Modulo - Tecnologia de la Comunicaciones II OK (3).pdf

TECNOLOGÍA DE LAS COMUNICACIONES II ÍNDICE UNIDADI:TÉCNICAS PARA LA CODIFICACIÓN DE SEÑALES............................................................. 4 1.1.‐DATOS DIGITALES, SEÑALES DIGITALES........................................................................................... 4 1.2.‐DATOS DIGITALES, SEÑALES ANALÓGICAS.................................................................................... 10 1.3.‐ DATOS ANALÓGICAS, SEÑALES DIGITALES.................................................................................... 14 1.4.‐ DATOS ANALÓGICAS, SEÑALES ANALÓGICAS............................................................................... 16 UNIDAD II:TECNICAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS DIGITALES.................................................. 19 2.0.‐ INTRODUCCIÓN............................................................................................................................. 20 2.1.‐ TRANSMISIÓN ASÍNCRONA Y SÍNCRONA...................................................................................... 20 2.2.‐ TIPOS DE ERRORES........................................................................................................................ 22 2.3.‐ DETECCIÓN DE ERRORES............................................................................................................... 23 2.4.‐ CORRECCIÓN DE ERRORES............................................................................................................ 24 2.5.‐ CONFIGURACIONES DE LÍNEA....................................................................................................... 25 2.6.‐ INTERFACES................................................................................................................................... 26 UNIDAD III:MULTIPLEXACIÓN............................................................................................................... 33 3.1.‐MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIAS...................................................................... 33 3.2.‐ MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO SINCRONA........................................................ 36 3.3.‐ MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO ESTADÍSTICA..................................................... 41 3.4.‐ LÍNEA DE ABONADO ASIMÉTRICA................................................................................................. 42 3.5.‐ XDSL.............................................................................................................................................. 44 UNIDAD IV:CONMUTACION DE CIRCUITOS Y PAQUETES................................................................ 46 4.1.‐REDES CONMUTADAS.................................................................................................................... 46 4.2.‐ REDES DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS.................................................................................... 47 4.3.‐CONCEPTOS DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS............................................................................ 49 4.4.‐SEÑALIZACIÓN DE CONTROL.......................................................................................................... 50 4.5.‐ARQUITECTURA DE CONMUTACIÓN LÓGICA................................................................................ 51 4.5.1 ‐ PRINCIPIOS DE CONMUTACIÓN DE PAQUETES.......................................................................... 52 4.6 ‐ X.25................................................................................................................................................ 59 4.7 ‐ RETRANSMISIÓN DE TRAMAS....................................................................................................... 60 UNIDAD V:MODO DE TRANSFERENCIA ASÍNCRONO (ATM)............................................................ 65 5.1.‐ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS................................................................................................. 65 5.2.‐ CONEXIONES LÓGICAS ATM.......................................................................................................... 66 5.3.‐CELDAS ATM................................................................................................................................... 67 5.4.‐ TRANSMISIÓN DE CELDAS ATM.................................................................................................... 69 5.5.‐ CLASES DE SERVICIO ATM............................................................................................................. 70 5.6.‐CAPA DE ADPTACION ATM............................................................................................................ 72 5.7.‐ SEGURIDAD EN REDES................................................................................................................... 73 Tecnología de las Comunicaciones |2 REFERENCIASDE ÍCONOS Tecnología de las Comunicaciones |3 UNIDADI: TÉCNICAS PARA LA CODIFICACIÓN DE SEÑA- LES El objetivo de esta unidad es conocer cómo se transmiten las se- ñales a través del enlace de comunicación. En la transmisión, se utilizarán tanto técnicas analógicas como digitales. CODIFICACION DE SEÑALES DATOS DATOS DATOS DIGITALES ANALOGICOS ‐ DATOS ANALOGICOS DIGITALES ‐ ‐ SEÑALES ‐SEÑALES SEÑALES SEÑALES ANALÒGICAS DIGITALES ANALOGICAS DIGITALES NRZ BINARIO BIFASE DESPLAZAMI DESPLAZAMIEN MODULACION EN IMPULSOS DESPLAZAMI DELTA AMPLITUD ANGULAR NRZ‐‐L MULTINIVEL ENTO DE TO DE FASE CUADRATURA CODIFICAC MANCHESTER AMPLITUD ENTO DE PSEUDOTERNARIOS OS NRZI FRECUENCIA MANCHESTER AMI DIFERENCIAL 1.1.-Datos Digitales, señales digitales Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y discon- tinuos. Los datos binarios se transmiten codificando cada bit en los elementos de señal. Hay una gran cantidad de alternativas para la codificación. Si todos los elementos de señaltienen el mismo signo algebraico (es decir, si son todos positivos o todos negativos) la señal esunipolar. En una señal polar, por el contrario, un estado lógico se representará mediante un nivelpositivo de tensión y el otro mediante un nivel negativo. La velocidad de transmisión de unaseñal, o simplemente la velocidad de transmisión, es la velocidad, expresada en bits por segundo,a la que se transmiten los datos. Se define la duración o longitud de un bit como el tiempo empleadoen el transmisor para emitir un bit;para una velocidad de transmisión R, la duración de un bitserá 1/R.La velo- cidad de modulación, por el contrario, es la velocidad a la que cambia el nivel dela señal, que dependerá del esquema de codificación elegido. La velocidad de modulación se expresa en baudios. Se usan los términos «marca» y «espacio» aludiendo a los dígitos binarios 1 y 0 respectivamente Las tareas involucradas al interpretar las señales digitales en el receptor se pueden resumir: 1. El receptor debe conocer o determinar la duración de cada bit. Debe cono- cer cuándo comienza y cuándo acaba cada bit. Tecnología de las Comunicaciones |4 2. El receptor debe determinar si el nivel de cada bit es alto (0) o bajo (1). Qué factores determinan el éxito o el fracaso del receptor al interpretar la señal de entrada?. Hay tres factores importantes: la relación señal ruido (o mejor, elcociente Eb/N0), la velocidad de transmisión y el ancho de banda. Si se suponen los otros factoresconstantes, se puede afirmar que:  Un incremento en la velocidad de transmisión aumentará la tasa de errores por bit (BER, Bit Error Rate)  Un aumento en la relación SNR reduce la tasa de errores por bit.  Un incremento del ancho de banda permite un aumento en la velocidad de transmisión. Hay otro factor que se puede utilizar para mejorar las prestaciones del sis- tema, el cual no es otrosino el propio esquema de codificación. Antes de describir las técnicas de codificación propiamente dichas, a conti- nuación se consideranlos siguientes procedimientos a tener en cuenta para su eva- luación y comparación.  Espectro de la señal: hay varios aspectos del espectro de la señal que son importantes. La ausencia de componentes a altas frecuencias significa que se necesita menos ancho de banda para su transmisión. Es más, la ausencia de componente en continua (dc) es también una característica deseable. Por último, la importancia de los efectos relacionados con la distorsión de la señal y las interferencias depende de las propiedades espectrales de la señal transmitida.  Sincronización: ya se ha mencionado la necesidad de determinar el princi- pio y fin de cada bit. Esto no es una tarea fácil. Una solución, bastante cos- tosa, es transmitir una señal de reloj por separado para sincronizar el recep- tor con el transmisor. Una alternativa es proporcionar la sincronización me- diante la propia señal transmitida, lo que puede conseguirse si se adopta un esquema de codificación adecuado.  Detección de errores: Es útil incorporar alguna capacidad de detección de errores en el propio esquema de codificación, situado en la capa física, per- mitiéndose así que los errores se detecten más rápidamente.  Inmunidad al ruido e interferencias: algunos códigos exhiben un com- portamiento superior que otros en presencia de ruido.  Coste y complejidad: aunque el coste económico de la lógica digital con- tinúa bajando, no se debe ignorar este factor. En particular, cuanto mayor es la velocidad de modulación para una velocidad de transmisión dada, mayor es el coste La forma más frecuente y fácil de transmitir señales digitales es mediante la utilización de un niveldiferente de tensión para cada uno de los dos dígitos binarios. El nivel de tensión se mantiene constante durante la duracióndel bit; es decir, no hay transiciones (no hay retorno al nivel cero de tensión). Laausencia de tensión se puede usar para representar un 0 binario, mientras que un nivel constante ypositivo de tensión puede representar al 1.Sin embargo, es más habitual usar un nivel Tecnología de las Comunicaciones |5 negativo para representar un valor binario y una tensión positiva para representar al otro. Este último código, se denomina código no retorno a nivel cero (NRZ- L, Nonreturn to Zero-Level). Una variante del NRZ se denomina NRZI (Noreturn to Zero, invertono- nes). Al igual queNRZ-L, NRZI mantiene constante el nivel de tensión durante la duración de un bit. Los datos secodifican mediante la presencia o ausencia de una transición de la señal al principio del intervalode duración del bit. Un 1 se codifica mediante la transición (bajo a alto o alto a bajo) al principiodel intervalo de señali- zación, mientras que un cero se representa por la ausencia de transición. NRZI es un ejemplo de codificación diferencial. En la codificación diferen- cial, en lugar dedeterminar el valor absoluto, la señal se decodifica en función de los cambios entre los elementosde señal adyacentes. En términos generales, la co- dificación de cada bit se hace de la siguiente manera:si se trata del valor binario 0, se codifica con la misma señal que el bit anterior; si se trata deun valor binario 1, entonces se codifica con una señal diferente que la utilizada para el bit precedente. La principal limitación de las señales NRZ es la presencia de una componente dc continua y laausencia de capacidad de sincronización. Los códigos NRZ se usan normalmente en las grabaciones magnéticas. No obstante, sus limitacioneshacen que estos códigos no sean atractivos para aplica- ciones de transmisión de señales. Tecnología de las Comunicaciones |6 Estos códigos usan más de dos niveles de señal.En la Figura anterior se muestran dos ejemplos, el bipolar-AMI (Alternate Mark Inversion) y el pseudo- ternario. En el caso del esquema bipolar-AMI, un 0 binario se representa por ausencia de señal y el1 binario se representa como un pulso positivo o negativo. Los pulsos correspondientes a los 1 deben tener una polaridad alternante. Los comentarios del párrafo anterior son también trasladables a los códigos pseudoternarios.En este caso, el bit 1 se representa por la ausencia de señal y el 0 mediante pulsos de polaridadalternante. El receptor de señales codificadas con binario multinivel se ve obligado a distinguir entre tres niveles (+A, -A, 0), en lugar de los dos niveles de los otros esquemas presentados anteriormente.Por tanto, para obtener la misma probabili- dad de error, la señal de un código binario multinivel necesita aproximadamente 3 dB más de potencia que las señales bivaluadas. Este hecho se muestra en la Figura 5.4. Dicho de otra forma, dada una relación señal ruido, la tasa de errores por bit para los códigos NRZ es significativamente menor que la correspondiente en un código binario multinivel. Se engloba a un conjunto de técnicas de codificación alternativas diseñadas para superar las dificultades encontradas en los códigos NRZ. Dos de estas técnicas, denominadasManchester y Manchester diferencial, se usan frecuentemente en los sistemas de comunicación. En el código Manchester, siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit. Esta transición en la mitad del bit sirve como procedimiento de sincronización, a la vez quesirve para transmitir los datos: una transición de bajo a Tecnología de las Comunicaciones |7 alto representa un 1 y una transición de altoa bajo representa un 0. En Manchester diferencial, la transición a mitad del intervalo se utiliza tan sólo para proporcionar sincronización. La codificación de un 0 se representa por la presencia de una tran- sición al principio del intervalo del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo. La velocidad de modulación máxima es el doble que en los códigos NRZ; esto significa que el ancho de banda necesario es por tanto mayor. No obstante, los esquemas bifase tienen las siguientes ventajas:  Sincronización: debido a que la transición que ocurre durante el intervalo de duración correspondientea un bit siempre está presente, el receptor puede sincronizarse usando dichatransición. Por esta razón a los códigos bifase también se les denomina autosincronizados.  No tienen componente en continua  Detección de errores:se pueden detectar errores si se descubre una au- sencia de la transición esperada en mitad del intervalo. Los códigos bifase se usan con frecuencia en los esquemas de transmisión de datos. Uno de losmás conocidos es el código Manchester, elegido como parte de la especificación de la norma IEEE 802.3 (Ethernet) para la transmisión en redes LAN de cable coaxial en banda base o par trenzadocon bus CSMA/CD. El Manchester diferencial se ha elegido en la norma IEEE 802.5 para redesLAN en anillo con paso de testigo, en las que se usan pares trenzados apantallados. Cuando se usan técnicas de codificación de señales, se debe hacer una dife- renciación entre la velocidadde transmisión de los datos (expresada en bits por segundo) y la velocidad de modulación(expresada en baudios). La velocidad de transmisión, también denominada tasa de bits, es 1/TB,donde TB=duración de un bit. La velocidad de modulación es aquella a la que se generan loselementos de señal. Tecnología de las Comunicaciones |8 Un enfoque alternativo, denominado aleatorización, consiste en utilizar al- guna técnica que desordenela información. La idea subyacente en este tipo de técnicas es sencilla: reemplazar las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante por otras secuencias que proporcionen suficiente número de transiciones, de tal forma que el reloj del receptor pueda mantenerse sincroni- zado.Los objetivos en el diseño de estas técnicas, se pueden resumir en:  Evitar la componente en continua.  Evitar las secuencias largas que correspondan a niveles de tensión nula.  No reducir la velocidad de transmisión de los datos.  Tener capacidad para detectar errores. Un esquema de codificación que se usa habitualmente en Norteamérica se denomina bipolar con sustitución de ocho ceros (B8ZS, Bipolar with 8- Zeros Substitution) el cual se basa en unAMI bipolar. Un esquema de codificación que se utiliza habitualmente en Europa y Japón es el denominadobipolar de alta densidad de tres ceros (HDB3, High Density Bi- polar-3 Zeros). Al igual que el anterior, se basa en la codificación AMI. La mayor parte de la energía se concentra en una región estrecha en torno a la frecuencia correspondiente a la mitad de la velocidad de transmisión. Por tanto, estos códigos son adecuados para la transmisión a altas velocidades. Para ampliar se recomienda leer "Comunicaciones y redes de Computadores" de W. Stallings Pag 139-146. Tecnología de las Comunicaciones |9 1.2.-Datos Digitales, Señales Analógicas La situaciónmás habitual para este tipo de comunicaciones es la transmi- sión de datos digitales a travésde la red de telefonía pública. Esta red se diseñó para recibir, conmutar y transmitir señales analógicasen el rango de frecuencias de voz entre 300 y 3.400 Hz. No es adecuada, por tanto, para latransmisión de señales digitales desde el terminal de abonado. La modulación implica la modificación de uno o varios de los tres paráme- tros fundamentales que caracterizan a la señal portadora: la amplitud, la frecuen- cia o la fase. hay tres técnicas básicas de codificación o, mejor dicho, de modula- ciónque transforman los datos digitales en señales analógicas, como se muestra en la Figura 5.7: modulación por desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitu- deShiftKeying), modulaciónpor desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequency- ShiftKeying) y modulación por desplazamientode fase (PSK, Phase-ShiftKeying). En ASK, los dos valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora.Es usual que una de las amplitudes sea cero; es decir, uno de los dígitos binarios se representamediante la presencia de la portadora a amplitud constante y el otro mediante la ausencia de portadora. La señal transmitida por cada intervalo correspondiente a la duración deun bit es, por tanto: ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia. Además,es una téc- nica de modulación bastante ineficaz. En líneas de calidad telefónica, ASK se usaen el mejor de los casos a 1.200 bps El esquema FSK más habitual es el binario, BFSK (binary FSK). En este caso, los dos valoresbinarios se representan mediante dos frecuencias diferentes, próximas a la frecuencia de la portadora. La señal transmitida en cada intervalo correspondiente a la duración deun bit será: Tecnología de las Comunicaciones |10 donde f1 y f2 corresponden a desplazamientos de la frecuencia portadora fc, de igual magnitud,pero en sentidos opuestos. BFSK es menos sensible a errores que ASK. En líneas de calidad telefónica, se utiliza generalmentea velocidades de hasta 1.200 bps. También se usa frecuen- temente en transmisión de radio amás altas frecuencias (desde 3 hasta 30 MHz). También se puede usar incluso a frecuencias superioresen redes de área local que utilicen cable coaxial. Una señal más eficaz en el uso del ancho de banda, pero también más susceptible a errores, esla FSK múltiple (MFSK, Multiple FSK), en la que se usan más de dos frecuencias. En este caso,cada elemento de señalización representará más de un bit. La señal MFSK transmitida durante elintervalo correspondiente a un ele- mento de señalización se define como: Tecnología de las Comunicaciones |11 En el esquema PSK, la fase de la señal portadora se desplaza para repre- sentar los datos digitales: Conocido como desplazamientode fase binario, que utiliza dos fases para representar los dos dígitos binarios. La señal transmitidaresultante durante el in- tervalo correspondiente a un bit es: Tecnología de las Comunicaciones |12 Una alternativa a la PSK de dos niveles es la PSK diferencial (DPSK, Diffe- rential PSK). En laFigura 5.10 se muestra un ejemplo. En este esquema, un 0 binario se representa enviando un elementode señal con la misma fase que el elemento anterior transmitido. Un 1 binario se representaenviando un elemento de señalización con fase invertida respecto al anterior elemento transmitido. Se puede conseguir un uso más eficaz del ancho de banda si cada elemento de señalización representamás de un bit. Por ejemplo, en lugar de un desplaza- miento de fase de 180º, como se hace enBPSK, una técnica habitual de codifica- ción, conocida como modulación por desplazamiento de faseen cuadratura (QPSK, QuadraturePhaseShiftKeying), considera desplazamientos múltiplos de Π/2 (90º). Por tanto, cada elemento de señalización representa dos bits en lugar de uno. Las limitaciones físicas en los moduladoresde fase hacen que sea difícil con- seguir grandes desplazamientos de fase a velocidades detransición altas. Tecnología de las Comunicaciones |13 El efecto delas no linealidades ensancha el ancho de banda de la señal, lo que puede causar interferencias concanales adyacentes. Si los cambios de fase son menores es más fácil controlar este ensanchamiento;de ahí la ventaja de OQPSK sobre QPSK. La utilización de varios niveles se puede extender para transmitir más de dos bits de una vez. Porejemplo, usando ocho ángulos de fase diferentes es posible transmitir de una vez tres bits. Es más,cada ángulo puede tener más de una am- plitud. Por ejemplo, un módem estándar a 9.600 bps utiliza12 ángulos de fase, cuatro de los cuales tienen dos valores de amplitud, dando lugar a 16 elementosde señalización diferentes. La modulación de amplitud en cuadratura (QAM, QuadratureAmplitudeMo- dulation) es una técnicade señalización analógica que se utiliza en algunas normas inalámbricas y en las líneas deabonado digitales asimétricas (ADSL, Asymmetric Digital Subscriber Line).En QAM se aprovecha el hechode que es posible enviar simultáneamente dos señales diferentes sobre la misma frecuencia portadora,uti- lizando dos réplicas de la misma, desplazadas entre sí 90º. En QAM cada portadora semodula usando ASK. Las dos señales independientes se transmiten sobre el mismo medio. En elreceptor, las dos señales se demodulan, combinándose para reproducir la señal binaria de entrada. La señal transmitida, por tanto, se puedeexpresar como 1.3.- Datos Analógicas, Señales Digitales Es más correcto referirse a este proceso como la conversión de datos ana- lógicosa datos digitales; este proceso es también denominado digitalización. Una vez que los datosanalógicos se convierten a digitales puede ocurrir una serie de cosas; de entre ellas, las tres máshabituales son las siguientes: 1. Los datos digitales se transmiten usando NRZ-L. En este caso, se habrá realizado directamente una conversión de datos analógicos a señales digi- tales. 2. Los datos digitales se codifican usando un código diferente al NRZ-L. Por tanto, en este caso se necesitaría un paso adicional. 3. Los datos digitales se convierten en señales analógicas, usando una de las técnicas de modulaciónpresentadas en la Sección anterior. El dispositivo que se utiliza para la conversión de los datos analógicos en digitales y que, posteriormente,recupera los datos analógicos iniciales a partir de los digitales se denomina codec (codificador-decodificador). Tecnología de las Comunicaciones |14 La modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse CodeModulation) se basa en el teorema demuestreo: Teorema de muestreo. Si una señal f (t) se muestrea a intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que el doble de la frecuencia más alta de la señal, las muestras así obtenidas contienen toda la información de la señal origi- nal. La función f (t) se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante la utilización de un filtro paso baja. Si los datos de voz se limitan a frecuencias por debajo de 4000 Hz, lo que- significa que la inteligibilidad se conserva, para caracterizar completamente la se- ñal de voz seríasuficiente obtener 8000 muestras por segundo. Así pues, la técnica PCM genera la señal digital tomando como entrada la señal analógica continuaen el tiempo y en amplitud (véase Figura 5.17). La señal digital resultante consiste en bloquesde n bits, donde cada número de n bits co- rresponde con la amplitud de un impulso PCM. La razón señal/ruidopara el ruido de cuantización se puede expresar como : Tecnología de las Comunicaciones |15 Una de las alternativas de mayor aceptación es la modulacióndelta (DM, Delta Modulation).En la modulación delta, la entrada analógica se aproxima me- diante una función escalera que encada intervalo de muestreo (Ts) sube o baja un nivel de cuantización (d). La característicaprincipal de la función escalera es que su comportamiento es binario: en cada instante demuestreo la función sube o baja una cantidad cons- tante d. Por tanto, la salida del modulador deltase puede representar mediante un único bit para cada muestra. Resumiendo, en lugar de aproximara las amplitudes, DM obtiene una cadena de bits que aproxima a la derivada de la señal analógicade entrada: se genera un 1 si la función escalera sube en el siguiente intervalo o un 0, en cualquierotro caso. Hay dos parámetros importantes en el esquema DM: el tamaño del paso asignado a cada dígitobinario, d, y la frecuencia de muestreo. d se debe elegir deforma que se consiga un compromiso entre dos tipos de error o ruidos. Cuando la señal ana- lógicavaríe muy lentamente, habrá ruido de cuantización, siendo este ruido tanto mayor cuanto mayorsea d. Por el contrario, cuando la señal de entrada cambie tan rápidamente que la función escalerano la pueda seguir, se producirá un ruido de sobrecarga en la pendiente. Este ruido aumenta aldisminuir d. La principal ventaja de DM respecto a PCM es su sencillez de implementa- ción. No obstante,PCM consigue en general una mejor SNR para la misma veloci- dad de transmisión. 1.4.- Datos Analógicas, Señales Analógicas La modulación se ha definido como el proceso de combinar una señal de entrada m(t) y una portadoraa frecuencia fcpara producir una señal s(t) cuyo an- cho de banda esté (normalmente) centradoen torno a fc. Tecnología de las Comunicaciones |16 Las señales de voz se transmiten a través de líneas telefónicasusando su espectro original (esto se denomina transmisión en banda base). Existen dos ra- zonesfundamentales para la transmisión de señales analógicas mediante modula- ción analógica:  Para llevar a cabo una transmisión más efectiva puede que se necesite una frecuencia mayor. En los medios no guiados es prácticamente imposible transmitir señales en banda base, ya que el tamaño de las antenas tendría que ser de varios kilómetros de diámetro.  La modulación permite la multiplexación por división en frecuencias, téc- nica muy importante La modulación de amplitud (AM), mostrada en la Figura 5.22, es la técnica más sencilla de modulación.Matemáticamente, el proceso se puede expresar como: dondecos 2Πfct es la portadora y x(t) es la señal de entrada (los datos), ambas normalizadas a laamplitud unidad. El parámetro na, denominado índice de modu- lación, es el cociente entre la amplitudde la señal de entrada y la amplitud de la portadora. De acuerdo con la notación previa, laseñal de entrada será m(t)=nax(t). El «1» en la Ecuación es una componente continua que,como se explica a conti- nuación, evita pérdidas de información. Este esquema también se denominatrans- misión en doble banda lateral con portadora (DSBTC, DoubleSidebandTransmit- tedCarrier). Se puede observar que AM implica la multiplicaciónde la señal de entrada por la portadora. La envolvente de la señal resultante es[1 + nax(t)] y, mientras que na1, la envol- vente cruzará el eje de tiempos, perdiéndose así información. Tecnología de las Comunicaciones |17 La modulación de frecuencia (FM) y la modulación de fase (PM) son casos particulares de la denominadamodulación angular. La señal modulada se expresa como: En la Figura 5.24 se muestra la modulación de amplitud, frecuencia y fase de una señal seno. El aspecto de las señales FM y PM es muy parecido. De hecho, es imposible diferenciarlas sin tener un conocimiento previo de la función de mo- dulación. Al igual que en AM, tanto FM como PM dan lugar a una señal cuyo ancho de banda está centradoen torno a f.La modulación de amplitud es un proceso lineal que produce frecuenciascorrespondientes a la suma y a la diferencia de la portadora y de las componentes de la señal moduladora.Por tanto, para AM se tiene que: BT=2B Tecnología de las Comunicaciones |18 TRABAJO PRÁCTICO ACTIVIDAD OBLIGATORIA 1: Técnicas de Codificación Debeserenviadaparasuevaluación 1. Enumere y defina brevemente los factores importantes que se deben usar para comparar yevaluar las distintas técnicas de codificación digital a di- gital. 2. ¿Qué es la codificación diferencial? 3. Explique las diferencias entre NRZ-L y NRZI. 4. Describa dos técnicas binarias multinivel de codificación digital a digital. 5. Defina la codificación bifase y describa dos técnicas de codificación bifase. 6. Explique la técnica de aleatorización en el contexto de la codificación di- gital a digital. 7. ¿Qué hace un módem? 8. ¿Cómo se representan los datos binarios usando modulación por despla- zamiento de amplitud? ¿Qué limitaciones tiene esta aproximación? 9. ¿Cuál es la diferencia entre QPSK y QPSK desplazada? 10. ¿Qué es QAM? 11. Qué enuncia el teorema de muestreo respecto a la frecuencia de mues- treo necesaria parauna señal analógica? 12. ¿Cuáles son las diferencias entre las modulaciones angulares PM y FM? 13. Dada la siguiente secuencia de bits indique los niveles de señal que se obtendrán si se codificara utilizando un código NRZ, AMI y HDB3 ACTIVIDAD EN EL FORO Forodediscusión: Técnicas de codificación de señales. El problema de la congestión se produce cuando el número de paquetes que se transmite a través deuna red comienza a aproximarse al límite de la ca- pacidad de gestión de paquetes de la misma. Elobjetivo del control de congestión es mantener el número de paquetes en la red por debajo del nivel para el que decaen dramáticamente las prestaciones Consignadetrabajo Leer previamente del Capítulo 13 del Libro "Comuniciaciones y Redes de Computadoras: 1. Efectos de la congestión 2. Control de congestión 3. Gestión de tráfico UNIDAD II: TECNICAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS DIGITALES Tecnología de las Comunicaciones |19 El objetivo de esta unidad es comprender como se desplaza de la transmisión a la comunicación de datos. TECNICAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS DIGITALES TRANSMISIÓN DETECCION DE CORRECCIÓN DE CONFIGURACIONES TIPOS DE ERRORES INTERFACES ERRORES ERRORES DE LINEA ASÍNCRONA Y SÍNCRONA TRANSMISIÓN TRANSMISIÓN ASÍNCRONA SÍNCRONA 2.0.- Introducción La transmisión de una cadena de bits desde un dispositivo a otro, a través de una línea de transmisión,implica un alto grado de cooperación entre ambos extremos. Uno de los requisitos esencialeses la sincronización. El receptor debe saber la velocidad a la que se están recibiendo los datos, de talmanera que pueda muestrear la línea a intervalos constantes de tiempo para así determinar cadauno de los bits recibidos.Para este propósito, se utilizan habitualmente dos técnicas. En la transmisión asíncrona, cada carácter se trata independientemente. Esta técnica puede que no funcione correctamente para bloquesde datos excesiva- mente largos debido a que el reloj del receptor podría perder el sincronismores- pecto del emisor. La transmisión de datos en bloques grandes es más eficaz que latransmisión carácter a carácter. Para el envío de bloques grandes se utiliza la transmisión síncrona.Cada bloque de datos forma una trama la cual incluirá, entre otros campos, los delimitadores deprincipio y de fin. 2.1.- Transmisión Asíncrona y Síncrona Se estudia fundamentalmente la transmisión serie de datos, es decir, la transmisión dedatos a través de un único camino.En la transmisiónserie, losele- mentos de señalización se envían a través de la línea de transmisión de uno en uno.Cada elemento puede ser:  Menor que un bit: como en el caso de la codificación Manchester.  Un bit: NRZ-L es un ejemplo digital y FSK es un ejemplo analógico.  Mayor que un bit: como por ejemplo en QPSK. Para determinar el valor binario en la recepción de los datosdigitales se realiza un muestreo de la señal por cada bit recibido. En este caso, los defectos enla transmisión pueden corromper la señal de tal manera que se cometan errores ocasionales.Elproblema anterior se agrava por la dificultad adicional de la tempo- rización: para que el receptormuestree los bits recibidos correctamente debe co- nocer el instante de llegada, así como la duraciónde cada bit. Tecnología de las Comunicaciones |20 Hay dos enfoques habituales para resolver el problema de la sincroniza- ción.El primero se denomina, transmisión asíncrona. En esta aproximación, el pro- blema dela temporización se evita no enviando cadenas de bits largas de forma ininterrumpida. En su lugar,los datos se transmiten enviándolos carácter a carác- ter. Normalmente, cada carácter tiene una longitudde 5 a 8 bits. La temporización o sincronización se debe mantener solamente durante la duración del carácter, ya que el receptor tiene la oportunidad de resincronizarse al principio decada nuevo carácter. Cuando no se transmite ningúncarácter (Figura 6.1), la línea entre el emi- sor y el receptor estará en estado de reposo. La definición de reposoes equivalente al elemento de señalización correspondiente al 1 binario. Así, en la señaliza- ciónNRZ-L, habitual en la transmisión asíncrona, el estado de reposo correspon- deríacon la presencia de una tensión negativa en la línea. El principio de cada carácter se indica medianteun bit de comienzo que corresponde al valor binario 0. A continuación se transmite el carácter,comenzando por el bit menos significativo, que tendrá entre cinco y ocho bits.El bit de paridad se determina en el emisor,de tal manera que el número de unos dentro del carácter, incluyendo el bit de pari- dad, sea par(paridad par) o impar (paridad impar). Este bit se usa en elreceptor para la detección de errores. Por último, está el denominadoelemento de pa- rada, que corresponde a un 1 binario. Se debe especificar la longitud mínimadel elemento de parada, la cual normalmente es igual a 1, 1,5 o 2 veces la duración de un bitconvencional. Si el receptor es un 5 por ciento más rápido, o más lento, que el emisor, el octavo muestreo estarádesplazado un 45 por ciento, lo que significa que todavía es aceptable. En la Figura 6.1c se muestrael efecto de un error de temporización lo suficientemente grande como para provocar un erroren la recepción. Un error como el anterior en realidad dará lugar a dos errores. Primero, el último bit muestreadoserá incorrecto, y segundo, la cuenta de bits puede estar desalineada. Si el bit 7 es un 1 y elbit 8 es un 0, el bit 8 se puede interpretar erróneamente como un bit de comienzo. Este tipo deerror se denomina error de delimitación de trama. Tecnología de las Comunicaciones |21 La transmisión asíncrona es sencilla y de bajo coste, si bien requiere 2 o 3 bits suplementariospor cada carácter. No obstante, como se muestra en la Figura 6.1c, cuantomayor sea el bloque de bits, mayor será el error de temporización acumulativo. En la transmisión síncrona, cada bloque de bits se transmite como una ca- dena estacionaria sin utilizarcódigos de comienzo o parada.Para prevenirla pérdida de sincronismo entre el emisor y el receptor, sus relojes se deberán sincronizar dealguna manera. Una posibilidad puede ser proporcionar la señal de reloj a través de una línea independiente.Esta técnica funciona bien adistancias cortas. Sin em- bargo, a distancias superiores, los pulsos de reloj pueden sufrir las mismasdificul- tades y defectos que las propias señales de datos, por lo que pueden aparecer errores de sincronización.La otra alternativa consiste en incluir la información re- lativa a la sincronización en lapropia señal de datos. En señalización digital, esto se puede llevar a cabo mediante la codificaciónManchester o Manchester diferen- cial. En señalización analógica se han desarrollado, a su vez, variastécnicas; por ejemplo, usando la fase de la propia portadora. Para llevar acabo esto, cada bloque comienza con un patrón de bits deno- minado preámbulo y, por lo general,termina con un patrón de bits denominado final. Al conjunto debits, o unidad de información formada por los datos más el preámbulo más los bits de final juntocon la información de control se le denomi- natrama. Normalmente, la trama comienza con un preámbulo de 8 bits llamado de- limitador(flag). El mismo delimitador se utiliza igualmente como indicador del final de la trama. Elreceptor buscará la aparición del delimitador que determina el co- mienzo de la trama. Este delimitadorestará seguido por algunos campos de con- trol, el campo de datos (de longitud variable para lamayoría de los protocolos), máscampos de control y, por último, se repetirá el delimitador indicando el final de la trama. Para los bloques de datos que sean suficientemente grandes, la transmisión síncrona es muchomás eficiente que la asíncrona. La transmisión asíncrona re- quiere un 20 por ciento, o más, de bitssuplementarios. 2.2.- Tipos de Errores Se dice que ha habido un error cuando se altera un bit. Esdecir, cuando se transmite un 1 binario y se recibe un 0, o cuando se transmite un 0 binario y serecibe un 1. Existen dos tipos de errores: errores aislados o errores a ráfagas. Los primeros correspondencon eventualidades que alteran a un solo bit, sin llegar a afectar a los vecinos. Por el contrario,se dice que ha habido una ráfaga de Tecnología de las Comunicaciones |22 longitud B cuando se recibe una secuencia de B bits enla que el primero, el último y cualquier número de bits intermedios son erróneos. Un error aislado se puede dar en presencia de ruido blanco. Por lo gene- ral,las ráfagas son más frecuentes y más difíciles de tratar. Pueden estar causadas por ruido impulsivo. En entornos de comunicación móvil, otra causa para las ráfa- gas sonlos desvanecimientos. Téngase en cuenta que los efectos de una ráfaga serán siempre mayores cuanto mayor sea lavelocidad de transmisión. 2.3.- Detección de Errores Elruido dará lugar a errores que modificarán uno o varios bits de la trama.A continuación, se definen las siguientes probabilidades para los posiles errores en las tramastransmitidas: Pb : Probabilidad de que un bit recibido sea erróneo, también se denomina tasa de error por bit(BER, Bit Error Rate). P1 : probabilidad de que una trama llegue sin errores. P2 : probabilidad de que, utilizando un algoritmo para la detección de erro- res, una trama lleguecon uno o más errores no detectados. P3 : probabilidad de que, utilizando un algoritmo para la detección de erro- res, una trama lleguecon uno o más errores detectados y sin errores indetectados. Dada una trama de bits, se añaden bits adicionales por parte del transmisor para formar un código con capacidad de detectar errores. Estecódigo se calculará en función de los otros bits que se vayan a transmitir. Generalmente, para unblo- que de datos de k bits, el algoritmo de detección de errores utiliza un código de n - k bits,siendo (n - k) < k.El código de detección de errores, también llamado bits de comprobación, seañade al bloque de datos para generar la trama de n bits de longitud, la cual será posteriormentetransmitida. El esquema más sencillo para detectar errores consiste en añadir un bit de paridad al final de cadabloque de datos. El valor de este bit se determina de tal forma que el carácterresultante tenga un número impar de unos (paridad impar) o un número par (paridad par). Tecnología de las Comunicaciones |23 Nótese, no obstante, que si dos (o cualquier número par) de bits se invier- ten debido a un error,aparecerá un error no detectado. Normalmente, se utiliza paridad par para la transmisión síncrona yparidad impar para la asíncrona. Uno de los códigos para la detección de errores más habitual y más potente son los de comprobaciónde redundancia cíclica (CRC, CyclicRedun- dancyvCheck), Dado un bloque o mensaje de k-bits, el transmisor genera una secuencia de(n-k) bits, denominada secuencia de comprobación de la trama (FCS, Frame- CheckSequence),de tal manera que la trama resultante, con n bits, sea divisible por algún número predeterminado.El receptor dividirá la trama recibida entre ese número y si no hay resto en la división, supondráque no ha habido errores Para ampliar se recomienda leer "Comunicaciones y redes de Computadores" de W. Stallings Pag 185-191. 2.4.- Corrección de Errores La corrección de errores mediante el uso de códigos para la detección deerrores exige retransmitirbloques de datos. Este enfoque puede no ser del todo apropiado en aplicaciones inalámbricas por las dos razonessiguientes: 1. La tasa de errores por bit en un enlace inalámbrico puede ser bastante elevada, lo que resultaráen un gran número de retransmisiones. 2. En algunos casos, especialmente en enlaces satelitales, el retardo de pro- pagación es muy elevado, comparado con el tiempo de transmisión de la trama. Sería deseable habilitar al receptor para que fuera capaz de corregir errores usandoexclusivamente los bits recibidos en la transmisión En la Figura 6.7 se muestra, en términos genéricos,cómo llevar a cabo este procedimiento. En el extremo del emisor, usando un codificador concorrección de errores hacia delante FEC (Forward Error Correction), para cada bloque de datos dek bits se genera uno de n bits (nbk) denominado palabra-código, que es trans- mitido. Tecnología de las Comunicaciones |24 En el receptor, estebloque se pasa al decodificador FEC, el cual generará una de las siguientes cuatro salidas: 1. Si no ha habido errores, la entrada al decodificador FEC es idéntica a la palabra-código original, por lo que el decodificador generará el bloque de datos original. 2. Para ciertos patrones de error, es posible que el decodificador detecte y corrija esos errores. Por tanto, aunque los bloques de datos recibidos difie- ran de la palabra-código transmitida, el decodificador FEC será capaz de asociar el bloque recibido al bloque de datos original. 3. Para ciertos patrones de error, el decodificador podrá detectarlos pero no corregirlos. En este caso, el decodificador simplemente informará sobre la detección de un error irrecuperable. 4. Para ciertos, aunque raros, patrones de error, el decodificador no detectará la ocurrencia de dichos errores y asignará el bloque de datos recibido, de n bits, a un bloque de k bits que será distinto al bloque original de k bits. Para ampliar se recomienda leer "Comunicaciones y redes de Computadores" de W. Stallings Pag 193-197. 2.5.- Configuraciones de Línea Las dos características que distinguen a las posibles configuraciones del enlace de datos son latopología y su funcionamiento en half-duplex o full-du- plex. Tecnología de las Comunicaciones |25 Se hace referencia a la disposición física de las estaciones en el medio de- transmisión. Si hay sólo dos estaciones (es decir, un terminal y un computador, o dos computadores),el enlace es punto a punto. Si hay más de dos estaciones, entonces se trata de una topologíamulti- punto. Actualmente, lastopologías multipunto son típicas de las redes de área lo- cal. El intercambio de datos a través de una línea de transmisión se puede cla- sificar como full-duplexohalf-duplex. En la transmisión half-duplex sólo una de las dos estaciones del enlace punto a puntopuede transmitir cada vez.Este modo también se denomina en dos sentidos alternos. En la transmisión full-duplex las dos estaciones pueden simultáneamente enviar y recibirdatos. Este modo, denominado dos sentidos simultáneos. En el caso de señalización digital, en la que se requiere un medio guiado, la transmisiónfull-duplex normalmente exige dos caminos separados (por ejemplo, dos pares trenzados), mientrasque la transmisión half-duplex necesita solamente uno. En el caso de señalización analógica, dependeráde la frecuencia: si una es- tación transmite y recibe a la misma frecuencia, utilizando transmisióninalámbrica se deberá operar en modo half-duplex, aunque para medios guiados se pue- deoperar en full-duplex utilizando dos líneas de transmisión distintas. Si una es- tación emite en unafrecuencia y recibe a otra, podrá operar en full-duplex si se usa transmisión inalámbrica. En el casode medios guiados podrá operar en full- duplex usando una sola línea. 2.6.- Interfaces Tecnología de las Comunicaciones |26 Los dispositivos finales, normalmente terminales y computadores,se deno- minan generalmente equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equip- ment).El DTE accede al medio de transmisión mediante la utilización de un equipo terminación delcircuito de datos (DCE, Data Circuit-terminatingEquipment), como por ejemplo un módem. El DCE es responsable de transmitir y recibir bits, de uno en uno, a través delmedio de transmisión o red. Por el otro, el DCE debe interaccionar con el DTE. En general, estoexige que se intercambien tanto datos como información de con- trol. Esto se lleva a cabo a travésde un conjunto de cables que se denominan circuitos de intercambio.Los dos DCE que intercambian señales a través dela línea de transmisión o la red deben entenderse mutuamente. Es decir, el receptor de cada DCEdebe usar el mismo esquema de codificación (por ejemplo Manchester o PSK) y la misma velocidadde transmisión que el transmisor del otro extremo. La interfaz tienecuatro características importantes o especificaciones:  Mecánicas.  Eléctricas.  Funcionales.  De procedimiento. Las características mecánicas describen la conexión física entre el DTE y el DCE. Las características eléctricas están relacionadas con los niveles de tensión y su temporización.Tanto el DTE como el DCE deben usar el mismo código (por ejemplo NRZ-L), deben usar losmismos niveles de tensión y deben utilizar la misma duración para los elementos de señal. Las características de procedimiento especifican la secuencia de eventos que se deben dar enla transmisión de los datos, basándose en las características funcionales de la interfaz. Las características funcionales especifican las funciones que se realizan a través de cada unode los circuitos de intercambio. Las funciones a realizar se pue- den clasificar en cuatro grandescategorías: datos, control, temporización y masa o tierra. La interfaz que más se utiliza es la especificada en el estándar V.24 de la UIT-T. De hecho, esteestándar especifica sólo los aspectos funcionales y de procedi- miento de la interfaz; para definir losaspectos eléctricos y mecánicos hace refe- rencia a otros estándares. En los Estados Unidos se definela norma EIA-232-F, una especificación prácticamente idéntica a V.24 que cubre las cuatro caracterís- ticasmencionadas. La correspondencia es la siguiente:  Mecánicas: ISO 2110  Eléctricas: V.28  Funcionales: V.24  De procedimiento: V.24 Para ampliar los temas que siguen leer "Comunicaciones y redes de Computadores" de W. Stallings Pag 200-206. Tecnología de las Comunicaciones |27 Aquí se define la señalización entre el DTE y el DCE. Se utiliza señalización digital en todos loscircuitos de intercambio. Esta normalización especificaque, respecto a una referencia de tierra co- mún, una tensión más negativa que -3 voltiosse interprete como un 1 binario, mientras que una tensión mayor de +3 voltios se interprete comoun 0 binario. Esto corresponde al código NRZ-L. Para las señales de control se aplican los mismos niveles de tensión: una tensión menor de -3voltios se interpreta como OFF y una tensión mayor de +3 voltios se interpreta como ON. Tecnología de las Comunicaciones |28 Tecnología de las Comunicaciones |29 La gran variedad de funciones que proporciona el V.24/EIA-232 se llevan a cabo mediante el usode un gran número de circuitos de intercambio. Ésta es una solución costosa. Una alternativa seríautilizar menos circuitos incorporando más lógica de control entre las interfaces del DTE y el DCE.Esta filosofía se adoptó en la especificación estándar X.21 (conector de 15 contactos)para la interfaz a redes públicas de conmutación de circuitos. Se ha adoptado de forma más radical en la especificación de la Red Digital de Servicios Integrados(RDSI), en la que se define un conector con 8 contactos. La RDSI es una red completamente digitalalternativa a las redes de telecomuni- caciones analógicas y de telefonía pública existentes en laactualidad. En la terminología RDSI, se establece una conexión física entre el equipo terminal (TE, Terminal Equipment) y el equipo terminador de línea (NT, Net- work-Terminatingequipment). En la Figura 6.15 se ilustra la asignación de estos contactos para cada una de las 8 líneas, tantoen el NT como en el TE. Tecnología de las Comunicaciones |30 Esta norma prevé la posibilidad de transmitir energía a través de la interfaz, en cualquiera delos dos sentidos, dependiendo de la aplicación en particular de que se trate. La especificación eléctrica de RDSI establece que se use transmisión equi- librada. En la transmisiónequilibrada, las señales se transmiten usando dos con- ductores, como por ejemplo un partrenzado. Las señales se transmiten mediante una corriente que va a través de uno de los conductoresy retorna por el otro, formando un circuito cerrado. En el caso de señales digitales, esta técnica se denomina señalización diferencial, ya que los valores binarios dependen del sentido de lasdiferencias de tensión entre los dos conductores. La transmisión no equilibrada se usa en interfacesmás antiguas, como la EIA-232, en la que se utiliza un solo conductor para transportar la señal,siendo el camino de retorno el circuito de tierra. El modo equilibrado tolera más, y produce menos ruido que el modo no equilibrado.Debido a que la transmisión no equilibrada noposee estas ventajas, su uso está normalmente restringido a cables coaxiales. El formato usado en la codificación de los datos en la interfaz RDSI depende de la velocidadde transmisión de los datos. Para la velocidad correspondiente a accesos básicos (192 kbps), elestándar especifica la utilización de codificación pseudoternaria. Para velocidades correspondientes a accesos primarios, hay dos posibilidades:si se opta por una velocidad de transmisión igual a 1.544 Mbps se utiliza la codificacióncon inversión de marca alternante (AMI, Alternate Mark Inversion) con B8ZS y si se opta por una velocidad igual a 2.048 Mbps se utiliza la codificación AMI con HDB3. Tecnología de las Comunicaciones |31 TRABAJO PRÁCTICO ACTIVIDAD OBLIGATORIA: Técnicas de Co- municación de Datos Digitales Debeserenviadaparasuevaluación 1. En la transmisión asíncrona, ¿cómo se distingue entre la transmisión de un carácter y el siguiente? 2. ¿Cuál es la desventaja principal de la transmisión asíncrona? 3. ¿Cómo se realiza la sincronización en la transmisión síncrona? 4. ¿Qué es un bit de paridad? 5. ¿Qué es la CRC? 6. ¿Por qué es de esperar que una CRC detecte más errores que un bit de paridad? 7. Enumere tres procedimientos distintos para obtener un algoritmo de CRC. 8. ¿Es posible diseñar un ECC que, aun corrigiendo algunos errores dobles, no los corrija todos?¿Por qué o por qué no? 9. En un ECC de bloque (n, k), ¿qué significa n y k? 10. ¿Qué es un DCE y cuál es su función? ACTIVIDAD EN EL FORO Forodediscusión: Código de Hamming Con este nombre se conoce a un conjunto de códigos correctores en k dígitos binarios Consignadetrabajo Investigar y discutir en que consiste este código para la detección y corrección de errores. Tecnología de las Comunicaciones |32 UNIDAD III: MULTIPLEXACIÓN El objetivo de esta unidad es entender cómo se comparte la capacidad de un enlace de datos a través de la multiplexación MULTIPLEXACIÓN DIVISIÓN DE DIVISIÓN EN POR DIVISIÓN DE TIEMPO EL TIEMPO ADSL XDSL FRECUENCCIAS SÍNCRONA ESTADÌSTICA DIVISIÓN LOGITUD DE ONDA 3.1.-MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIAS Es posible utilizar FDM cuando el ancho de banda útil del medio de trans- misión supera el ancho debanda requerido por las señales a transmitir. Se pueden transmitir varias señales simultáneamente sicada una de ellas se modula con una frecuencia portadora diferente y las frecuencias portadoras estánsuficientemente separadas para que los anchos de banda de las señales no se solapen de forma importante. La señal compuesta transmitida a través del medio es analógica. Tecnología de las Comunicaciones |33 En la Figura 8.4 se muestra un esquema general de un sistema FDM. Se multiplexan variasseñales analógicas o digitales [mi(t), i=1, n] a través del mismo medio de transmisión. Para ello,cada señal mi(t) se modula mediante una porta- dora fi. Dado que se usan varias portadoras, cadauna de ellas se denomina sub- portadora, pudiéndose hacer uso de cualquier tipo de modulación.Las señales mo- duladas analógicas resultantes se suman para dar lugar a una señal mb(t) en ban- dabase compuesta. En la Figura 8.4b se muestra el resultado. El espectro de la señal mi(t) se desplazahasta quedar centrado en fi. Para que este esquema fun- cione adecuadamente, fi se debe elegir demodo que los anchos de banda de las distintas señales no se solapen de forma significativa. En caso contrario, resultaría imposible recuperar las señales originales. Tras esto, la señal compuesta puede desplazarse como un todo a otra fre- cuencia portadora através de un proceso de modulación adicional. Dos problemas con los que se enfrenta un sistema FDM. El primeroes la diafonía, que puede aparecer si los espectros de señales componentes adyacentes se solapande forma importante. El sistema de transmisión de larga distancia existente en los Estados Unidos y en todo el mundo hasido diseñado para transmitir señales en la banda de voz a través de enlaces de transmisión de altacapacidad, como cable coaxial y sistemas de microondas. Tecnología de las Comunicaciones |34 Toda la potencialidad de la fibra óptica puede explotarse mediante la trans- misión de haces de luz afrecuencias diferentes sobre una misma fibra. Aunque esto es una forma de multiplexación por divisiónen frecuencias (FDM), se deno- mina usualmente multiplexación por división en la longitudde onda (WDM, Wa- velengthDivisionMultiplexing). En WDM, el haz de luz a través de la fibraconsta de varios colores, o lon- gitudes de onda, cada uno de los cuales transporta un canal de datosdistinto. Un sistema WDM típico tiene la misma arquitectura que uno FDM. Diversas fuentes generanun haz láser a diferentes longitudes de onda. Éstos son enviados a un multiplexor, el cual combinalas fuentes para su transmisión sobre una misma línea de fibra. La mayor parte de los sistemas WDM operan en el rango de 1.550 nm. En los primeros sistemasse reservaban 200 MHz para cada canal, pero en la actuali- dad la mayoría de los sistemasWDM usan un espaciado de 50 GHz. El espaciado de canal definido en la norma G.692 de laITU-T, que da cabida a 80 canales de 50 GHz, se resume en la Tabla 8.2. Tecnología de las Comunicaciones |35 3.2.- MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO SIN- CRONA La multiplexación por división en el tiempo síncrona es posible cuando la velocidad de transmisiónalcanzable (a veces llamada inapropiadamente ancho de banda) por el medio excede la velocidadde las señales digitales a transmitir. Se pueden transmitir varias señales digitales (o señales analógicasque transportan datos digitales) a través de una única ruta de transmisión mediante la mezclatem- poral de partes de cada una de las señales. El proceso de mezcla puede ser a nivel de bit o enbloques de octetos o cantidades superiores. En la Figura 8.6 se muestra un esquema general de un sistema TDM sín- crono. Se multiplexanvarias señales [mi(t), i%1, n] sobre el mismo medio de transmisión. Las señales transportan datosdigitales y son, en general, señales di- gitales. Los datos de entrada procedentes de cada fuente sealmacenan breve- mente en una memoria temporal o «buffer». Cada memoria temporal tiene una- longitud típica de un bit o un carácter. Estas memorias temporales se sondean secuencialmente paracomponer una secuencia de datos digital compuesta, mc(t). El sondeo es lo suficientemente rápidopara que cada memoria temporal se vacíe antes de que se reciban nuevos datos. Por tanto, lavelocidad de mc(t) debe ser igual, al menos, a la suma de las velocidades de las señales mi(t). Laseñal digital mc(t) puede transmitirse directamente o se puede hacer pasar a través de un módempara dar lugar a una señal analógica. En ambos casos la transmisión es generalmente síncrona. La técnica de mezcla de caracteres se usa con fuentes síncronas y asíncro- nas, conteniendo cadaranura temporal un carácter de datos. Usualmente, los bits de principio y de fin de cada carácter seeliminan antes de la transmisión y se reinsertan por parte del receptor, mejorando así la eficiencia. Tecnología de las Comunicaciones |36 La técnica TDM síncrona se denomina síncrona no porque se emplee trans- misión síncrona, sinoporque las ranuras temporales se preasignan y fijan a las distintas fuentes. Se considerarán dos mecanismos clave en el control delenlace de datos: control de flujo y control de errores. Es claro que el control de flujo no es necesa- riopor lo que se refiere al multiplexor y al demultiplexor. La velocidad de datoses fija en la línea del multiplexor, estando éste y el demultiplexor diseñados para operar a estavelocidad. Pero supóngase que una de las líneas de salida está co- nectada a un dispositivo que esincapaz de aceptar datos temporalmente. ¿Debería cesar la transmisión de tramas TDM? Concluyentementeno, ya que las restantes líneas de salida están esperando a recibir datos en instantesde tiempo predeter- minados. La solución consiste en que el dispositivo de salida que se ha saturado- detenga el flujo de datos proveniente del correspondiente dispositivo de entrada. El razonamiento es el mismo para el control de errores. El control de flujo y el control de errores pueden aplicarse para cada canal independientementeusando un protocolo de control del enlace de datos como HDLC.En la Figura 8.7 se muestra unejemplo simplificado. Se suponen dos fuentes de datos, cada una de las cuales utiliza HDLC. Unade ellas transmite una secuencia de tramas HDLC de tres octetos de datos cada una, y la otra fuentetransmite tramas HDLC con cuatro octetos de datos. Por sencillez, y aunque es más fre- cuente lamezcla de bits, supóngase que se usa multiplexación por mezcla de ca- racteres. Obsérvese lo quesucede. Los octetos de las tramas HDLC de las dos fuentes se transmiten juntos a través de la líneamultiplexada. Todas las piezas se ensamblan correctamente antes de que se reciban en el dispositivocorrespon- diente al otro extremo del protocolo HDLC. En este sentido, la operación de mul- tiplexación/demultiplexación es transparente para las estaciones conectadas. Ya se ha visto que no es preciso un protocolo de control del enlace para gestionar la línea TDM.No obstante, es necesaria una delimitación básica. Dado que no se han especificado indicadores ocaracteres SYNC para delimitar las tramas TDM, es necesario algún método para asegurar la sincronizaciónde éstas. El me- canismo más usual para llevar a cabo la delimitación de tramas sea el conocido- como delimitación por dígitos añadidos. Generalmente, en este esquema se in- cluye un bit de controlen cada trama TDM. A modo de «canal de control», en cada Tecnología de las Comunicaciones |37 trama se usa una combinaciónpredefinida de bits. Un ejemplo típico es el patrón de bits alternantes 101010. El problema más difícil en el diseño de un multiplexor por división en el tiempo síncronosea el relativo a la sincronización de las distintas fuentes de datos. Si cada fuente dispone de unreloj independiente, cualquier variación entre los re- lojes puede causar la pérdida del sincronismo.En algunos casos puede suceder también que las velocidades de datos de las secuencias de entradano estén rela- cionadas por un número racional simple. En ambos casos resulta efectivo el uso de latécnica conocida como inserción de bits. En ella, la velocidad de salida del multiplexor, excluyendolos bits de delimitación, es mayor que la suma de las ve- locidades de entrada instantáneas máximas. Los pulsos insertados lo son en posiciones fijas dentro del formato de trama del multiplexor,de manera que puedan ser identificados y eliminados en el demul- tiplexor. Tecnología de las Comunicaciones |38 El sistema de transmisión de larga distancia de los Estados Unidos y del resto del mundo se diseñópara transmitir señales de voz a través de enlaces de transmisión de alta capacidad, como fibraóptica, cable coaxial y microondas. Parte de la evolución de estas redes de telecomunicación haciala tecnología digital ha consistido en la adopción de estructuras de transmisión TDM síncrona. Enlos Es- tados Unidos, AT&T desarrolló una jerarquía de estructuras TDM con diferentes capacidades;esta estructura se ha adoptado también en Canadá y en Japón. Una jerarquía análoga, aunquepor desgracia no idéntica, ha sido adoptada internacio- nalmente bajo los auspicios de la ITU-T. La base de la jerarquía TDM (en Norteamérica y Japón) es el formato de transmisión DS-1, en el que se multiplexan 24 canales. Cada trama contiene 8 bits por canal másun bit de delimitación; es decir, 24 x 8 + 1=193 bits. Para transmi- siones de voz se aplican lassiguientes reglas. Cada canal contiene una palabra de datos de voz digitalizada. La señal de vozanalógica original se digitaliza haciendo uso de la técnica de modulación por codificación de pulso(PCM) a una velocidad de 8.000 muestras por segundo. Por tanto, cada canal, y en consecuenciacada trama, se debe repetir 8.000 veces por segundo. Con una trama de longitud de 193 bits se dispone, pues, de una velocidad de 8.000 x 193=1,544 Mbps. En cinco de cada seis tramas seutilizan muestras PCM de 8 bits. Cada seis tramas, cada uno de los canales contiene una palabraPCM de 7 bits más un bit de señaliza- ción. El formato DS-1 se emplea también para proporcionar servicio de datos digitales. Por cuestionesde compatibilidad con la voz, se usa la misma velocidad de 1,544 Mbps. En este caso existen23 canales de datos. El canal de posición Tecnología de las Comunicaciones |39 vigésimo cuarta se reserva para un carácter especial sync,que permite una recu- peración más rápida y fiable de la delimitación tras un error en la misma. Finalmente, el formato DS-1 se puede usar también para transportar una mezcla de canales devoz y de datos. En este caso se utilizan los 24 canales, no existiendo octeto sync. La Red Óptica Síncrona (SONET, SynchronousOpticalNETwork) es una in- terfaz de transmisiónóptica propuesta originalmente por BellCore y normalizada por ANSI. La ITU-T ha publicado, enla recomendación G.7072, una versión com- patible denominada Jerarquía Digital Síncrona (SDH, Synchronous Digital Hie- rarchy). SONET se ideó para proporcionar una especificación que aprovechelas ventajas que proporciona la transmisión digital de alta velocidad a través de fibra óptica. La especificación SONET define una jerarquía de velocidades de datos digitales normalizadas. En el nivel más bajo, denominado STS-1 (SynchronousTrans- portSignallevel1) u OC-1 (OpticalCarrierlevel 1), la velocidad es 51,84 Mbps. Esta velocidad se puede usarpara transportar una sola señal DS-3 o un grupo de señales a velocidad inferior, como DS1, DS1C,DS2 y otras velocidades ITU-T. La velocidad menor considerada en la jerarquía digital síncrona de la ITU- T es 155,52 Mbps,denominada STM-1. Ésta se corresponde con STS-3 de SONET. El bloque básico en SONET es la trama STS-1, que consta de 810 octetos y se transmite a razón deuna cada 125 µs, dando lugar a una velocidad total de 51,84 Mbps. Tecnología de las Comunicaciones |40 Las tres primeras columnas (3 octetos x 9 filas = 27 octetos) de la trama son octetos suplementarios.Nueve de ellos están dedicados a información suple- mentaria relacionada con las seccionesy los otros 18 se dedican a información suplementaria de línea. El resto de la trama es información útil, también denomina carga útil o payload. 3.3.- MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO ESTA- DÍSTICA En un multiplexor por división en el tiempo síncrona es usual que se des- aprovechen muchas de lasranuras temporales dentro de una trama. Una alternativa a la técnica TDM síncrona es la TDM estadística. Al igual que en TDM síncrona, el multiplexor estadísticotiene varias líneas de entrada/sa- lida por un lado y una línea multiplexada de velocidad superior porotro. Cada línea de entrada/salida tiene asociada una memoria temporal. En el caso del multiple- xorestadístico hay n líneas de entrada/salida, pero sólo k, con k

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