Embed Size (px)
Citation preview
2
Canals Físics I Codificació.
3
2 CANALS FÍSICS I CODIFICACIÓ.
2.1 TRANSMISSIÓ DE DADES
2.1.1 Conceptes i terminologia
2.1.1.1 Terminologia utilitzada en transmissió de dades
Els mitjans de transmissió poden ser : • Guiats si les ones electromagnètiques van encaminades al llarg d'un
camí físic; no guiats si el medi és sense canalitzar ( aire, aigua, etc... ). • Simplex si el senyal és unidireccional; half-duplex si ambdós estacions
poden transmetre, però no al mateix temps, i si ambdós poden transmetre a la vegada full-duplex.
2.1.1.2 Freqüència , espectre i ample de banda 1. Conceptes en el domini temporal . Un senyal, en l'àmbit temporal, pot ser contínua o discreta. Pot ser periòdica o no periòdica. Un senyal és periòdica si es repetix en intervals de temps fixos anomenats període. L'ona sinus és la més coneguda i utilitzada dels senyals periòdics. En l'àmbit del temps, l'ona sinus es caracteritza per l'amplitud, la freqüència i la fase .
S(t) = A x Sen ( 2 x pi x f x t + fase ) La longitud d'ona es definix com el producte de la velocitat de propagació de l'ona per la seua fase.
2. Conceptes del domini de la freqüència .
En la pràctica, una senyal electromagnètica està composta per moltes freqüències. Si totes les freqüències són múltiples d'una ona, eixa freqüència s'anomena freqüència fonamental. El període ( o inversa de la freqüència ) de la senyal suma de components és el període de la freqüència fonamental.
Es pot demostrar que qualsevol senyal està constituida per diverses freqüències d'una senyal sinus. L'espectre d'una senyal és el conjunt de freqüències que constituïxen la senyal. L'ample de banda és l'amplària de l'espectre. Moltes senyals tenen un ample de banda infinit , però la majoria de l'energia està concentrada en un ample de banda xicotet. Si una senyal té una component de freqüència 0, és una component contínua .
4
3. Relació entre la velocitat de transmissió i l'ample de banda . El medi de transmissió dels senyals limita molt les components de
freqüència a què pot anar el senyal , per la qual cosa el medi només permet la transmissió de cert ample de banda .
En el cas d'ones quadrades ( binàries ), aquestes es poden simular amb ones sinusoïdals en què el senyal només continga múltiples imparells de la freqüència fonamental . Com més ample de banda, més s'assembla la funció sinus (multifrecuència) a l'ona quadrada. Però generalment és prou amb les tres primeres components. Es pot demostrar que al duplicar l'ample de banda, es duplica la velocitat de transmissió a què pot anar la senyal.
Al considerar que l'ample de banda d'una senyal està concentrat sobre una freqüència central, l'augmentar esta, augmenta la velocitat potencial de transmetre el senyal. Però a l'augmentar l'ample de banda, augmenta el cost de transmissió del senyal encara que disminuïx la distorsió i la possibilitat d'idea d'errors.
2.1.2 Transmissió de dades analògiques i digitals
Les dades analògiques prenen valors continus i els digitals, valors discrets. Un senyal analògic és un senyal continu que es propaga per certs medis .
Un senyal digital és una sèrie de polsos que es transmeten a través d'un cable ja que són polsos elèctrics. Les dades analògiques es poden representar per un senyal electromagnètic amb el mateix espectre que les dades. Les dades digitals se solen representar per una sèrie de polsos de tensió que representen els valors binaris del senyal. La transmissió analògica és una forma de transmetre senyals analògics ( que poden contindre dades analògiques o dades digitals ). El problema de la transmissió analògica és que el senyal es debilita amb la distància , per la qual cosa cal utilitzar amplificadors de senyal cada cert distància .
La transmissió digital té el problema que el senyal s'atenua i distorsiona amb la distància, per la qual cosa cada certa distància cal introduir repetidors de senyal . Darrerament s'utilitza molt la transmissió digital pel fet que :
• La tecnologia digital s'ha abaratit molt . • A l'usar repetidors en compte d'amplificadors, el soroll i altres
distorsions no és acumulatiu . • La utilització de banda ampla és més aprofitada per la
tecnologia digital . • Les dades transportades es poden encapsar i per tant hi ha més
seguretat en la informació . • Al tractar digitalment tots els senyals , es poden integrar servicis
de dades analògics ( veu, vídeo, etc... ) amb digitals com a text i altres .
Canals Físics I Codificació.
5
2.1.3 Pertorbacions en la transmissió.
2.1.3.1 Atenuació. L'energia d'un senyal decau amb la distància, per la qual cosa cal
assegurar-se que arribe amb la suficient energia com per a ser captada pels circuits del receptor i a més, el soroll ha de ser sensiblement menor que la senyal original ( per a mantindre l'energia de la senyal s'utilitzen amplificadors o repetidors ).
Pel fet que l'atenuació varia en funció de la freqüència, les senyals analògiques arriben distorsionades, per això cal utilitzar sistemes que li tornen a la senyal les seues característiques inicials ( usant bobines que canvien les característiques elèctriques o amplificant més les freqüències més altes ) .
2.1.3.2 Distorsió de retard. Ja que en medis guiats, la velocitat de propagació d'un senyal varia
amb la freqüència, hi ha freqüències que arriben abans que altres dins de la mateixa senyal i per tant les diferents components en freqüència del senyal arriben en instants diferents al receptor. Per a atenuar este problema s'usen tècniques d’equalització .
2.1.3.3 Soroll El soroll és tot aquell senyal que s'inserix entre l'emissor i el
receptor d'un senyal donat . Hi ha diferents tipus de soroll: soroll tèrmic a causa de l'agitació
tèrmica d'electrons dins del conductor, soroll d'intermodul·lació quan distintes freqüències compartixen el mateix medi de transmissió, diafonia quan hi ha un adaptament entre les línies que transporten les senyals i el soroll impulsiu que es tracta de polsos discontinus de poca duració i de gran amplitud que afecten al senyal .
2.1.3.4 Capacitat del canal S'anomena capacitat del canal a la velocitat en que es poden
transmetre les dades en un canal de comunicació de dades. La velocitat de les dades és la velocitat expressada en bits per segon a la que es poden transmetre les dades. L'ample de banda sera el de la senyal transmesa i que està limitat pel transmissor i per la naturalesa del medi de transmissió ( en hertzs ).
La taxa d'errors és la raó a què ocorren errors. Per a un ample de banda determinat és aconsellable la major velocitat de transmissió possible però de forma que no se supere la taxa d'errors aconsellable. Per a aconseguir açò , el major inconvenient és el soroll. Per a un ample de banda donat W, la major velocitat de transmissió possible és 2W, però si es permet ( amb senyals digitals ) codificar més d'un bit en cada cicle, és possible transmetre més quantitat d'informació. La formulació de Nyquist ens diu que augmentat els nivells de tensió diferenciables en el senyal, és possible incrementar la quantitat d'informació transmesa.
C= 2W log2 M
6
El problema d'aquesta tècnica és que el receptor deu ser capaç de diferenciar més nivells de tensió en el senyal rebuda, cosa que és dificultada pel soroll. Quant major és la velocitat de transmissió, major és el dany que pot ocasionar el soroll. Shannon ens va proposar la fórmula que relaciona la potència del senyal ( S ) , la potència del soroll ( N ) , la capacitat del canal ( C ) i l'ample de banda ( W ).
C = W log2 ( 1+S/N ) Aquesta capacitat és la capacitat màxima teòrica de quantitat de
transmissió, però en la realitat, és menor pel fet que no s'ha tingut en compte ni més menys que el soroll tèrmic .
2.2 Canals físics
El canal és el medi físic a través del qual viatja la informació d'un punt a un altre, és a dir és el suport per mitjà del qual l'emissor i el receptor poden comunicar-se. Les seues característiques són importants per a una comunicació efectiva, ja que d'elles depén en gran manera la qualitat dels senyals rebudes o en els nodes intermedis en una ruta.
Els canals poden pertànyer a una de dos classes: • Guiats i no guiats, els canals guiats suporten els senyals que contenen
informació des de la font fins al destí, per exemple: cables de coure, cables coaxials i fibres òptiques; els no guiats difonen el senyal sense una guia, als quals pertanyen els canals de ràdio, que inclouen també microones i enllaços satel·litals.
La qualitat de la transmissió depén de la naturalesa del medi i del senyal que es transmet a través d'aquest. Per als mitjans guiats, és el medi el que establix les limitacions per a la transmissió, tals com la velocitat de transmissió de la informació, l'ample de banda que pot suportar, etc. Però per als mitjans no guiats, resulta més important en la transmissió l'espectre de freqüència del senyal que emet l'antena, mes que el medi de transmissió.
Canals Físics I Codificació.
7
2.2.1 MEDIS GUIATS
Per aquestos tipus de canals poden ser transmeses les següents taxes:
30-300 KHz
cable de coure
(parell trenat)
Fins a 4 Mbps (4 milions de bits per segon)
Cable coaxial
Fins a 500 Mbps (5000 milions de bits per segon)
Fibra òptica
Fins al 2000 Mbps (2000 milions de bits per segon; o bé 2
"giga"bps: 2 Gbps)
Ara anem a vore els mitjans guiats mes usuals:
2.2.1.1 Esbosses de fil.
Aquest és el medi mes simple per a la transmissió, la informació es transmet per mitjà de cables conductors sense recobriment dielèctric, amb la qual cosa deuen anar separats.
El senyal a transmetre s'aplica a un cable, mentre que l'altre es manté a terra. No s'usa quasi, ja que és molt sensible als sorolls elèctrics que provoca l'adaptament capacitiu entre els dos fils, a més d'atenuar prou el senyal.
2.2.1.2 Parells trenats. UTP (Unshield Twiested Pair)
És el tipus de cable més comú i es va originar com a solució per a connectar telèfons, terminals i ordinadors sobre el mateix cablejat, ja que està habilitat per a comunicació de dades permetent freqüències més altes transmissió.
Amb anterioritat, a Europa, els sistemes de telefonia empraven cables de parells no trenats.
Cada cable d'este tipus està compost per una sèrie de parells de cables trenats. Els parells es trenen per a reduir la interferència entre parells adjacents (dos parells paral·lels constituïxen una antena simple, en tant que un parell trenat no).
8
Es poden utilitzar tant per a transmissió analògica com digital, i el seu ample de banda depén de la secció de coure utilitzat i de la distància que haja de recórrer.
Es tracta del cablejat més econòmic i la majoria del cablejat telefònic és d'este tipus.
Presenta una velocitat de transmissió que depén del tipus de cable de parell trenat que s'estiga utilitzant. Normalment una sèrie de parells s'agrupen en una única funda de color codificat per a reduir el nombre de cables físics que s'introduïxen en un conducte.
El nombre de parells per cable són 4, 25, 50, 100, 200 i 300. Quan el nombre de parells és superior a 4 es parla de cables multipar. Tipus de cables de parell trenat: No blindat.
És el cable de parell trenat normal i se li referència per les seues sigles en anglés ATP ( Unshield Twiested Pair; Parell Trenat no Blindat ). Els majors avantatges d'este tipus de cable són el seu davall cost i la seua facilitat de maneig.
Els seus majors desavantatges són la seua major taxa d'error respecte a altres tipus de cable, així com les seues limitacions per a treballar a distàncies elevades sense regeneració.
Per a les distintes tecnologies de xarxa local, el cable de parells de coure no blindat s'ha convertit en el sistema de cablejat més àmpliament utilitzat. Està dividit en categories per l'EIA/TIA :
• Categoria 1: Fil telefònic trenat de qualitat de veu no adequat per a les transmissions de dades. Velocitat de transmissió inferior a 1 Mbits/seg
• Categoria 2 : Cable de parell trenat sense apantallar. La seua velocitat de transmissió és de fins a 4 Mbits/sec.
• Categoria 3 : Velocitat de transmissió de 10 Mbits/sec. Amb este tipus de cables s'implementa les xarxes Ethernet 10-Base-T
• Categoria 4 : La velocitat de transmissió arriba a 16 bits/sec.
• Categoria 5 : Pot transmetre dades fins a 100 Mbits/sec. Hi ha diversos nivells, el més recomanable ara és el nivell 5. Des
del nivell 5 suporta la transmissió d'àudio, vídeo i dades d'alta qualitat. Té una longitud màxima limitada i, a pesar dels aspectes negatius, és una opció a tindre en compte pel fet que ja es troba instal·lat en molts edificis com a cable telefònic i açò permet utilitzar-lo sense necessitat d'obra.
La majoria de les mànegues de cable de parell trenat conté més d'un parell de fils pel que és possible trobar mànegues ja instal·lades amb algun parell de fils sense utilitzar-se. A més resulta fàcil de combinar amb altres tipus de cables per a l'extensió de xarxes. Les característiques generals del cable no blindat són:
Canals Físics I Codificació.
9
• Tamany: El menor diàmetre dels cables de parell trenat no blindat permet aprofitar més eficientment les canalitzacions i els armaris de distribució. El diàmetre típic d'estos cables és de 0'52 m
• Pes: El poc de pes d'este tipus de cable respecte als altres tipus de cable facilita l'estés. • Flexibilitat: La facilitat per a corbar i doblegar este tipus de cables permet un estés més ràpid així com el conexionat de les rosetes i les interlínies. • Instal·lació: a causa de l'àmplia difusió d'este tipus de cables, hi ha una gran varietat de subministradors, instal·ladors i ferramentes que abaratixen la instal·lació i posada en marxa. • Integració: Els servicis suportats per este tipus de cable inclouen:
Xarxa d'Àrea Local ISO 8802.3 ( Ethernet ) i ISO 8802.5 ( Token Ring ).
Telefonia analògica. Telefonia digital. Terminals síncronitzats. Terminals asíncronos. Línies de control i alarmes.
Blindat. Cada parell es cobrix amb una malla metàl·lica, de la mateixa forma
que els cables coaxials, i el conjunt de parells es recobrix amb una làmina blindada. Es referència freqüentment amb les seues sigles en anglés STP ( Shield Twiested Pair, Parell Trenat blindat ). L'ocupació d'una malla blindada reduïx la taxa d'error, però incrementa el cost al requerir-se un procés de fabricació més costós.
Uniforme.
Cadascún dels parells és trenat uniformement durant la seua creació. Açò elimina la majoria de les interferències entre cables i a més, protegeix al conjunt dels cables d'interferències exteriors. Es realitza un blindatge global de tots els parells per mitjà d'una làmina externa blindada. Esta tècnica permet tindre característiques semblants al cable blindat amb uns costos per metre lleugerament inferior. La limitació d'estes esbosses de parell trenat ha de vore per el "l'efecte pell“, és a dir, a l'augmentar la velocitat de transmissió i per consegüent la freqüència. El corrent tendix a fluir només per la superfície del cable, amb la qual cosa augmenta la resistència dels fils per a les senyals d'alta freqüència, provocant una atenuació major del senyal a transmetre. A més a altes freqüència, perdem potència del senyal que volem transmetre per radiació. Un medi guiat que es comporta millor davant d'estos efectes és el cable coaxial.
10
2.2.1.3 Cable Coaxial.
Consistix en un nucli de coure rodejat per una capa aïllant. Al seu torn, esta capa està rodejada per una malla metàl·lica que ajuda a bloquejar les interferències; este conjunt de cables està embolicat en una capa protectora. El poden afectar les interferències externes, per això ha d'estar apantallat per a reduir-les. Emet senyals que poden detectar-se fora de la xarxa.
És utilitzat generalment per a senyals de televisió i per a transmissions de dades a alta velocitat a distàncies de diversos quilòmetres.
La velocitat de transmissió sol ser alta, de fins a 100 Mbits/sec. La nomenclatura dels cables Ethernet té 3 parts:
La primera indica la velocitat en Mbits/sec. La segona indica si la transmissió és en Banda Base (BASE) o en
Banda Ampla (BROAD). La tercera els metres de segment multiplicats per 100.
CABLE
CARACTERÍSTIQUES
10-BASE-5
Cable coaxial gros (Ethernet gros).
Velocitat de transmissió : 10 MB/sec. Segments : màxim de 500 metres.
10-BASE-2
Cable coaxial fi (Ethernet fi).
Velocitat de transmissió : 10 MB/sec. Segments : màxim de 185 metres.
10-PROAD-36
Cable coaxial
Segments : màxim de 3600 metres. Velocitat de transmissió : 10 MB/sec.
100-BASE-X
Fast Ethernet.
Canals Físics I Codificació.
11
Velocitat de transmissió : 100 MB/sec.
Aquest tipus de cable està deixant-se d'usar per a la transmissió de
dades a causa de les connexions quasimecàniques que necessita. El cable coaxial més usat per a la transmissió de dades compta amb les següents característiques:
Impedància de 50 Ohms Longitud màxima d'un segment de cable coaxial prim 160 m. Longitud màxima cable coaxial gros 500 m. Per a connectar un node al cable coaxial gros es requerix un
"transceiver" intrusiu. Distància mímima entre dos nodes amb cable coaxial prim d'un mt. El cable coaxial prim permet connectar estacions en cadena usant
connectors "T". Tot segment ha d'estar degudament acabat.
El cable coaxial es classifica com "baseband" ( banda base ) si s'utilitza
per a transmetre senyals digitals i com "bradband" si s'usa per a senyals analògics.
Hi ha dos tipus de cable coaxial:
Thick (gros). Aquest cable es coneix normalment com "cable groc", va ser el
cable coaxial utilitzat en la majoria de les xarxes. La seua capacitat en termes de velocitat i distància és gran, però el cost del cablejat és alt i la seua grossor no permet la seua utilització en canalitzacions amb massa cables. Aquest cable és emprat en les xarxes d'àrea local conformant amb la norma 10 Base 2.
Thin (fi).
Aquest cable es va començar a utilitzar per a reduir el cost de cablejat de la xarxes. La seua limitació està en la distància màxima que pot aconseguir un tram de xarxa sense regeneració del senyal. No obstant el cable és molt més barat i fi que el thick i, per tant, resol alguns dels desavantatges del cable gros. Aquest cable és emprat en les xarxes d'àrea local conformant amb la norma 10 Base 5. Els seus inconvenients principals són: atenuació, soroll tèrmic i soroll d'intermodul·lació. Per a senyals analògics, es necessita un amplificador cada pocs quilòmetres i per a senyals digitals un repetidor cada quilòmetre .
2.2.1.4 Fibra Òptica. Els avanços en el camp de la tecnologia òptica han fet possible la
transmissió d'informació per mitjà de polsos de llum. Un pols de llum pot utilitzar-se per a indicar un bit de valor 1 i la seua absència un bit de valor 0. La llum visible té una freqüència d'al voltant de 10^8 MHz, per la qual cosa l'ample de banda d'un sistema d'este tipus té un potencial enorme.
12
El cable de fibra òptica utilitza fotons en la transmissió de senyals digitals. Un cable de fibra òptica es fabrica amb vidre pur, que no imposa cap resistència al pas dels fotons per ella. Un sistema de transmissió òptica té 3 components: el medi de transmissió, la font de llum i el detector:
El medi de transmissió és una fibra ultraprima de vidre o silici fos. També hi ha fibres fabricades amb materials plàstics de qualitat inferior a les de vidre.
La font de llum pot ser un LED o un diòde làser; qualsevol dels dos emet llum quan se li aplica un corrent elèctric.
El detector és un fotodiòde que genera un pols elèctric en el moment en què rep un raig de llum. La transmissió de dades que s'obté és unidireccional.
El sistema es basa en el principi físic de la reflexió. Quan un raig de llum
passa d'un medi a un altre, el raig es refracta en la frontera entre estos dos medis. En general, la quantitat de refracció depén de les propietats dels medis en contacte, en particular dels seus índexs de refracció. Si l'angle d'incidència es troba per damunt d'un determinat valor crític, la llum es reflectix i no ix del medi. La fibra òptica esta composta per dos medis transparents de distint índex de refracció, un nucli i un revestiment que l'embolica. Finalment s'embolica el conjunt amb una coberta opaca. Així, els rajos que incidisquen per damunt de l'angle crític seran atrapats dins del nucli de la fibra i els que no poden propagar-se al llarg de diversos quilòmetres sense a penes tindre pèrdues.
Atés que qualsevol raig de llum incident, per damunt de l'angle crític, es reflectirà internament, existirà una gran quantitat de rajos diferents rebotant a distints angles. A aquest medi de transmissió se'l denomina fibra multimode.
Si l'índex de refracció és uniforme en tot el nucli, la fibra es coneix com d'índex d'escala i els feixos rebotaran bruscament en el punt de contacte del nucli amb el revestiment, que té un índex de refracció diferent. Si l'índex de valor del nucli diversa gradualment, augmentant a poc a poc cap al centre del mateix, se'l coneix com d'índex gradual i els feixos de llum són conduïts de forma mes suau cap a l'interior de la fibra, sense que reboten bruscament reduint així les perdudes en la propagació del feix de llum. Si el diàmetre es reduïx fins que siga semblant al valor de la longitud d'ona de la llum, la fibra actua com una guia d'ones, i la llum es propaga en esbossa recta sense rebotar, produint així una fibra monomode.
Aquestes fibres necessiten donar-los làser per a la seua excitació, són molt eficients i poden usar-se en distàncies molt llargues.
Un altre concepte clau és l'obertura numèrica d'una fibra òptica que és el paràmetre que definix l'angle crític perquè la llum es propague a través de la fibra òptica. Aquest paràmetre esta íntimament relacionat amb els diàmetres del nucli i el revestiment; quant mas grans siguen estos, major serà l'obertura numèrica i resultarà més fàcil l'adaptament de dos segments de fibra òptica o d'esta amb els dispositius emissor i receptor. No obstant, creixeran al mateix temps les pèrdues en la propagació de la llum. Els enllaços de fibra òptica s'estan usant en la substitució d'enllaços telefònics de llarga distància que eren de cable coaxial de banda ampla. També s'usen en el muntatge de xarxes LAN, encara que requerixen una tecnologia més complexa que el cable coaxial. El problema fonamental és la realització de
Canals Físics I Codificació.
13
connexions intermèdies ja que són complicades i suposen pèrdua de llum. Una xarxa en forma d'anell és la solució al problema ja que és en realitat una col·lecció d'enllaços punt a punt. La interfície que existix en cada ordinador permet el pas del flux dels polsos de llum al següent enllaç i com a unió en T per mitjà de la qual l'ordinador envia i accepta missatges.
Hi ha 2 tipus d'Interfaç:
1. Passiu: format per 2 connectors fusionats amb la fibra principal,
un té un LES en el seu extrem (per a la transmissió) i l'altre costat posseïx un fotodiòde (per a recepció). La connexió és completament passiva i per tant molt fiable.
2. Actiu: La llum incident es convertix en senyal elèctric i es
regenera al seu màxim valor, retransmetent-se de nou com a llum; com en cada enllaç es regenera el senyal, cada línia pot tindre diversos quilòmetres de longitud. En canvi en un anell passiu, es perd llum en cada enllaç; per la qual cosa esta limitat el nombre d'estacions i la longitud total de l'anell.
Els avantatges d'utilitzar fibra òptica són :
Major velocitat de propagació del senyal (Velocitat de la llum).
Major capacitat de transmissió (Fins a 1 Gbps en 1 Km).
Immunitat davant d'interferències electromagnètiques.
Menor atenuació (disminució del senyal) de 5 a 20 dB/Km a 400
MHz.
Major ample de banda.
Menors taxes d'error: 1 error per cada 10^9 bits enfront d'un per cada 10^6 dels cables elèctrics.
No hi ha riscos de curt circuit i dany d'origen elèctric .
Menor diàmetre i pes.
Es poden emprar diversos canals emprant diferents longituds d'ona
simultaniament sobre la mateixa fibra.
La seua vida mitjana és molt més llarga que la d'un cable elèctric.
No obstant, també presenten inconvenients : La unió de fibres òptiques és complicada i mes encara la seua derivació, són inherentment unidireccionals i el cost de les interfases és molt major que en el cas elèctric.
El desavantatge de la fibra és que si arriba a trencar-se, s'ha de fer un arreglament relativament car que pot ser un alineament mecànic fix amb
14
pèrdua del 10% de llum, poden ajustar-se'ls connectors i els connectors unir-los amb una guia amb pèrdua del 10 al 20% de llum o poden fondre's en un arreglament tèrmic amb pèrdua mínima.
L'altre problema davant de dany físic és la identificació dels parells correctes. En l'emissor es pot usar un diòde emissor de llum o un làser de semiconductor. En el destí pot estar un fotodiòde, la característica del qual és que emet un pols elèctric quan és impactat per la llum.
Els fotodiòdes responen fins en un nanosegon, la qual cosa limita la velocitat de la fibra a un gigabit per segon.
2.2.1.4.1 Fibra Òptica Com a Portadora d'Informació. En poc més de 10 anys la fibra òptica s'ha convertit en una de les
tecnologies més avançades que s'utilitzen com a medi de transmissió. Aquest nou material va vindre a revolucionar els processos de les
telecomunicacions en tots els sentits, des d'aconseguir una major velocitat i disminuir quasi en la seua totalitat els sorolls i les interferències fins a multiplicar les formes d'enviament en comunicacions i recepció per via telefònica. Les fibres òptiques són filaments de vidre d'alta puresa extremadament compactes: El grossor d'una fibra és semblant a la d'un cabell humà. Fabricades a alta temperatura amb base en silici, el seu procés d'elaboració és controlat per mitjà de computadores, per a permetre que l'índex de refracció del seu nucli, que és la guia de l'ona lluminosa, siga uniforme i evite les desviacions, entre els seus principals característiques es pot mencionar que són compactes, lleugeres, amb baixes pèrdues de senyal, àmplia capacitat de transmissió i un alt grau de seguretat pel fet que són immunes a les interferències electromagnètiques de radiofreqüència.
Les fibres òptiques no conduïxen senyals elèctrics per tant són ideals per a incorporar-se en cables sense cap component conductiu i poden usar-se en condicions perilloses d'alta tensió. Tenen la capacitat de tolerar altes diferències de potencial sense cap circuit addicional de protecció i no hi ha problemes a causa dels curts circuits Tenen un gran ample de banda, que pot ser utilitzat per a incrementar la capacitat de transmissió a fi de reduir el cost per canal; D'esta forma és considerable l'estalvi en volum en relació amb els cables de coure.
Canals Físics I Codificació.
15
Comparat amb el sistema convencional de cables de coure on l'atenuació dels seus senyals, ( decrement o reducció de l'ona o freqüència ) és de tal magnitud que requerixen de repetidors cada dos quilòmetres per a regenerar la transmissió, en el sistema de fibra òptica es poden instal·lar trams de fins a 70 km. sense que troba necessitat de recórrer a repetidors el que també fa més econòmic i de fàcil manteniment este material.
Originàriament, la fibra òptica va ser proposada com a medi de transmissió a causa del seu enorme ample de banda; no obstant, amb el temps s'ha plantejat per a un ampli rang d'aplicacions a més de la telefonia, automatització industrial, computació, sistemes de televisió per cable i transmissió d'informació d'imatges astronòmiques d'alta resolució entre altres
2.2.1.4.2 Concepte de Transmissió en Fibres Òptiques. En un sistema de transmissió per fibra òptica hi ha un transmissor que
s'encarrega de transformar les ones electromagnètiques en energia òptica o en lluminosa, per això se'l considera el component actiu d'este procés. Una vegada que és transmesa el senyal lluminós per les minúscules fibres, en un altre extrem del circuit es troba un tercer component a què se li denomina detector òptic o receptor, la missió del qual consistix a transformar el senyal lluminós en energia electromagnètica, semblant al senyal original.
El sistema bàsic de transmissió es compon en este orde, de senyal d'entrada, amplificador, font de llum, corrector òptic, línia de fibra òptica (primer tram ) entroncament, línia de fibra òptica (segon tram), corrector òptic, receptor, amplificador i senyal d'eixida.
En resum, es pot dir que este procés de comunicació, la fibra òptica funciona com a medi de transportació del senyal lluminós, generat pel transmissor de LED'S (va donar-dos emissors de llum ) i làsers. Els va donar-los emissors de llum i els va donar-dos làsers són fonts adequades per a la transmissió per mitjà de fibra òptica, pel fet que la seua eixida es pot controlar ràpidament per mitjà d'un corrent de polarització.
A més el seu xicotet tamany, la seua lluminositat, longitud d'ona i l'abaixe voltatge necessari per a manejar-los són característiques atractives. Alguns autors comparen el creixement de la velocitat dels processadors contra el de les comunicacions per xarxa, i es diu que les xarxes han crescut la seua velocitat en un factor de 100 mentres que el compter ho ha fet en un de 10, encara i tot això, podria ser més significatiu comparar la velocitat del "bus" d'un node contra la velocitat de la xarxa, i en eixe nuc trobem que el bus intern pot transferir fins a 80 Megabytes per segon mentres que les xarxes més avançades parles de 622 Megabits per segon.
Considerant l'anterior, encara tenim un dèficit en la comunicació CPU-CPU dels nodes d'una xarxa, la qual cosa és una trava enorme, per exemple, en la construcció de sistemes distribuïts. La trava principal per a aconseguir majors velocitats en les xarxes és la incapacitat per a convertir senyals de llum a senyals elèctrics, encara que s'esperen velocitats d'un Terabit per segon en pocs anys.
16
En el següent quadro es presenta una comparativa dels distints tipus de cables descrits:
Parell Trenat
Parell Trenat
Blindat
Coaxial
Fibra
Òptica
Tecnologia àmpliament provada
Si
Si
Si
Si
Ample de banda
Medi
Medi
Alt
Molt Alt
Fins a 1 MHz
Si
Si
Si
Si
Fins a 10 MHz
Si
Si
Si
Si
Fins a 20 MHz
Si
Si
Si
Si
Fins a 100 MHz
Si (*)
Si
Si
Si
27 Canals vídeo
No
No
Si
Si
Canal Full Dúplex
Si
Si
Si
Si
Distàncies mitjanes
100 m 65 MHz
100 m 67 MHz
500 (Ethernet)
2 km(Multi)100km
Immunitat Electromagnètica
Limitada
Mitjana
Mitjana
Alta
Seguretat
Baixa
Baixa
Mitjana
Alta
Cost
Baix
Medi
Medi
Alt
Canals Físics I Codificació.
17
A continuació veiem un gràfic del rendiment dels cables en funció de l'ample de banda:
2.2.2 MEDIS NO GUIATS.
S'utilitzen medis no guiats, principalment l'aire. Es radia energia electromagnètica per mitjà d'una antena i després es rep esta energia amb una altra antena. Hi ha dos configuracions per a l'emissió i recepció d'esta energia: direccional i omnidireccional.
En la direccional, tota l'energia es concentra en un feix que és emés en una certa direcció, per la qual cosa tant l'emissor com el receptor han d'estar alineats.
En el mètode omnidireccional, l'energia és dispersada en múltiples direccions, per la qual cosa diverses antenes poden captar-la. Quant major és la freqüència del senyal a transmetre, més factible és la transmissió unidireccional.
Per tant, per a enllaços punt a punt se solen utilitzar microones ( altes freqüències ), amb diversos receptors possibles s'utilitzen les ones de ràdio ( baixes freqüències ).
Els infrarojos s'utilitzen per a transmissions a molt curta distància.
18
2.2.2.1 Transmissió per ràdio.
Com ja vam vore, una càrrega elèctrica en moviment genera un camp magnètic i un camp elèctric. Si en una antena (que poden ser un parell de cables paral·lels) es produïxen corrents elèctrics que oscil·len de t1 en positiu a t2 en negatiu, es produïxen camps elèctrics i magnètics que es propaguen, en teoria, fins a l'infinit.
El camp magnètic rodeja a l'antena com una pedra tirada a l'aigua i el camp elèctric és perpendicular. A la unió dels dos camps constituïxen les ones electromagnètiques i la seua velocitat en l'aire és lleugerament inferior a 300,000 Km./s.
Quan estes ones arriben a un altre parell de cables paral·lels units a un circuit elèctric complet, produirà una força electromotriu (fem) al mateix temps que obliguen als electrons a moure's generant un corrent elèctric molt xicotet, però suficient perquè els circuits electrònics la transformen en un senyal d'alta energia que representa la transmissió radiofònica.
Les freqüència usades per a la transmissió de ràdio van més enllà dels 100 Quilocicles o Kilohertz.
Observe la caràtula del seu receptor de ràdio per a vore els límits usats en la ràdio comercial. Les ones de ràdio perden potencial inversament proporcional al cub de la distància recorreguda en l'aire. Poden passar obstacles més fàcilment mentres menor és la seua freqüència, a major
Canals Físics I Codificació.
19
freqüència viatgen cada vegada més en línia recta i són absorbides per la pluja o l'aigua.
En totes les freqüències sofrixen interferència per camps elèctrics o magnètics. Les ones de ràdio de molt baixa, baixa i mitjana freqüència (10 4 -10 7 ) viatgen seguint la curvatura terrestre, mentres que les d'alta freqüència (10 7 -10 8 Hz) poden enviar-se cap a la ionosfera on reboten com si hi haguera una repetidora (sense regenerar el senyal) i prendre el rebot en una retransmissora.
Les freqüències altes i molt altes són usades per a transmissions militars.
Dins de l'enllaç via ràdio segons la banda emprada, hi ha diferents tipus:
2.2.2.1.1 Radioenllaços Ones curtes (SO). L'ona curta és una banda de ràdio que es troba entre els 2-15 MHz.
Tenen un abast de milers de quilòmetres, ja que el senyal es reflectix en la ionosfera i és omnidireccional, encara que només permeten reduïdes velocitats de transmissió, per davall de 1200 bps.
2.2.2.1.2 Radioenllaços de VHF i UHF. Aquestes bandes es troben des de 55 a 550 MHz en l'espectre
electromagnètic. També són omnidireccionals, però no es reflectixen en la ionosfera, sinó que la traspassen. Arriben a aconseguir un centenar de Km, i les velocitats són de l'orde dels 9600 bps.
2.2.2.2 Transmissió per microones. Les ones de freqüències majors a 100 MHz viatgen en línia recta i
necessiten alinear-se el transmissor i el receptor. Aquest tipus de senyals són absorbits per la pluja i la terra, per la qual cosa necessiten repetidores terrestres o satèl·lits. Per a unes torres de 100 m. d'alçària la distància de separació és 80 Km. La major part de l'espectre amunt dels 100 MHz. està estandarditzat per la ITU-R, encara que hi ha algunes bandes que no necessiten llicència. Les bandes de 2.4 a 2.484 Ghz s'usa per a
20
transmissions mèdiques, científiques i industrials. Les bandes de 902 a 928 MHz i 5.725 a 5.850 Mhz s'usen per a telèfons sense fil i controls remots.
Entre més alta la freqüència, més cara és l'electrònica per a manejar-la i més interferència es pot tindre de forns de microones i radars.
En comparació amb la fibra òptica, les microones són més barates perquè no necessiten un cable.
2.2.2.3 Microones terrestres. Solen utilitzar-se antenes parabòliques. Per a conexions a llarga
distància, s'utilitzen conexions intermèdies punt a punt entre antenes parabòliques.Es solen utilitzar en substitució del cable coaxial o les fibres òptiques ja que es necessiten menys repetidors i amplificadors, encara que es necessiten antenes alineades. S'usen per a transmissió de televisió i veu.
La principal causa de pèrdues és l'atenuació pel fet que les pèrdues augmenten amb el quadrat de la distància (amb cable coaxial i parell trenat són logarítmiques). L'atenuació augmenta amb les pluges. Les interferències és un altre inconvenient de les microones ja que al avançar aquestos sistemes, van poder haver-hi més solapaments senyals.
2.2.2.4 Microones per satèl·lit. El satèl·lit rep els senyals i les amplifica o retransmet en la direcció
adequada. Per a mantindre l'alineació del satèl·lit amb els receptors i emissors de la terra, el satèl·lit ha de ser geoestacionari. Es sol utilitzar aquest sistema per a: • Difusió de televisió. • Transmissió telefònica a llarga distància. • Xarxes privades.
El rang de freqüències per a la recepció del satèl·lit ha de ser diferent del
rang a què aquest emet, perquè no hi haja interferències entre els senyals que ascendeixen i les que descendeixen. Pel fet que el senyal tarda un xicotet interval de temps des que ix de l'emissor en la Terra fins que és tornada al receptor o receptors, ha de tindre's atenció amb el control d'errors i de flux del senyal.
Les diferències entre les ones de ràdio i les microones són:
• Les microones són unidireccionals i les ones de ràdio omnidireccionals. • Les microones són més sensibles a l'atenuació produïda per la pluja. • En les ones de ràdio , al poder reflectir-se estes ones en el mar o altres
objectes, poden aparèixer múltiples senyals "germanes".
Canals Físics I Codificació.
21
2.2.2.5 Transmissió infraroja. Els controls remots dels nostres televisors treballen amb una xicoteta
llum infraroja que és molt útil en les transmissions en distàncies curtes, el desavantatge és que no ha d'haver-hi cap obstacle entre l'emissor i el receptor. Mentre les freqüències de ràdio s'acosten a les freqüències de la llum visible es comporten menys com a ràdio i més com a llum. La llum infraroja no es pot usar en exteriors perquè el sol les anul·la.
2.2.2.6 Transmissió làser. Per a resoldre el problema que la brillantor del sol anul·la la llum
infraroja, s'usen rajos làser en xicotetes distàncies. El raig làser és una llum molt potent i coherent (que no es dispersa
fàcilment amb la distància), és unidireccional i per a fer LANs es necessiten dos rajos per cada node.
2.2.2.7 Transmissió via satèl·lit nivell físic. Un satèl·lit artificial pot ubicar-se a 36 mil Km. en òrbita sobre la terra i a
eixa distància té la propietat de mantindre's sobre una mateixa àrea, la qual cosa és molt útil per a enviar-li senyals. Amb la tecnologia actual, es poden col·locar satèl·lits cada dos graus, la qual cosa permet posar sobre una mateixa línia fins a 180 satèl·lits al voltant de la terra. Es poden posar dos o més satèl·lits més prop de dos graus si treballen en freqüències diferents.
Les parts més importants del satèl·lit són els seus "transponders", que s'encarreguen de rebre el senyal que ve de la terra i de repetir el senyal de tornada amb una freqüència diferent i sobre una àrea preprogramada.
S'han destinat certes freqüències per a les transmissions comercials. La
banda C va ser la primera i ja està saturada, la banda Ku no està saturada però per la seua freqüència és fàcilment interferida per la pluja, per la qual cosa s'instal·len estacions terrestres extres per a donar-li la volta a les tempestats. La banda Ca és la més cara i menys usada i també es perjudica amb la pluja. Hi ha altres bandes però són per a ús militar.
Un desavantatge dels satèl·lits és el retard inherent al viatge d'anada i tornada, el qual pot variar de 250 a 540 milisegons, i aquest valor no es pot evitar i afecta, sobretot, a la posada al punt inicial d'una connexió, ja que una vegada establida el flux de dades es considera seqüencial.
22
2.2.2.8 Enllaços òptics a l'aire lliure. El principi de funcionament d'un enllaç òptic a l'aire lliure és semblant al
d'un enllaç de fibra òptica, no obstant el medi de transmissió no és un polímer o fibra de vidre sinó l'aire. L'emissor òptic produeix un feix estret que es detecta en un sensor que pot estar situat a diversos quilòmetres en la línia de visió. Les aplicacions típiques per a estos enllaços es troben en els campus de la universitats, on les carreteres no permeten tendir cables, o entre els edificis d'una companyia en una ciutat en què resulte car utilitzar els cables telefònics.
Les comunicacions òptiques a l'aire lliure són una alternativa de gran ample de banda als enllaços de fibra òptica o als cables elèctrics.
Les prestacions d'aquest tipus d'enllaç poden veure's empobrides per la pluja forta o boira intensa, però són immunes a les interferències elèctriques i no necessiten permís de les autoritats responsables de les telecomunicacions.
Les millores en els emissors i detectors òptics han incrementat el rang i l'ample de banda dels enllaços òptics a l'aire lliure, al mateix temps que reduïxen els costos. Es pot permetre veu o dades sobre estos enllaços a velocitats de fins a 45 Mbits/s. El límit per a comunicacions fiables es troba sobre els dos quilòmetres. Per a distàncies de més de dos quilòmetres són preferibles els enllaços de microones.
Hi ha dos efectes atmosfèrics importants a tindre a compte amb els enllaços òptics a l'aire lliure:
• La dispersió de la llum que atenua el senyal òptic en proporció al nombre i al tamany de les partícules en suspensió en l'atmosfera. Les partícules xicotetes, com la boira, pols o fum, tenen un efecte que és funció de la seua densitat i de la relació existent entre el seu tamany i de la longitud d'ona de la radiació infraroja utilitzada. La boira, amb una elevada densitat de partícules, d'un a 10 mm. de diàmetre, tenen un efecte més acusat sobre el feix de llum. Les partícules de fum, més grans, tenen menor densitat i, per tant, menor efecte.
• Les brises que munten (originades per moviments de l'aire com a conseqüència de les variacions en la temperatura) provoquen variacions en la densitat de l'aire i, per tant, variacions en l'índex de refracció al llarg del feix.
Açò dóna lloc a la dispersió de part de la llum al llarg del feix. Aquest
efecte pot reduir-se elevant el feix de llum el prou respecte a qualsevol superfície calenta o utilitzant emissors múltiples.
Canals Físics I Codificació.
23
La llum de cada emissor es veu afectada de diferent forma per les brises, i els feixos se promitgen en el receptor.
Estos sistemes solen emprar-se per a transmissions digital d'alta velocitat en banda base. En EE.UU., tots els fabricants de productes làser han de tindre un certificat que garanteix la seguretat dels seus productes.
Índex: 2 CANALS FÍSICS I CODIFICACIÓ. 3
2.1 TRANSMISSIÓ DE DADES 3 2.1.1 Conceptes i terminologia 3
2.1.1.1 Terminologia utilitzada en transmissió de dades 3 2.1.1.2 Freqüència , espectre i ample de banda 3
2.1.2 Transmissió de dades analògiques i digitals 4 2.1.3 Pertorbacions en la transmissió. 5
2.1.3.1 Atenuació. 5 2.1.3.2 Distorsió de retard. 5 2.1.3.3 Soroll 5 2.1.3.4 Capacitat del canal 5
2.2 CANALS FÍSICS 6 2.2.1 MEDIS GUIATS 7
2.2.1.1 Esbosses de fil. 7 2.2.1.2 Parells trenats. UTP (Unshield Twiested Pair) 7 2.2.1.3 Cable Coaxial. 10 2.2.1.4 Fibra Òptica. 11
2.2.2 MEDIS NO GUIATS. 17 2.2.2.1 Transmissió per ràdio. 18 2.2.2.2 Transmissió per microones. 19 2.2.2.3 Microones terrestres. 20 2.2.2.4 Microones per satèl·lit. 20 2.2.2.5 Transmissió infraroja. 21 2.2.2.6 Transmissió làser. 21 2.2.2.7 Transmissió via satèl·lit nivell físic. 21 2.2.2.8 Enllaços òptics a l'aire lliure. 22
