UNIVERSIDAD
YACAMBU
MINISTERIO
DE EDUCACION
DIRECCION
DE INVESTIGACION Y POSTGRADOS VIRTUALES
GERENCIA
Asignatura:
Redes y Telecomunicaciones
Trabajo
3
Integrante:
Feliana Ochoa
Ejercicio 1: Si la señal transmitida tiene un potencia de 400 mW, frente a un ruido de 20 mW. Evalúe cuánto sería la
degradación sufrida por la señal en un esquema analógico de 6 secciones, y
compárela con un caso de transmisión digital. Saque sus propias conclusiones.
Tomando en consideración los datos del ejercicio
tenemos:
Señal:
400 mW Ruido:
20mW L=6 (Secciones)
Relación
Señal/Ruido: Para calcular el efecto
del ruido sobre un sistema, primero debemos calcular la relación señal a Ruido
del sistema. Este cociente nos indicará que tan fuerte es la señal con respecto
a una perturbación
[S/R] ≈ 10 *log [Potencia de la señal / Potencia de ruido]
[S/R]
≈ [10 *log (400mW/20mW)]
[S/R] ≈13.02
dBm.
Una
vez realizado este cálculo tenemos:
Cuando se tiene un esquema Analógico de 6 secciones,
la relación señal a Ruido escalada a dBm, se decremento a una razón
inversamente proporcional al número de niveles del sistema:
[Señal/Ruido]T
= [Señal/Ruido]1 * (1/L)
Para 6 secciones, [Señal/Ruido]T [Señal/Ruido]1 ÷
6
[Señal/Ruido]T = 10*log(400/20) ÷ 6
[Señal/Ruido]T = 13.0102 ÷ 6
[Señal/Ruido]T =
2.16838 dBm
Cuando se tiene un esquema
Digital de 6 secciones, la relación señal a Ruido escalada a dBm, se reduce
restando un factor, donde el factor de reducción es el Logaritmo Neperiano del
número de niveles del Sistema.
[Señal/Ruido]T
= [Señal/Ruido]1 - Ln (L)
Para 6 secciones,
[Señal/Ruido]T ≈ [Señal/Ruido]1 - Ln (6)
[Señal/Ruido]T = 10*log(400/20) – Ln(6)
[Señal/Ruido]T = 13.0102 – 1.7917
[Señal/Ruido]T = 11.2185 dBm
Conclusión: Se puede observar que la relación señal a
ruido es mayor en el esquema de modulación digital, esto hace que el mismo sea
más exenta al ruido. Por lo tanto En una transmisión
de señal de 400 mW frente a un ruido de 20 mW y en 6 secciones,
Ejercicio 2: ¿Qué sucedería si se intenta transmitir
una señal analógica en un sistema digital?
Para dar
respuesta a la pregunta es necesario tomar en consideración lo siguiente:
Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:
Ø
Sistemas
digitales combinacionales:
Son aquellos en los que la salida del sistema sólo depende de la entrada
presente. Por lo tanto, no necesita módulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas
previas.
Ø
Sistemas
digitales secuenciales: La salida
depende de la entrada actual y de las entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria
que recojan la información de la 'historia
pasada' del sistema.
Una señal analógica es un voltaje o
corriente que varía suave y continuamente. Una onda senoidal es una señal
analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de
acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se
está transmitiendo.
Las señales digitales, en contraste con
las señales analógicas, no varían en forma continua, sino que cambian en pasos
o en incrementos discretos. La mayoría de las señales digitales utilizan
códigos binarios o de dos estados.
Los sistemas digitales
funcionan por umbrales de decisión en los símbolos de entrada convirtiéndolos
en Unos “
De Análogo a Digital
Las aplicaciones clásicas
de los DSP's (PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑAL) trabajan señales del mundo real, tales como sonido y
ondas de radio que se originan en forma análoga. Como se sabe, una señal
análoga es continua en el tiempo; cambia suavemente desde un estado a otro. Los
computadores digitales, por otro lado, manejan la información discontinuamente,
como una serie de números binarios, por lo que se hace necesario como primera
etapa en la mayoría de los sistemas basados en DSP's transformar las señales
análogas en digitales. Esta transformación la hacen los Conversores Análogo &
digital (ADC, en inglés).
Por lo tanto tenemos: La
amplia naturaleza de las señales analógicas es evidente, cualquier forma de
onda está disponible con toda seguridad en el ámbito analógico, nos encontramos
con una onda original y una distorsión de la que tenemos que identificar la
onda original de la distorsionada. Aquí surge la necesidad del audio digital
ya que nos permite separar de la señal original el ruido y la distorsión.
La calidad de una señal de audio no es función del mecanismo de lectura, sino
que parámetros tales como respuesta en frecuencia, linealidad y ruido son sólo funciones
del conversor digital - analógico empleado.
En el proceso de
conversión de la forma análoga a la forma digital y viceversa aparecen tres
términos matemáticos o lógicos básicos: el muestreo, la cuantización y la
codificación.
El muestreo es el proceso de tomar medidas instantáneas de una
señal análoga cambiante en el tiempo, tal como la amplitud de una forma de onda
compleja. La información muestreada permite reconstituir más o menos una
representación de la forma de onda original. Sin embargo, si las muestras son
relativamente escasas (o infrecuentes), la información entre las muestras se
perderá. El teorema de muestreo o Teorema de Nyquist establece que es posible
capturar toda la información de la forma de onda si se utiliza una frecuencia
de muestreo del doble de la frecuencia más elevada contenida en la forma de
onda. En los sistemas telefónicos la velocidad de muestreo ha sido establecida
a 8000 muestras por segundo.
Una vez que la muestra y
su valor ha sido obtenido, la cuantización es el siguiente
proceso para la reducción de la señal análoga compleja; éste permite aproximar
la muestra a uno de los niveles de una escala designada. Por ejemplo, tomando
una escala cuyos valores máximos y mínimos son quince y cero, respectivamente,
y el rango está dividido en 16 niveles, las muestras tendrán que ser
aproximadas a uno de estos niveles. Hay que notar que el proceso de
cuantización puede introducir un ruido de cuantización; una diferencia entre el
valor original de la amplitud muestreada y el valor aproximado correspondiente a
la escala seleccionada, donde la magnitud de este error estará determinada por
la fineza de la escala empleada.
Codificación
La codificación
es la representación numérica de la cuantización utilizando códigos ya establecidos y
estándares. El código más utilizado es el código
binario, pero también existen otros tipos de códigos que son empleados.
A continuación se presenta una tabla donde se representan los números del 0 al
7 con su respectivo código binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar
ocho estados o niveles de cuantización.
En general
2(n)=
Niveles o estados de cuantización
Donde n
es el número de bits.
|
Número |
Código binario |
|
0 |
000 |
|
1 |
001 |
|
2 |
010 |
|
3 |
011 |
|
4 |
100 |
|
5 |
101 |
|
6 |
110 |
|
7 |
111 |
Ejercicio 3: A partir del teorema de Nyquist, y conociendo que la señal voz en un
canal telefónico contiene frecuencias máximas del orden de los 4 Khz. (4000Hz),
indique la velocidad mínima para transmitir la señal por un canal de voz
digital (explique). Además, si esas muestras se
cuantifican en 128 niveles, qué velocidad de flujo de datos se requiere en el
canal para poder transmitir las muestras.
Desarrollado por H. Nyquist,
quien afirmaba que "una señal analógica puede ser reconstruida, sin error, de muestras tomadas en iguales
intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de
su ancho de banda de la señal analógica".
Fuente: http://comunicaciones.firebirds.com.ar/repositorio/apuntes/PCM.pdf
La teoría del
muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la frecuencia de
muestreo, fm, debe ser mayor que dos veces su ancho
de banda [B] medida en Hertz [Hz].
fm > 2·B
Para este
caso entonces tenemos 2*B= 2*(4,000 Hz), es igual a
8000 Hz, equivalente a 8,000 muestras por segundo
(1/8000). Por lo tanto la razón de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz,
para que pueda regenerarse sin error.
La frecuencia 2*B es llamada la razón
de muestreo de Nyquist. La mitad de su valor, es
llamada algunas veces la frecuencia de Nyquist.
Teorema de Muestreo:
fm = 4 KHz Frecuencia
Máxima.
fs ³ 2 fm Frecuencia de Muestreo (Según Teorema de Nyquist)
fs = 2 * 4
KHz = 8 Khz
De donde se deben tomar muestras con
una frecuencia igual o mayor de 8 KHz, es decir 8000 muestras por seg, para cuantificar apropiadamente la señal.
El número de
bits (n) con los que se desea
codificar una palabra, viene dado por la siguiente ecuación
n = logm
(Q) Donde se utilizan m caracteres para
representar Q niveles de cuantización.
m = 2 Q = 128
n
= log2 (128) = log2 27 = 7 bits
La velocidad (V) de flujo de datos de un
canal es:
V = n * fs
= 7 bits * 8000 muestras = 56000 bps
Muestra seg
La
velocidad de flujo de datos que se requiere en el canal para poder transmitir
las muestras es de 56000 bps.
Ejercicio 4: ¿Cuál es la función de un MODEM, qué
limita que se incremente la velocidad de transmisión en los mismos, y cómo se
explica que puedan tenerse velocidades del orden de los 33Kbps?
La información que maneja el ordenador es
digital, es decir esta compuesta por un conjunto discreto de dos valores el 1 y
el 0. Sin embargo, por las limitaciones físicas de las líneas de transmisión no
es posible enviar información digital a través de un circuito telefónico. Para
poder utilizar las líneas de teléfono (y en general cualquier linea de
transmisión) para el envío de información entre ordenadores digitales, es
necesario un proceso de transformación de la información. Durante este proceso
la información se adecua para ser transportada por el canal de comunicación.
Este proceso se conoce como modulación-demodulación y es el que se realiza en
el MODEM
El canal telefónico para la
banda de voz es un canal pasa-bajo que tradicionalmente se ha pensado que opera
en la banda de aproximadamente
Se había pensado
por mucho tiempo que el "límite teórico" en la velocidad del módem
sobre una línea telefónica ordinaria era de 33.6 kbps, básicamente porque la
industria de comunicaciones se había convencido de que las comunicaciones por
la red telefónica estaban limitadas por el Teorema de Shannon a las velocidades
por debajo de 35Kbps. Para esto se tiene la siguiente deducción:
En general, el
número de símbolos necesarios para transmitir una cierta tasa de bits viene
dada por la siguiente ecuación 1 [1]:
bps
= Rs log 2 Ns Ecuación 1
Donde:
bps = bits por segundo
Rs = tasa de símbolos (también el ancho de banda para QAM)
Ns = el número de símbolos en la constelación
Despejando Ns,
resulta:
bps/Rs = log 2 Ns
Ns = 2 (bps/Rs) Ecuación 2
Ahora bien, se
debe tomar en cuenta el límite de Shannon, mencionado anteriormente, para la
cantidad de información que podría comunicarse en un canal en presencia de
ruido. La ecuación que él desarrolló para expresar este límite se muestra en la
siguiente ecuación:
bps = BW log 2 (1+ 10 dB/10) Ecuación 3
Donde:
dB
= relación señal a ruido (SNR) en decibelios.
Si se asume, un
valor de 35 dB de ruido de cuantización producido por el codec (valor mínimo de
referencia en los EUA para los módem ordinarios) [1], un ancho de banda de
3.000 hz y se sustituyen en la ecuación 3, se obtiene:
bps = 3000 log 2 (1+ 10 35/10)
bps = 34,822
Debido al ruido
de cuantización generado por el codec usado en la red, no es posible lograr
velocidades mayores 35 Kbps utilizando las técnicas ordinarias de los módem.
Sin embargo, si el ruido de cuantización del codec puede eliminarse, entonces,
pueden lograrse tasas de datos significativamente más altas.
Ejercicio 5: Averigüe cuál es el estándar de UIT-T, y
las principales características de la transmisión a 56000bps
UIT-T: Unión Internacional
de Telecomunicaciones – Estandarización en el sector de Telecomunicaciones
La principal
característica de los documentos de UIT-T son
reglamentos internacionales que definen las características de una transmisión
de datos. Esto obliga a los fabricantes de modem a que desarrollen productos que sean compatibles con dichos estándares,
como por ejemplo el ITU-T V.90, MODEM V.90 Nombre que se ha dado a un
estándar al que se unieron todos los fabricantes de módems en 1998, en el que
acordaron usar el mismo sistema de intercambio de información para garantizar
su compatibilidad a grandes velocidades. Proporciona hasta 56,000 bits por
segundo corriente abajo (pero algo menos en la práctica). Derivado de la
tecnología x2 de 3Com (US Robotics) y la tecnología K56flex de Rockwell. La tecnología V.90 permite a los módem recibir
datos sobre los 56 Kbps a través de
Igualmente para
el estándar UIT-T se puede mencionar lo
siguiente MODEM:
MODEM V.24 Estándar de UIT-T
(Sector de Normalización de
MODEM V.25bis Especificación
UIT-T que describe los procedimientos para la conexión y desconexión de llamada
en la interfaz DTE-DCE de una PSDN. MODEM V.29 o Velocidad de Transmisión:
4800/7200/9600 BPS o Tipo de Transmisión: síncrono o Modo de Operación:
full-duplex
MODEM V.32 Protocolo de
línea en serie estándar de UIT-T para la transmisión de datos bidireccionales a
velocidades de 4.8 ó 9.6 Kbps.
MODEM V.32bis Estándar de
UIT-T que extiende el V.32 a velocidades de hasta 14.4 Kbps.
MODEM V.22terbo Proporciona 19,200 bits por
segundo o baja a 12,000, 9600, 7200, y 4800 bits por segundo; puede operar a
mayores tasas de transmisión de datos con compresión, no fue estándar de
CCITT/ITU. (bis significa "segunda versión"
y terbo significa "tercera versión").
MODEM V.34 Estándar de UIT-T que especifica un
protocolo de línea en serie. V.34 ofrece mejoras al estándar V.32 incluyendo
velocidades de transmisión más altas (28.8 Kbps) y compresión de datos
mejorada. .Proporciona 28,800 bits por segundo o baja a 24,000 y 19,200 bits
por segundo y compatibilidad hacia atrás con V.32 y V.32bis.
MODEM V.35 Estándar de UIT-T que describe un
protocolo síncrono de la capa física utilizado para la comunicación entre un
dispositivo de acceso a la red y una red de paquetes. V.35 se utiliza
generalmente en los EE.UU. y en Europa y se recomienda para velocidades de
hasta 48 Kbps. Interfaz troncal de paquetes entre un dispositivo de acceso a
una red y una red a tasas de transmisión de datos mayores a 19.2 Kbps. El V.35
puede usar los anchos de banda de varios circuitos telefónicos como grupo.
Existen Transformadores de Género y Adaptadores V.35.
MODEM V.42 Protocolo
estándar de UIT-T para la corrección de errores utilizando el LAPM
(Procedimiento de acceso al enlace para módems). La misma tasa de transferencia
que V.32, V.32bis y otros estándares pero con mejor corrección de errores y por
tanto más fidedigno.
Las ventajas de la transmisión a 56 Kbps, según ITU-T
V90, son:
Ø
Permite una mejor manera de conectarse a Internet.
Ø
Mayores velocidades de transmisión y recepción de datos.
Ø
Conexiones reciprocas
entre cualquier fabricante y cualquier proveedor
de Internet o ISP.
Ø
Menor ruido de
cuantificación, lo cual da como resultado un
mayor flujo
de salida de datos por cada segundo de tiempo.
Ejercicio 6: Explique las diferencias entre
comunicaciones síncronas y asíncronas
|
|
Comunicación
Síncronas |
Comunicación
Asíncrona |
|
Los
dispositivos |
Deben
estar sincronizados uno con el otro |
No
existe sincronización |
|
Tasa
de transferencia de datos |
Mayor |
Menor |
|
Uso
de bit adicionales |
Se
envían caracteres ociosos aunque no se esté enviando datos reales para
mantener la sincronización |
Para
marcar el inicio y el fin de cada octeto de datos |
|
Errores
en Transmisión |
La
cantidad de bytes a retransmitirse es mayor, ya que se transmite por bloques |
Se
pierde una cantidad pequeña de caracteres, ya que estos se sincronizan y
transmiten uno a uno |
|
Velocidad
de transmisión |
Son
aptos para ser usados en transmisiones de altas velocidad (iguales o mayores
de 1200 baudios) |
Se
usa en velocidades de modulación de hasta 1200 baudios |
Comunicación
asíncrona (Async)
La comunicación asíncrona, conocida como
«async», es probablemente la forma de conexión más extendida. Esto es debido a
que async se desarrolló para
utilizar las líneas telefónicas.
Cada carácter
(letra, número o símbolo) se introduce en una cadena de bits. Cada una de estas
cadenas se separa del resto mediante un bit de inicio de carácter y un bit de
final de carácter. Los dispositivos emisor y receptor deben estar de acuerdo en
la secuencia de bit inicial y final. El equipo destino utiliza los marcadores
de bit inicial y final para planificar sus funciones relativas al ritmo de
recepción, de forma que esté preparado para recibir el siguiente byte de datos.
La comunicación
no está sincronizada. No existe un dispositivo reloj o método que permita
coordinar la transmisión entre el emisor y el receptor. El equipo emisor sólo
envía datos y el equipo receptor simplemente los recibe. A continuación, el
equipo receptor los comprueba para asegurarse de que los datos recibidos
coinciden con los enviados. Entre el 20 y el 27 por 100 del tráfico de datos en
una comunicación asíncrona se debe al control y coordinación del tráfico de
datos. La cantidad real depende del tipo de transmisión, por ejemplo, si se
está utilizando la paridad (una forma de comprobación de errores).
Las transmisiones
asíncronas en líneas telefónicas pueden alcanzar hasta 28.800 bps. No obstante,
los métodos de compresión de datos más recientes permiten pasar de 28.800 bps a
115.200 bps en sistemas conectados directamente.
Control
de errores. Debido al potencial
de errores que puede presentar, async puede
incluir un bit especial, denominado bit de
paridad, que se utiliza en un esquema de corrección y comprobación
de errores, denominado comprobación de
paridad. En la comprobación de paridad, el número de bits enviados
debe coincidir exactamente con el número de bits recibidos.
El estándar de
módem original V.32 no proporcionaba control de errores.
Coordinación
de los estándares. Los módems
asíncronos, o serie, son más baratos que los módems síncronos, puesto que los
asíncronos no necesitan la circuitería y los componentes necesarios para
controlar el ritmo que de las transmisiones síncronas requieren los módems
síncronos.
Comunicación
síncrona
La comunicación síncrona confía en un
esquema temporal coordinado entre dos dispositivos para separar los grupos de
bits y transmitirlos en bloques conocidos como «tramas». Se utilizan caracteres
especiales para comenzar la sincronización y comprobar periódicamente su
precisión.
Dado que los bits
se envían y se reciben en un proceso controlado (sincronizado) y cronometrado,
no se requieren los bits de inicio y final. Las transmisiones se detienen
cuando se alcanza el final de una trama y comienzan, de nuevo, con una nueva.
Este enfoque de inicio y final es mucho más eficiente que la transmisión
asíncrona, especialmente cuando se están transfiriendo grandes paquetes de
datos.
Los protocolos
síncronos realizan un número de tareas que no realizan los protocolos
asíncronos. Principalmente son:
Ø
Formatear los
datos en bloques. Agregar información de
control.
Ø
Comprobar la
información para proporcionar el control de errores.
Los principales
protocolos de comunicaciones síncronas son:
Ø
Control síncrono
de enlace de datos (SDLC, Synchronous Data
Link Control).
Ø
Control de
enlace de datos de alto nivel (HDLC, High-level
Data Link Control).
Ø
Protocolo
de comunicaciones síncronas binarias (bysnc).
La comunicación
síncrona se utiliza en la mayoría de todas las comunicaciones de red y
digitales. Por ejemplo, si está utilizando líneas digitales para conectar
equipos remotos, debería utilizar módems síncronos, en lugar de asíncronos,
para conectar el equipo a la línea digital. Normalmente, su alto precio y
complejidad ha mantenido a los módems síncronos fuera del mercado de los
equipos personales.
Infografias:
http://satellitekeys.net/index2.php?option=com_content&do_pdf=1&id=234 http://www.monografias.com/trabajos27/analogico-y-digital/analogico-y-digital.shtml http://edigital.javiersalasg.com/archivos/TemaI_1_1.pdf http://www.avizora.com/publicaciones/ciencias/textos/0033_sistemas_analogico_y_digital.htm http://comunicaciones.firebirds.com.ar/repositorio/apuntes/PCM.pdf http://neutron.ing.ucv.ve/revistae/No4/Estandar%20V90_Edgardo%20Marquez.html http://tecnomaestros.awardspace.com/tipos_modems.php
[1] 56Kbps Data Transmission Across the PSTN
http:// www /v90/rockwell_k56whitepaper.htmlhttp://
www.nb.rockwell.com/k56flex/whitepapers/k56whitepaper.html
Acuerdo sobre la norma para el módem de 56K
http:// www.itu.int /newsroom /press
/releases/ 1998 / 98-04-es.htm
What is V.90 Technology?
http:|/www.v90.com/whatis.htm
Modem Standard