Técnica de Comunicaciones Eléctricas

Trasmisión digital

Eduardo Interiano

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Contenido

! Transmisión serie y paralelo

! Transmisión en banda base

! Códigos de línea

! Códigos de detección y corrección de errores

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Transmisión serie y paralelo

! Transmisión serie! Se transmite bit por

bit

! Transmisión en paralelo! Se transmiten varios

bits simultáneamente

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Transmisión en paralelo

! Se transmiten grupos de bits en paralelo

! Alta velocidad! Muchas conexiones (n-líneas + control)! Longitud limitada a varios metros! Velocidad en bytes/segundo o múltiplos

como Mbytes/segundo

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Transmisión en paralelo

! Apta para comunicación dentro de una placa de circuito impreso

! Usada para comunicar equipos a muy corta distancia entre sí ej: computadora a impresora o a discos externos

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Transmisión serie

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

! sin modulación algunos cientos de metros! con modulación ilimitado

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

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Transmisión serie: requisitos

! El receptor tiene que identificar el inicio y el fin del mensaje o secuencia de bits

! También debe ser capaz de identificar el inicio y el fin de cada bit

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Transmisión serie: tipos

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

! Serie asincrónica

! Serie sincrónica

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Transmisión serie asincrónica

! La señal de reloj no se incluye con los datos, el receptor y el transmisor deben ponerse de acuerdo antes sobre la velocidad de transmisión

! Ya que los relojes en el receptor y transmisor sólo se sincronizan al inicio de la secuencia, se limita la cantidad de bits para que el error de sincronización no sea demasiado grande

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Transmisión serie asincrónica

! La unidad de datos es el byte o carácter, que se transmite separado de otros por un tiempo totalmente variable

! La trama de un byte incluye un bit de inicio, varios bits de datos, uno o varios bits de parada y opcionalmente un bitde paridad

! La línea toma el valor marca cuando está inactiva

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Transmisión serie asincrónica

TT=Tiempo de bit

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Eficiencia de la transmisión serie asincrónica

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

%808.0108

asinc ====sTotaldeBitsBitsdeDatoη

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Transmisión serie sincrónica

! La señal contiene información del reloj entremezclada con los datos

! El receptor extrae el reloj de la señal para sincronizarse

! Como el receptor está siempre sincronizado con el transmisor, el número máximo de bits se puede incrementar sin aumentar el error de sincronización

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Transmisión serie sincrónica

! La unidad de datos es la trama, la cual contiene varios bytes de datos

! Para sincronizar el inicio y el fin de la trama se utilizan secuencias especiales de bits (flag), que no pueden ocurrir en el campo de los datos u otro

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Transmisión serie sincrónica

Flag FlagDirección Control FCSDatos

1 2 2 variable (1500 máx.) 2 1

Formato de una trama sincrónica típica

Bytes:

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Eficiencia de la transmisión serie sincrónica

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

%47.999947.015081500

sinc ====esTotaldeBytosBytesdeDatη

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Transmisión en banda base

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

f [Hz]

M

0

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Códigos de línea: propiedades deseables

! Autosincronización! Baja probabilidad de error de bits! Espectro adecuado para el canal! Ancho de banda de transmisión

pequeño! Capacidad de detección de errores! Transparente

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Códigos de línea: ejemplos

NRZ unipolar

NRZ polar

NRZ invertida(codificación diferencial)

Bipolar

Manchester

Manchester diferencial

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Espectros de códigos de línea

Espectro de algunas formas de codificación

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AMI (Alternate Mark Inversion)

Usado en las líneas dedicadas T1 a 1.544 kbps, no es transparente

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HDBn (High Density Bipolar n)

! Son códigos AMI modificados! En éstos, la regla de alternancia de

polaridades de impulsos consecutivos es violada intencionalmente! En el caso de que la señal binaria presente

más de n bits cero consecutivamente, se inserta un impulso V ¨impulso de violación¨ que tiene la misma polaridad que el anterior

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HDB3 (High Density Bipolar 3)Usado a 2.048, 8.448, 34.368 kbps, cada 4 ceros seguidos se sustituyenpor 3 ceros y un impulso de violación V, o B + (n-1) bits 0 + V

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2B1Q (two bits on one QUAT )

Es un código bipolar de cuatro niveles donde cada elemento de señal corresponde a dos bits transmitidos (QUAT). Usado en ISDN BRI y HDLC

Informacióndigital

Señal sincodificar

2B1Q

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Corrección de errores

! En sistemas de comunicación digital se usan dos tipos de corrección de errores:

! Solicitud de repetición automática (ARQ : Automatic Repeat Request)

! Corrección anticipada de errores(FEC : Forward Error Correction)

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Corrección de erroresSolicitud de repetición automática

! Se emplea en sistemas de comunicación bidireccionales simultáneos (full-duplex)

! Si el receptor encuentra que el mensaje está bien envía un ACK al transmisor

! Cuando el receptor detecta errores en un bloque de datos, solicita que se retransmita el mensaje por medio de un NACK

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Corrección de errores

Corrección anticipada de errores

! Se emplea en sistemas de comunicación en canales de una vía (simplex) o en sistemas duplexcon demoras grandes en la transmisión

! Los datos transmitidos se codifican de forma tal que el receptor pueda detectar y corregir los errores

! Estos métodos se clasifican como codificación del canal

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Codificación de canal

Sistema de comunicación digital en general

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Codificación de canal

! La codificación implica agregar bits adicionales (redundantes) al flujo de datos de modo que el decodificador reduzca o corrija los errores a la salida del receptor

! Los bits adicionales aumentan los requisitos de ancho de banda de la señal codificada

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Clasificación de códigos

! De bloque! El codificador no tiene memoria

! Convolucionales! El codificador tiene memoria

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Clasificación de códigos

De bloque! Se transforman k símbolos binarios de

entrada en n símbolos binarios de salida con n > k

! Se selecciona la codificación que produzca redundancia, tal como bits de paridad

! Ejemplos de códigos de bloque: ! Hamming! Reed-Solomon

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Clasificación de códigos

Convolucionales! Se transforman k símbolos binarios de

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

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Tasa de error de bits (BER: Bit Error Ratio)

! Es una medida del deterioro de la información en un sistema de comunicaciones digital (similar a la relación señal a ruido de los sistemas analógicos)

! Es la probabilidad de error de bit! En forma simple, es el número de errores

dividido entre el número total de bits en un intervalo de tiempo determinado

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Tasa de error de bits (BER: Bit Error Ratio)

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

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

sBitsTotaleorBitsConErrBER =

510*100001.01000000

10 −===BER

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Códigos de detección de errores

! Paridad simple ! paridad transversal! paridad longitudinal

! Verificación de redundancia cíclica (CRC: Cyclic Redundancy Check)! CRC-16 o CRC-32

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Paridad simple

! La paridad P, es el número de bits 1 de una secuencia de bits

! Si se acuerda paridad par, el número de bits 1 debe ser par en la secuencia.

! Para lograrlo, se inserta un 0 o un 1 el el campo correspondiente a P

100101103 unos ⇒ P = 1

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Paridad simple10010110

100101110

Ocurre un error durante la comunicación y se altera un bit

4 unos ⇒ P = 0 ≠ 1

Original

Alterado

No importa cual bit se altere, siempre que solo sea uno, y la paridad calculada en el receptor será diferente del valor de P y se puede detectar el error

Si se alteran dos bits cualesquiera, no se detectará error

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Verificación de redundancia cíclica (conceptual)

! Se divide la secuencia de bits a transmitir entre un número escogido especialmente

! El residuo de la división se coloca en el campo del CRC

! En el receptor se vuelve a dividir la secuencia recibida y si el residuo obtenido es diferente del CRC recibido, entonces hubo error en la comunicación

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Verificación de redundancia cíclica! Ejemplo: Usaremos el

número primo 13, como divisor, para mostrar el proceso

! el resultado es 7 y el residuo es 9. Se transmite el valor 100 con CRC = 9

! En el receptor se repite la división y si todo está en orden, el CRC será igual al residuo

99,713100

==== CRCR

99,713100

=⇒== CRCR

100101100100

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Códigos de corrección de errores

! Código de Hamming! Detecta dos errores y corrige un error con

d = 3 ≥ 2t+1, con t =1 errores corregibles

! Código de Reed-Solomon! Usado en CD, DAT y vídeo digital! Corrige hasta dos errores en mensajes de

hasta 251 Bytes de longitud

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Código de Hamming: definiciones

! Peso de Hamming es el número de bits 1! El peso de Hamming de es 4

! Distancia de Hamming entre dos palabras de código es el número de posiciones en las cuales difieren

! La distancia d = 2

10011110

10010110

11010110

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Código Hamming (7,4)

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

p1p2i0p4i1i2i3

0100101

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Código Hamming (7,4)! Se produce un error en

la comunicación que afecta el quinto bit

! Se realiza la operación XOR entre los bits de paridad recibidos y los calculados en el receptor, el resultado es cinco, hay que cambiar el bit cinco que está en error

01000101

01110011001

1 10

5

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Referencias

! Couch II, León W.. Sistemas de Comunicación Digitales y Analógicos. Prentice Hall, 5a Ed. México, 1998. Cap. 1, 3.

! León-García, Alberto, Widjaja, Indra. Redes de Comunicación, McGraw Hill, España, 2002. Cap. 3.