R edes de Computadores UPV - Facultad de Informática - Redes de Computadores Tema 3: Nivel f Tema 3: Nivel físico sico m Medios de transmisi Medios de transmisión m Técnicas de codificaci cnicas de codificación y modulaci n y modulación Formatos de codificaci Formatos de codificación Modulaci Modulación de datos digitales n de datos digitales Modulaci Modulación de datos anal n de datos analógicos gicos m Bibliograf Bibliografí a: a: Stallings Stallings, , cap cap. 4 y 5 . 4 y 5 Halsall Halsall , , cap cap. 2.1, 2.5.1, 3.3 . 2.1, 2.5.1, 3.3 Tanenbaum Tanenbaum, , cap cap . 2.2 . 2.2 Tem a 3: Fís i co 2 UPV - Facultad de Informática - Redes de Computadores Introducci Introducción m Medios guiados cables (wired) m Medios no-guiados Inalambricos (wireless) m Características de la transmisión (velocidad, distancia, calidad (ruido, interferencias, distorsión de retardo...),...) determinadas por el medio y por la señal m Mayor ancho de banda mayor velocidad En medios guiados el medio, en si mismo, es más importante. En medios no-guiados el ancho de banda producido por la antena es más importante. Tem a 3: Fís i co 3 UPV - Facultad de Informática - Redes de Computadores Espectro Electromagn Espectro Electromagnético tico Tem a 3: Fís i co 4 UPV - Facultad de Informática - Redes de Computadores Medios de Transmisi Medios de Transmisión: par y par trenzado n: par y par trenzado m Par hasta 50m con velocidades < 19.2 kbps mayor velocidad menor distancia Problemas: • diafonia (crosstalk) • sensibilidad al ruido m Par trenzado Mayor inmunidad a las interferencias por el trenzado Calidades: numero de trenzados por metro • calidad 3: 1 trenza cada 7.5 cm a 10 cm (BW=16MHz, atenuación = 13dB/100m) • calidad 5: 1 trenza cada 0.6 cm a 0.85 cm (BW=100MHz, atenuación = 22dB/100m) Apantallado (STP) y sin apantallar (UTP) • STP reduce las interferencias • Más caro y difícil de manipular • STP 150 ohmios BW=100MHz, atenuación 12,3dB/100m
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Tema 3: Físico T eemmaa 33:: NNiivvell ffííssiiccoo · Redes de Computadores U P V-F a c u l t a d d e I n f o r m á t i c a-R e d e s d e C o m p u t a d o r e s T eemmaa 33::
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Redes de ComputadoresUP
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Tema 3: Nivel fTema 3: Nivel fíísico sico
mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ Stall ingsStall ings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall , , capcap. 2.1, 2.5.1, 3.3. 2.1, 2.5.1, 3.3ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
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IntroducciIntroduccióónn
m Medios guiados à cables (wired)m Medios no-guiados à Inalambricos (wireless)m Características de la transmisión (velocidad, distancia, calidad (ruido,
interferencias, distorsión de retardo...),...) determinadas por el medio y por la señal
m Mayor ancho de banda à mayor velocidadØ En medios guiados el medio, en si mismo, es más importante.Ø En medios no-guiados el ancho de banda producido por la antena es
Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: par y par trenzadon: par y par trenzadom Par
Ø hasta 50m con velocidades < 19.2 kbpsØ mayor velocidad à menor distanciaØ Problemas:
• diafonia (crosstalk)• sensibilidad al ruido
m Par trenzadoØ Mayor inmunidad a las interferencias por el trenzadoØ Calidades: numero de trenzados por metro
• calidad 3: 1 trenza cada 7.5 cm a 10 cm (BW=16MHz, atenuación = 13dB/100m)• calidad 5: 1 trenza cada 0.6 cm a 0.85 cm (BW=100MHz, atenuación = 22dB/100m)
Ø Apantallado (STP) y sin apantallar (UTP)• STP reduce las interferencias• Más caro y difícil de manipular• STP 150 ohmios à BW=100MHz, atenuación 12,3dB/100m
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Near End CrosstalkNear End Crosstalk (NEXT)(NEXT)
m Acoplamiento de señal de un par a otrom Puede ser compensado electrónicamente
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Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: n: Cable CoaxialCable Coaxial
m El medio más versátilm Dos tipos: 50-ohmios y 75-ohmiosm Transmisión telefónica de gran
distanciaØ Puede transportar 10,000
conversaciones de voz simultáneamente
Ø Se está remplazando por fibra óptica
m Enlaces de ordenador de corta distancia
m LANs
m AnalógicaØ Amplificadores cada pocos km.Ø Más próx imos cuanto mayor
frecuenciaØ hasta 500MHz
m DigitalØ Repetidores cada 1kmØ Más próx imos para velocidades
más altasØ hasta 350 MHz (500 Mbps)
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dores m Inmune a interferencias
electromagnéticas y diafoníam Ancho de banda de hasta varios Tbpsm Fibra mono-modo: varios Gbps hasta
30km sin repetidorm Dificultades en los empalmes
m Aplicaciones:Ø Enlaces de gran distanciaØ Enlaces MetropolitanosØ Bucle de abonadosØ LANs
Medios de TransmisiMedios de Transmisióón: fibra n: fibra óópticapticaTema 3: Físico
m 2GHz a 40GHzØ MicroondasØ direccionalØ Punto a puntoØ Satélite
m 300GHz a 200THzØ InfrarrojoØ Local
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Tipos de transmisiTipos de transmisióón inaln inaláámbricambrica
Infrarrojo:m Modulación de luz infrarroja no
coherente m Visión directa (o reflexión)m Ej. control remoto de TV, puertos
IRD
Radiodifusión (broadcast radio):m Omnidireccionalm FM radiom UHF y VHF televisiónm Interferencias multi-camino
Ø Reflexiones
Microondas por satélite:m Satélite funciona como repetidor
(transponder)m Satélite recibe en una frecuencia,
amplifica o repite la señal y transmite en otra frecuencia
m Requiere orbita geo-estacionaria Ø Altura de 35,784km
m Televisiónm Telefonía de gran distanciam Redes de negocios privadas
Microondas terrestres:m Antena parabólicam Haz enfocadom Visión directam Telecomunicaciones de gran
distancia y velocidadm Frecuencias más altas à mayor
velocidad de transmisión
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mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ StallingsStallings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall, , capcap. 2.1, 2.5.1. 2.1, 2.5.1ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
¿Donde estamos?
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TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
CodificadorCodificador
x(t)[digital]
g(t)[digital o analógica]
DecodificadorDecodificador
g(t)
ModuladorModulador
s(t)[analógica]
m(t)[digital o analógica]
DemoduladorDemodulador
m(t)
fc
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EvaluaciEvaluacióón de tn de téécnicas de codificacicnicas de codificacióónn
m Sincronización
m Detección de errores
m Inmunidad al ruido e interferencias
m Coste y complejidad
m Espectro de la señalØ ausencia de componentes continuasØ ausencia de componentes de alta frecuenciaØ concentración de la potencia en el centro de la banda
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CodificaciCodificacióónn: : NonreturnNonreturn to Zeroto Zero--LevelLevel
m NRZ-L: dos diferentes voltajes para 0 y 1
m Voltaje constante durante el intervalo del bit Ø no transición en intervalo de bit (no
return to zero)Ø ausencia de voltaje para cero,
voltaje constante para uno
m También, voltaje negativo para un valor y positivo para el otro
m NRZ-I: Non-return to zero invertedon ones
m Voltaje constante durante el intervalo del bit
m Datos codificados como presencia o ausencia de transición en la señal al principio del intervalo de bit
° B8ZS: Bipolar with 8 Zeros Substitution° HDB3: High Density Bipolar 3 Zeros° B8ZS: Bipolar with 8 Zeros Substitution° HDB3: High Density Bipolar 3 Zeros
códigos mBnL : secuencia de m bits representada por n pulsos, cada uno de L niveles (n< m y L> 2)
códigos mBnL : secuencia de m bits representada por n pulsos, cada uno de L niveles (n< m y L> 2)
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PatrPatróón de codificacin de codificacióón 4B3T n 4B3T
Halsall, pg. 124
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Ejemplos de codificaciones Ejemplos de codificaciones mBnBmBnB
m Codificación 4B5B: utilizada por Fast Ethernet y en FDDIØ Cuatro bits de datos se codifican en símbolos de 5 bits (16 en 32 por tabla).Ø Se usan 16 símbolos para datos y el resto (otros 16) como símbolos de control
(delimitación de trama, control xon/xoff, ...).
m Codificación 8B10B: utilizada por Gigabit Ethernetm Codificación 16B18B: utilizada por 10 Gigabit Ethernet
1 1 1 0 1 00 1+
_
0
+
_
0Símbo los de
5 bits binariosen NR ZI
Byte a codificar
8 ns. 125Mbaud/s
1 1 10 1 1 1 00 1
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Formatos de codificaciFormatos de codificacióón auton auto--relojreloj
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Densidad espectral de los esquemas de codificaciDensidad espectral de los esquemas de codificacióónn
fig. 4.3 Stallings
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dores m Vmod = velocidad de modulación (numero de variaciones posibles de
la señal por unidad de tiempo en Baudios)m Vtx = velocidad de transmisión (numero de bits transmitidos por
unidad de tiempo en Bits/seg) ð 1/tb
Vmod = V tx/bpe
bpe: bits representados por cada nivel de la señal
m Ejemplo:
11100100
Velocidad de modulaciVelocidad de modulacióón vs. Velocidad de transmisin vs. Velocidad de transmisióónn
1seg.
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Tema 3: Nivel fTema 3: Nivel fíísico sico
mm Medios de transmisiMedios de transmisióónnmm TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
ØØ Formatos de codificaciFormatos de codificacióónnØØ ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitalesØØ ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicosgicos
mm BibliografBibliografíía: a: ØØ StallingsStallings, , capcap. 4 y 5. 4 y 5ØØ HalsallHalsall, , capcap. 2.1, 2.5.1. 2.1, 2.5.1ØØ TanenbaumTanenbaum, , capcap. 2.2. 2.2
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TTéécnicas de codificacicnicas de codificacióón y modulacin y modulacióónn
CodificadorCodificador
x(t)[digital]
g(t)[digital o analógica]
DecodificadorDecodificador
g(t)
ModuladorModulador
s(t)[analógica]
m(t)[digital o analógica]
DemoduladorDemodulador
m(t)
fc
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ModulaciModulacióón de datos digitalesn de datos digitales
)sen( φω +tA
(AM)ASK
(FM)FSK
(PM)PSK
Portadora =
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: AmplitudeAmplitude ShiftShift KeyingKeying (ASK)(ASK)
)2()( tfsentv cc π=
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: FrequencyFrequency ShiftShift KeyingKeying (FSK)(FSK)
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ModulaciModulacióón de datos digitales: n de datos digitales: PhasePhase ShiftShift KeyingKeying (PSK)(PSK)
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ModulaciModulacióón de Datos Analn de Datos Analóógicosgicos
m Porqué modular datos analógicos?Ø Mayor frecuencia puede
hacer una transmisión más eficien te (ej. voz sobre señal de radio)
Ø Permite frequencydivision multiplexing(FDM)
m Tipos de modulación
Ø Amplitud (AM)
Ø Fase (PM)
Ø Frecuencia (FM)
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ModulaciModulacióón de datos analn de datos analóógicos:gicos:modulacimodulacióón en amplitud (AM)n en amplitud (AM)m Razones para modular señales analógicasØ Imposibilidad de TX señales en banda base en medios NO guiados Ø Compartir canales
m Definición matemática:
donde:portadora y moduladora normalizadas a amplitud unidad
Ø cos2πfct es la portadoraØ x(t) es la moduladora normalizada a la amplitud unidad (entrada = m(t) = nax(t) )Ø na = indice de modulación cociente entre amplitud moduladora y portadora
Ø 1 =componente de continua para evitar pérdidas de info. (intentar que envolvente no pase por 0)
tftxnts ca π2cos)](1[)( +=
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ModulaciModulacióón AM: Espectron AM: Espectro
tftfnts cma ππ 2cos]2cos1[)( +=
tffn
tffn
tfts mca
mca
c )(2cos2
)(2cos2
2cos)( ++−+= πππ
PortadoraModuladora
fm fc fc-m
fc
fc+m
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ModulaciModulacióón AM: espectro de la sen AM: espectro de la seññalal
USBLSB
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Canal telefónico
Espectro normal de la señal.Transmisión en banda base
Espectro de la señal modulada.
Modem TelefModem Telefóóniconico
Modular = Desplazar el espectro de frecuencias
USBLSBfiltrada
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Ejemplos cotidianos de modulaciEjemplos cotidianos de modulacióónn
La TVLa Radio
Transmisión en BANDA ANCHA
El aparato de radio/TV es un “demodulador”
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Ejemplos de modulaciEjemplos de modulacióón: n: ModemsModems norma V21 y V23norma V21 y V23Tema 3: Físico
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TX en Banda Base vs. Banda AnchaTX en Banda Base vs. Banda Ancha
C1 C2 C3
Banda BaseØ La señal se transmite sin más, sin modular.Ø Multiplexación en el tiempo (TDM)
Banda AnchaØ Mediante modulación (+ filtraje) se hacen subcanales en el canalØ Multiplexación en frecuencia FDM