TEMA1 Redes Acceso

5/20/2018 TEMA1 Redes Acceso

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REDES DE ACCESO

UNIDAD 1


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CAPACIDAD DEL CANAL

! La capacidad de un canal es la velocidad expresada enbit por segundo (bps), a la que se pueden transmitirdatos en una transmisin digital.

! Las limitaciones en el ancho de banda surgen de laspropiedades fsicas de los medios de transmisin o porlimitaciones que se imponen deliberadamente en eltransmisor para prevenir interferencia con otras fuentesque comparten el mismo medio.

! El ruido es un fenmeno que impide conseguir la mayor

velocidad posible proporcionada por el canal.


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BIT Y BAUDIO

! Bit (concepto abstracto): Unidad bsica de almacenamiento deinformacin (0 1).

! Baudio (concepto fsico): Veces por segundo que se puedemodificar la caracterstica utilizada en la onda electromagnticapara transmitir la informacin. Tambin podemos decir que esnmero de smbolos por segundo que se pueden transmitir en untransmisin digital.

! Los smbolos puede llegar a codificar 1 o ms bits dependiendo dela modulacin utilizada.

!

La cantidad de bits transmitidos por baudio depende de cuntosvalores diferentes pueda tener la seal transmitida.


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BIT Y BAUDIO

Un Baudio tiene un cierto nmero de estadosreconocibles (M), tambin llamado smbolos alser codificados. A cada estado se le asigna uncdigo binario. El nmero de bits (n) que puedenser transportados por un Baudio (nmero debits por Baudio) es el nmero mximo de bit enel conjunto del nmeros binarios (cdigos) quese pueden asignar a los estados.

n=

log2M2n = M


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BIT Y BAUDIO

Ej.: Valores tpicos

n

bits M

Niveles Cdigos

1 2 0,1

2 4 00,01,10,11

3 8 000,001,010,011,100,101,110,111

4 16 0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,...,1111

5 32 00000, ... ,11111

n = log2M

2n =M


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BIT Y BAUDIO

Ej.: fibra ptica, dos posibles niveles, luz yausencia de luz (1 y 0): 1 bits por Baudio.

Ej.: fibra ptica, con cuatro posibles niveles de

intensidad se podran definir cuatro smbolos ytransmitir dos bits por baudio:

"Smbolo 1: Ausencia de pulso: 00"Smbolo 2: Intensidad del pulso baja: 01

"

Smbolo 3 : Intensidad del pulso media: 10"Smbolo 4 : Intensidad del pulso alta: 11


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BIT Y BAUDIO

En algunos sistemas en que el nmero de baudios estamuy limitado (ej. mdems telefnicos) se intenta aumentarel rendimiento poniendo varios bits/s por baudio:

2 smbolos: 1 bit/s por baudio (0,1)4 smbolos: 2 bits/s por baudio (00,01,10,11)8 smbolos: 3 bits/s por baudios (000,001,111)

Esto requiere definir smbolos (n el nmero de bit por

baudio). Cada smbolo representa una determinadacombinacin de amplitud (tensin) y fase de la onda. La representacin de todos los smbolos posibles de un

sistema de modulacin se denomina constelacin.

2n


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CONSTELACIN


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MODULACIONES MS USADAS


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SISTEMA DVB-C: MODULACIN QAM


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TEOREMA DE NYQUIST

Nyquist supone en su teorema que elcanal est exento de ruido (medio detransmisin ideal).

Por este motivo la limitacin de lavelocidad de transmisin, es solamenteimpuesta por el ancho de banda del canal.


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TEOREMA DE NYQUIST

La velocidad mxima de transmisin en bits porsegundo para un canal (sin ruido) con ancho debanda B (Hz) es:

C = 2B log2 MDonde :

M= niveles de la seal

Por ejemplo si el valor de M=2 entonces tenemos que:

C = 2B log2 2 = 2B El nmero de baudio transmitidos por un canal nunca

puede ser mayor que el doble de su ancho de banda(dos baudios por hercio)


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TEOREMA DE NYQUIST

Ejemplo:

Un canal de voz con un BW de 3,1 KHz se utiliza con un modem paratransmitir datos digitales mediante 2 simbolos o niveles. Qu

capacidad tiene el canal?

Si en vez de tener 2 niveles en la seal, se tiene 4 niveles de seal(ej. Amplitud de tensin), es decir, cada nivel se puede representarcon dos bits, entonces la capacidad del canal es la siguiente:

C=2B= 6200 bps

C=2 B log24= 2 !3100Hz ! 2bits=12400 bps


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TEOREMA DE NYQUIST

El Teorema de Nyquist no dice nada de la capacidad en bits porsegundo, ya que usando un nmero suficientemente elevado desmbolos podemos acomodar varios bits por baudios.

Por ejemplo para un canal telefnico (3,1KHz) cuntos bits/baudios y Kbps hay en cada caso?

B(KHz) Smbolos (M) Bits/Baudios (n) Bits/s (C)

3,1 2 1 62003,1 8 3 18600

3,1 256 8 49600

3,1 1024 10 62000

n = log2 M

C = 2B log2M


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Suponiendo un nivel de ruido impulsivo de duracin de0,5 segundos, se puede observar que cuanto mayor esla velocidad de transmisin mayor es la tasa de errores.

Velocidad 1200 bps

Ruido impulsivo de0.5 seg

Velocidad 2400 bps

Se pierde 600 bits

Se pierden 1200 bits

TEOREMA DE SHANNON


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TEOREMA DE SHANNON

La cantidad de smbolos (o bits/baudios) que se puedenutilizar dependen de la calidad del canal, es decir de surelacin seal/ruido (S/N).

La Ley de Shannon expresa el caudal mximo en bits/sde un canal analgico en funcin de su ancho de banda

y la relacin S/N :

C = B log2(1+ S N)

C= Capacidad terica mxima en bps

B= Ancho de banda del canal Hz

S N[W]= relacion de seal a ruido

Este caudal se conoce como lmite de Shannon.


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TEOREMA DE SHANNONEjemplos:

Supngase que el espectro de un canal telefnico es de 3,1KHz y la S/N esde 35 dB.

Supngase que el espectro de un canal de televisin PAL es de 8 MHZ y laS/N es de 45 dB.

C = B log2(1+ S N)

C = 3100Hzlog2(1+103,5) ! 36044bps

Eficiencia=

12bits /Hz

C = B log2(1+ S N)

C= 8000Hzlog2

(1+104,5) !119589bps

Eficiencia =15bits /Hz

Qu ocurre si disminuye la relacin seal a ruido ?


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TEOREMA DE SHANNONEjercicio:

1. Supngase que el espectro de un canal est situado entre6Mhz y 3 Mhz y que la S/N es de 25 dB. Calcular lacapacidad teorica del canal.

2. El clculo realizado es un lmite teorico que no es posiblealcanzar en la realidad. Calcular utilizando el teorema deNyquist Cuntos niveles son requieridos para lograr el lmitede transmisin?


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TEOREMA DE SHANNON

Ejercicio:

Supngase que el espectro de un canal est situado entre6Mhz y 3 Mhz y que la S/N es de 25 dB.

B = 9MHz!

5MHz = 2MHz

C = B log2(1+ S N)

C = 3!106Hzlog2(1+102,5) !25Mbps

Eficiencia = 8,3bits /Hz


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TEOREMA DE SHANNON

C= 2B log2M

25!106bps = 2 !3!106Hz! log2M

M = 225

!106

2!3!106=18

El clculo realizado es un lmite terico que no es posiblealcanzar en la realidad. Calcular utilizando el teorema deNyquist Cuntos niveles son requieridos para lograr el lmitede transmisin?


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TEOREMA DE SHANNON

"

A primera vista y para un ruido dado, se podradeducir que para aumentar la velocidad detransmisin solo sera necesario aumentar la sealde transmisin o el ancho de banda.

"

Pero, al aumentar la potencia de seal, tambin lohacen las no linealidades del sistema dando lugar aun aumento en el ruido de intermodulacin .

"Al haberse supuesto ruido blanco (ruido plano entoda ancho espectral), cuanto mayor sea el anchode banda, mayor ser la degradacin de la relacinseal a ruido.

!!BW! S N!!


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"##$#"% &" '#()%*+%+,) Los errores en medios de transmisin digitales se miden por

la tasa de error o BER (Bit Error Rate). El BER es laprobabilidad de error de un bit transmitido.

Algunos valores de BER tpicos:

Ethernet 10BASE-5:


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"##$#"% &" '#()%*+%+,)

0 2 4 6 8 10 12 1410

-11

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10

-

BER

SNR, dB


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"##$#"% &" '#()%*+%+,)

Ante la aparicin de errores se pueden adoptar las siguientesestrategias:

1. Detectarlos y descartar la informacin errnea. Requiere uncdigo detector de errores o CRC (Cyclic Redundancy Code).

Introduce un overhead pequeo.

2. Detectarlos y pedir retransmisin. Requiere CRC. El overheaddepende de la tasa de errores.

3.

Detectarlos y corregirlos en recepcin. Requiere un cdigocorrector de errores o FEC (Forward Error Correction), quetiene un overhead mayor que el CRC pues tiene queincorporar ms redundancia.


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"##$#"% &" '#()%*+%+,)

La TV Digital por ejemplo utiliza cdigos correctores o FEC(Forward Error Correction). No se puede pedir retransmisinpor varias razones:

1. La comunicacin es simplex (no hay canal de retorno)

2.

La emisin es broadcast (de uno a muchos)3. Funciona en tiempo real (la correccin no llegara a tiempo)

Los cdigos FEC usados en TV digital se llaman Reed-Solomon (RS). El overhead del FEC RS: 8-10%


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#"&"% &" '#()%-$#'" . (//"%$

Una red de cable, por ejemplo, puede disponer de una red de transporte

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) y utilizar diferentes tecnologas deacceso para entregar los distintos servicios a los usuarios finales :

!

Acceso a Internet residencial : red HFC + cable modem! Datos empresarial : pares de cobre + equipos HDSL!

Telefona residencial : pares de cobre + telfono convencional


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#"&"% &" '#()%-$#'" . (//"%$


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#"&"% &" '#()%-$#'" 0 (//"%$


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/1(%+2+/(/+,) &" #"&"%

No se trata de una clasificacin estricta sino que, dependiendo de laconfiguracin exacta que se haga del sistema y de los servicios yaplicaciones que se presten al usuario, el ancho de banda y el gradode bidireccionalidad pueden variar notablemente.

Ciertas redes de acceso son altamente asimtricas (Satlite, TVdigital terrestre) ya que tienen su origen en sistemas de broadcast.Las redes de acceso mejor preparadas para la prestacin de todotipo de servicios integrados de banda ancha bidireccionales son lasredes de telecomunicaciones por cable Hbridas Fibra ptica-Coaxialy Pares (HFC+P) y las redes Fiber to the Curb/Building/Home Very

High Digital Subscriber Line (FTTC/B/H - VDSL) y la ISDN-BA


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/1(%+2+/(/+,) &" #"&"%

Unas tecnologas complementan a otras o bien entran encompetencia directa.

La comparacin debe realizarse tomando como referencialos servicios demandados por los usuarios finales, tanto

residenciales como empresariales, y los costos asociadosa cada tecnologa.

A la hora de decidir por una u otra opcin, se debe teneren cuenta muchos factores, tanto comerciales como

tecnolgicos, y realizar un anlisis exhaustivo que nospermita determinar el valor que aporta a la compaa cadauna de las alternativas en funcin de una serie deparmetros y suposiciones de negocio.


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'+-$% &" #"&"%


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EL CANAL DE RETORNO

Las redes de acceso se pueden clasificar segn sucapacidad para el establecimiento de comunicacionesbidireccionales entre el usuario y la cabecera de losservicios o entre usuarios.

Por ejemplo :1. Aplicacin interactiva no bidireccional: Teletexto.2. Servicio no bidireccional de banda ancha: TV

broadcast.3. Servicio simtrico de banda angosta: telefona

convencional.4.

Servicio bidireccional simtrico de banda ancha:Videoconferencia de alta calidad.

5. Servicio asimtrico: acceso a Internet.


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EL CANAL DE RETORNO


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#"&"% &" (//"%$ #(&+$

Existe una gran variedad de sistemas de acceso va radio tanto para

comunicaciones mviles como para usuarios fijos y con anchos debanda muy diversos.

Los sistemas de banda ancha usados para acceso fijo son solamenteWLL a 3,5 y 26 GHz y LMDS opera en las bandas de 26 - 28 GHz.


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#"&"% &" (//"%$ #(&+$


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*$&"1$ &" #"2"#")/+(

Host Servidor

Red del proveedor de contenidos (ATM, enlacesPunto a Punto, Frame Relay, IP/MPLS, etc.)

Red de transporte (ATM, Packet Over SONET)

Red de acceso (CATV, ADSL, etc.)

Interfaz de red (Ethernet, USB)

Host Cliente ( PC )


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MEDIOS FSICOS DE TRANSMISIN

"

Medios Guiados

Metlicos (de cobre)! Coaxial: CATV (redes de TV por cable)

!

Par trenzado: ADSL

Fibra ptica monomodo: redes de transporte,FTTC (Fiber To The Curb), FTTH (Fiber To TheHome)

" Medios no guiados (inalmbricos): Satlites,LMDS ( Local Multipoint Distribution System )


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PROBLEMAS DE LAS SEALES DEBANDA ANCHA EN CABLES METLICOS

Atenuacin: Es la reduccin de la potencia de la seal con la distancia.La atenuacin es el principal factor limitante de la capacidad detransmisin de datos.

Factores que influyen en la atenuacin:

Seccin del cable: menor atenuacin cuanto ms seccin (a menorresistencia menor prdida por calor).

Frecuencia: a mayor frecuencia mayor atenuacin.

Tipo de cable: menor atenuacin en coaxial que en par trenzado(menos emisin electromagntica).

Apantallamiento (coaxial): a mayor apantallamiento menoratenuacin (menos emisin electromagntica)


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Atenuacin: Es la reduccin de la potencia de la seal con la distancia.La atenuacin es el principal factor limitante de la capacidad detransmisin de datos.

Factores que influyen en la atenuacin:

Seccin del cable: menor atenuacin cuanto ms seccin (a menorresistencia menor prdida por calor).

Frecuencia: a mayor frecuencia mayor atenuacin.

Tipo de cable: menor atenuacin en coaxial que en par trenzado

(menos emisin electromagntica).

Apantallamiento (coaxial): a mayor apantallamiento menoratenuacin (menos emisin electromagntica)

R=!l

S


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Desfase:

Es la variacin de la velocidad de propagacin de la sealen funcin de la frecuencia. Resulta importante cuando se

utiliza un gran ancho de banda.

Interferencia electromagntica:

! Externa (motores, emisiones de radio y TV, etc.). Es

mucho mayor en cable no apantallado.!

De seales paralelas: diafona o crosstalk (efecto decruce de lneas). El crosstalk tambin aumenta con lafrecuencia.


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El FEXT y el NEXT aumentan con la frecuencia.

El NEXT es ms fuerte que el FEXT porque la intensidadde la seal es mayor.

Si se usa una frecuencia distinta para cada sentido elNEXT no constituye un problema.

Si se usa el mismo par para ambos sentidos (ADSL), el

uso de diferentes frecuencias tambin evita losproblemas del eco (seal que rebota en el mismo pardebido a empalmes e irregularidades en el cable).


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Adems de los anteriores parmetros (atenuacin,NEXT, FEXT) en alta frecuencia tienen relevanciatambin:

!

El AWGN (Additive White Gaussian Noise) convalores del orden de -110 dBm/Hz.

! El ruido impulsivo (generado por transformadores,

electrodomsticos, ..) que puede alcanzar hasta 40

mV de amplitud, con duracin de hasta 800s

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