Requiere menos conexiones (3 líneas) Mayor alcance: 

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sin modulación algunos cientos de metros con modulación ilimitado

La velocidad de comunicación expresa en bits/segundo (bps)se o múltiplos como Mbps. 12


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Transmisión serie: requisitos 

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El receptor, para poder recuperar los bits de datos, debe ser capaz de identificar el inicio y el fin de cada bit También el receptor tiene que identificar el inicio y el fin del mensaje o secuencia de bits 13


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Transmisión serie: tipos 

Dependiendo de la forma empleada para sincronizar el receptor con el transmisor se conocen dos tipos 

Serie asincrónica

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Serie sincrónica 14


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Transmisión serie asincrónica 

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La señal reloj no setransmisor incluye condeben los datos, el de receptor y el ponerse de acuerdo antes sobre la velocidad de transmisión Ya que los relojes en el receptor y transmisor sólo se sincronizan al inicio del carácter, se limita la cantidad de bits para que el error de sincronización no sea demasiado grande 15


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Transmisión serie asincrónica 

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La unidadque de datos es el byte o carácter, se transmite separado de otros por un tiempo totalmente variable La trama de un byte incluye un bit de inicio, varios bits de datos, uno o varios bits de parada y opcionalmente un bit de paridad La línea toma el valor marca cuando está inactiva


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Transmisión serie asincrónica

T T= Tiempo de bit


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Eficiencia de la transmisión serie asincrónica 

Tenemos que para transmitir un byte se requieren al menos 2 y a veces hasta 3 bits extra; por lo que la eficiencia de transmisión máxima es: BitsdeDatos η asinc

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= TotaldeBit s = 10 = 0.8 = 80%


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Transmisión serie sincrónica 

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La señal contiene entremezclada coninformación los datos del reloj El receptor extrae el reloj de la señal para sincronizarse Como el receptor está siempre sincronizado con el transmisor, el número máximo de bits se puede incrementar sin aumentar el error de sincronización


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Transmisión serie sincrónica 

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La unidad de datos es la trama, la cual contiene varios bytes de datos Para sincronizar el inicio y el fin de la trama se utilizan secuencias especiales de bits (flag ), que no pueden ocurrir en el campo de los datos u otro 20


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Transmisión serie sincrónica Formato de una trama sincrónica típica Bytes :

1

2

2

variable (1500 máx.)

2

1

Flag

Dirección

Control

Datos

FCS

Flag


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Eficiencia de la transmisión serie sincrónica 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

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Las tramas sincrónicas usan aproximadamente 8 bytes extra para transmitir hasta 1500 bytes de datos por lo que la eficiencia máxima es de: BytesdeDat os η sinc

1500

= TotaldeByt es = 1508 = 0.9947 = 99.47%


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Transmisión en banda base 

Se dice que si la magnitud espectral de una forma de onda es diferente de cero a frecuencias cercanas al f = 0 e insignificante en otra parte, la forma de onda es banda base

M

0

f [Hz] 23


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Codificación de línea 

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Método para convertir secuencia datos binarios en una señal digitalde Objetivos de la codificación de línea 

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Maximizar la velocidad de transmisión Facilitar la recuperación de la señal de reloj Capacidad para detectar errores Inmunidad al ruido e interferencias Eliminación del nivel de CD 24


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Códigos de línea: ejemplos NRZ unipolar NRZ polar NRZ invertida (codificación diferencial)

Bipolar Manchester Manchester diferencial 25 http://slidepdf.com/reader/full/5transmisiondigital-2b1q

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Códigos de línea: propiedades deseables 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

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Autosincronización Baja probabilidad de error de bits

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

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Espectro adecuado para el canal Ancho de banda de transmisión pequeño Capacidad de detección de errores Transparente 26


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Espectros de códigos de línea

Espect ro de algu nas for m as de codif icación 27


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AMI Usado en las líneas dedicadas T1

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HDB3

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2B1Q: Reglas de codificación 

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2B1Q es un código de cuatro niveles Toma dos bits y los convierte en un baudio de 4 niveles Se reduce a la mitad la frecuencia de la línea Requiere una relación S/N mejor para una misma tasa de errores (BER)

Ventajas: Atenuación reducida, e inmunidad mejorada al ruido y la diafonía cercana y lejana (la energía de altas frecuencias se puede filtrar)

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2B1Q: Codificación de línea

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Corrección de errores 

En comunicación se usan dossistemas tipos de de corrección de errores: 

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Solicitud de repetición automática (ARQ : Automatic Repeat Request ) Corrección anticipada de errores (FEC : Forward Error Correction ) 32


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Corrección de errores Solicitud de repetición automática 

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Se emplea en sistemas de comunicación bidireccionales simultáneos (full-duplex ) Si el receptor encuentra que el mensaje está bien envía un ACK al transmisor Cuando el receptor detecta errores en un bloque de datos, solicita que se retransmita el mensaje por medio de un NACK 33


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Corrección de errores Corrección anticipada de errores 

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Se emplea en sistemas de comunicación en canales de una vía (simplex ) o en sistemas duplex con demoras grandes en la transmisión Los datos transmitidos se codifican de forma tal que el receptor pueda detectar y corregir los errores Estos métodos se clasifican como codificación del canal 34


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Codificación de canal

Sist ema de comu nicación digit al en general 35


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Codificación de canal 

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La codificación implica agregar bitsde adicionales (redundantes) al flujo datos de modo que el decodificador reduzca o corrija los errores a la salida del receptor Los bits adicionales aumentan los requisitos de ancho de banda de la señal codificada 36


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Clasificación de códigos 

DeElbloque codificador no tiene memoria 



Convolucionales 

El codificador tiene memoria

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Clasificación de códigos De bloque Se transforman k símbolos binarios de 





entrada en n símbolos binarios de salida con n > k Se selecciona la codificación que produzca redundancia, tal como bits de paridad Ejemplos de códigos de bloque: 



Hamming Reed-Solomon


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Clasificación de códigos Convolucionales Se transforman k símbolos binarios de 

entrada en n símbolos binarios de salida donde los símbolos de salida se ven afectados por (v + k) símbolos de entrada

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Tasa de error de bits


(BER: Bit Error Ratio ) 





Es una medida del deterioro de la información en un sistema de comunicaciones digital (similar a la relación señal a ruido de los sistemas analógicos) Es la probabilidad de error de bit En forma simple es el número de errores dividido entre el número total de bits en un intervalo de tiempo determinado 40


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Tasa de error de bits


(BER: Bit Error Ratio ) BitsConErr or BER = BitsTotales 

Ejemplo: si se reciben 10 bits erróneos por cada millón de bits totales tenemos: BER =

10

= 0.00001 = 1*10

−5

1000000



Lo que significa que hay un bit con error por cada 100000 bits recibidos 41


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Códigos de detección de 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

errores 

Paridad paridadsimple, transversal 



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paridad longitudinal

Verificación de redundancia cíclica (CRC: Cyclic Redundancy Check ) 

CRC-16 o CRC-32

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Paridad simple 





La P, es número de bits 1 de unaparidad secuencia deelbits Si se acuerda paridad par, el número de bits 1 debe ser par en la secuencia. Para lograrlo, se inserta un 0 o un 1 el el campo correspondiente a P 0

1

1

0

1

0

0

1

3 unos ⇒ P = 1 43


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Paridad simple Original

0

1

1

0

1

0

0

1

Ocurre un error durante la comunicación y se altera un bit Alterado

0

1

1

01 1

0

0

1

4 unos ⇒ P = 0 ≠ 1

No importacalculada cual bit se siempre solo seadeluno, y la paridad enaltere, el receptor seráque diferente valor de P y se puede detectar el error Si se alteran dos bits cualesquiera, no se detectará error


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Verificación de redundancia 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

cíclica (conceptual) 





Se divide la secuencia de bits a transmitir entre un número escogido especialmente El residuo de la división se coloca en el campo del CRC En el receptor se vuelve a dividir la secuencia recibida y si el residuo obtenido es diferente del CRC recibido, entonces hubo error en la comunicación 45


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Verificación de redundancia 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

cíclica 



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Ejemplo: Usaremos el número primo 13 como divisor para mostrar el proceso el resultado es 7 y el residuo esel9.valor Se 100 transmite con CRC = 9 En el receptor se repite la y si todo está endivisión orden, el CRC será igual al residuo

100 = 7, R = 9 ⇒ CRC = 9 13

01100100

1001

100 = 7, R = 9 = CRC = 9 13

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Códigos de corrección de 5.TransmisionDigital(2B1Q)-slidepdf.com

errores 

Código de Hamming 



Detecta dos errores y corrige un error con d = 3 ≥ 2t+1, con t =1 errores corregibles

Código de Reed-Solomon 



Usado en CD, DAT y vídeo digital Corrige hasta dos errores en mensajes de hasta 251 Bytes de longitud 47


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Código de Hamming 

Peso de Hamming es el número de bits 1 



El peso de Hamming de 0 1 1 0 1 0 0 1 es 4

Distancia de Hamming entre dos palabras de código es el número de posiciones en las cuales difieren 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 

La distancia d = 2 48


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Código Hamming (7,4) 

En este código i3 i2 i1 p4 i0 p2 p1 intercalado se generan los bits de paridad haciendo una operación XOR de los bits de datos 





p1 = p2 = p4 =

1

0

1

0

0

1

0

i3⊕i1 ⊕i0 i3⊕i2 ⊕i0 i3⊕i2 ⊕i1 49


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Código Hamming (7,4) 



Se produce un error en la comunicación que 1 afecta el quinto bit

0

10 01 0

Se realiza XOR entrelalosoperación bits de paridad recibidos y los calculados en el receptor, el resultado es cinco, hay que cambiar 1 el bit cinco que está en error

11 01

1

0

1

5

0

01 0

0

1

0 50


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Referencias 

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Couch II, León W.. Sist em as de Com un icación Digi t ales y Analógicos. Prentice Hall, 5a Ed. México, 1998. León-García, Alberto, Widjaja, Indra. Redes de Comunicación , McGraw Hill, España, 2002

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