Apunts telemàtica 1r trimestre, Apuntes de Sistemas de Transmisión

¡Descarga Apunts telemàtica 1r trimestre y más Apuntes en PDF de Sistemas de Transmisión solo en Docsity!

Apunts de

Telemàtica 1

er

Parcial

2. Conceptes de Transmissió de dades

2.1. Velocitat de la Informació

Velocitat de Transferència de dades

És la quantitat d‟informació per unitat de temps:

Vtd = bits informació usuari / unitats de temps (b/s)

No inclou els bits de sincronisme, les repeticions per error,..., és per això que aquesta és la velocitat que més interessa als usuaris, però és la més difícil de calcular.

Velocitat de Transmissió sèrie

Nombre de bits que es poden transmetre per un circuit de dades en 1 segon:

Vt = bits que circulen / unitat de temps (b/s) Inclou els bits de sincronisme, les repeticions,...

Velocitat de Modulació

Canvis de l‟estat de senyalització de la línia de tx per segon.

Vm = 1/t on t és l‟interval significatiu mínim (depenent de la modulació pot ser igual al temps de bit)

Relació entre la Vt i la Vm:

V (^) t Vm log 2 n^ on^ n^ és el nombre d‟estats de la modulació

símbol V (^) t Vm ·# bits

Per tant el # bitssímbol =log 2 n

Transmissió Sèrie/Paral·lel

Tx. Sèrie:

• És una tx. seqüencial de les dades que constitueixen un caràcter o una paraulaa través d‟un únic circuit de tx.
• És bit a bit.
• Utilitzat per a llargues distàncies.
• Cal afegir caràcters de control.

Tx. Paral·lel:

• És una tx. simultània a través de varis fils conductors, cadascun dels quals transmet un dels bits que constitueix el caràcter o bloc de dades que s‟està transferint.
• És paraula a paraula (8, 16, 32 bits)
• Utilitzat per a distàncies curtes i alta velocitat.

2.2. Sincronisme

Cal que el rellotge de l‟emissor i el receptor sigui comú, per tal de poder distingir entre un „0‟ i un „1‟ a cada instant.

Sincronisme de bit: Determina l‟instant en que es comença a comptar un bit.

Sincronisme de caràcter: Determina quins bits corresponen a cada caràcter. Sincromisme de bloc: Propi del protocol de comunicacions emprat, en un instant determinat sap on comença i on acaba un bloc de dades, per a poder tractar els errors.

2.2.1. Tipus de Transmissió

Assíncrona

És necessària la presència de start i stop bits:

S‟utilitza per a velocitats baixes: ≤ 1200 bps

Síncrona

Hi ha una cadència fixa amb una base de temps fixa generada per ETD (origen o destí).

S‟utilitza per a velocitats baixes: ≥ 2400 bps

Hi ha una utilització de la línia més eficient.

2.3. Mode d’Explotació

Hi ha tres modes d‟explotació bàsics:

1. SIMPLEX: Transmissió de dades en un únic sentit.
2. HALF-DUPLEX: Transmissió en tots dos sentits alternativament, però mai a la vegada.
3. FULL-DUPLEX: Transmissió simultània de dades en els dos sentits de la comunicació.

A B

A B

1 2 ... 8

Sincr. Bit

Caràcter Stop Bits (1, 1’5 o 2)

3. Protecció Contra Errades de Transmissió

Els canals de comunicació presenten errors, els quals poden ser aïllats (només afecta a un bit), o bé en ràfegues d‟errors.

Cal informació de detecció i/o correcció d‟errors, això implica l‟addició d‟informació redundant.

Existeixen diverses estratègies a seguir:

Codis Detectors d’Errors  Són codis que detecten els errors però no els corregeixen. Són útils quan la probabilitat d‟error (Pe) és petita. Ex: Codis de Paritat, Codis de redundància ciclica,... Codis detectors i correctors d’erros  o Codis Backward (d‟informació de retorn): El propi codi no fa la correcció, envia la informació enrera i permet que l‟origen torni a enviar la informació.  Echoplex : Es retorna el que s‟ha rebut. El propi emissor detecta l‟error comparant i el reenvia.  ARQ : Petició automàtica de repetició. Utilitza codis de paritat, CRC, VLR, ... o Codis Forward (Sense possibilitat d‟informació de retorn): Són codis autocorrectors. Ex: Codis Hamming, Codis Convolucionals, ...

Indicadors de la taxa d’errors

BER (Bit Error Rate): Indica el nombre de bits erronis respecte els bits rebuts.

tm Vt

BE

BER

BLER (Block Error Rate): Correspon a la fórmula BLER =

EFS (Error Free Seconds): Correspon a la fórmula EFS =

3.1. Paritat

Aquest mètode de detecció d‟errors en la transferència de dades correspon als codis anomenats “ Codis de redundància vertical ”. Aquest mètode detecta els errors però no els repara.

BE = bits erronis tm = temps de mesura Vt = velocitat del canal

blocs rebuts amb error blocs rebuts totals

segons sense error segons totals

El que es fa és afegir un bit de paritat per cada caràcter. Hi ha dos tipus de paritat:

Parell: En cada bloc hi ha d‟haver 2n „1‟s Exemple:

Senar: : En cada bloc hi ha d‟haver 2n+1 „1‟s Exemple:

Aquest mètode s‟acostuma a utilitzar quan el nombre de bits a transmetre és petit, i si el BER és petit.

Aquest mètode presenta un problema important:

Si 2n bits s’inverteixen l’error no es detecta.

3.2. Checksum

El Checksum és el conjunt d‟algoritmes de protecció d‟error en la integritat de les dades, els quals es basen en la suma aritmètica dels bytes que composen les dades que es volen protegir.

CHECKSUM-16 = Suma dels valors ASCII dels bytes d‟un bloc de dades.

Exemple: H O L A Aaa 292

Però és un algoritme que tampoc és del tot consistent, ja que no detecta tots els errors que es produeixen: G O L B

Aaa 292

3.3. CRC (Codis de Redundàcia Cíclica)

Aquest mètode consisteix en tractar la seqüència de bits com si fossin coeficients d‟un polinomi.

En primer lloc es representa el missatge en forma de polinomi:

P(x)= an·xn+ an-1·xn-1^ +...+ a 1 ·x^1 + a 0 ·x^0 On: ai  Valor del bit, pot ser „0‟ o „1‟ Xi^  Indica el bit que ocupa la posició „i‟ an  Primer bit que s‟envia

Exemple: 101001  P(x)= x^5 +x^3 +

Consisteix en generar un codi de bits agafant el resta de la divisió binària del nombre entre un nombre binari determinat.

A mode d‟ exemple : Codi Hamming (7,4)  4 bits d‟informació: m 1 ... m 4

3 bits de redundància: c 1 ... c 3

Els bits de redundància es van posant a les posicions de potència 2. (1,2,4,....)

El codi Hamming detecta l‟error, troba la seva posició i inverteix el bit erroni.

La manera de calcular c és la següent:

3 1 3 4

2 1 2 4

1 1 2 3

c m m m

c m m m

c m m m

D‟aquesta manera s‟aconsegueixen tots els valor de la taula següent:

c 1 c 2 m 1 c 3 m 2 m 3 m 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1

Per tal que al receptor no hi hagi cap error s‟ha de complir el següent:

3 1 3 4

2 1 2 4

1 1 2 3

C c m m m

B c m m m

A c m m m

En funció del valor de A, B i C es podrà veure quin és el bit erroni:

A B C (^0 0 0) No error 0 0 1 c 3 0 1 0 c 2 (^0 1 1) m 4 1 0 0 c 1 1 0 1 m 3 1 1 0 m 2 (^1 1 1) m 1

Per tal de corregir cadascun dels bits s‟utilitza un sistema com el següent:

m 4

m 3

m 2

m 1

W X Y Z

A B C

Calculant l‟eficiència i la redundància amb les fórmules anteriors:

Eficiència = 57% Redundància = 43%

XOR

XOR

XOR

XOR

Sistema Combinacional On el sistema combinacional fa les següents funcions:

Z ABC

Y ABC

X ABC

W ABC

m 4 corregit

m 3 corregit

m 2 corregit

m 1 corregit

3.5.1. Diagrama d’Estats

Per explicar aquest apartat ens basarem en l‟exemple anterior, on la relació és de ½ i la longitud d‟influència és k=3.

Per calcular el nombre d‟estats a realitzar:

nombre d‟estats N = 2k-

La raó per la qual és k-1 és perquè s‟utilitza un registre de desplaçament, la qual cosa fa que es tinguin en compte tots els bits menys el de la dreta de tot, que serà desplaçat pel que entra per l‟esquerra.

3.5.2. Diagrama de Trellis

De cada nus del diagrama surten dues branques en funció de quin és el bit d‟entrada:

Si el bit d‟entrada és un „0‟  branca superior Si el bit d‟entrada és un „1‟  branca inferior

0 0 X

1 0 X

0 1 X

1 1 X

‘0’ 10

‘0’ 00 ‘1’ 11

‘1’ 01

‘0’ 01

‘0’ 11 ‘1’ 00

‘1’ 10

E 0

E 1

E 2

E 3

E 0

E 1

E 2

E 3

00 00 00 00 00 00 00

00 00 00 00 00

11 11 11 11 11 11 11

11 11 11 11 11

10 10 10 10 10

10

10

10 10 10 10

01

01 01 01 01

01 01

01 01

(^01 )

Per una certa seqüència d‟entrada tindrem un determinat diagrama de Trellis.

L‟objectiu principal del decodificador és el de determinar la seqüència de sortida més probable. Es compara la seqüència rebuda amb les que es poden obtenir del codificador respectiu i s‟escull la més semblant. Per a corregir els errors de transmissió al decodificador es fa servir l‟ Algoritme de Viterbi.

L‟Algoritme de Viterbi consisteix en calcular els costos de cada camí i seguir el camí que més s‟assembla a la seqüència rebuda. Si s‟arriba amb el mateix cost a un mateix node es descarta el camí inferior i ens quedarem amb la branca superior.

4.1. Transmissió en Banda Base

La transmissió en banda base es fa quan el senyal es transmet en el marge de freqüències original sense cap tipus de modulació.

4.1.1. Codis de Línia

NRZ (NonReturn to Zero)

• Codi unipolar
• Implementació senzilla
• Component continua diferent de 0
• Pèrdua de sincronisme si hi ha seqüències llargues de símbols iguals Exemple:

RZ (Return To Zero)

• Unipolar
• Transmet menys potència que el NRZ
• Pèrdua de sincronisme amb molt 0s seguits
• Component contínua diferent de zero Exemple:

BIFASE (Manchester II)

• Sempre hi ha transició al mig de l‟interval de simbol
• No hi ha component contínua
• Detecció d‟error
• Ample de banda necessari és major Exemple:

BIFASE DIFERENCIAL

Si el bit = 0  senyali = senyali- Sinó  senyali = invers(senyali-1)

• Fa falta un ample de banda elevat Exemple:

BIPOLAR D’ORDRE 1

• Codi AMI (Alternate Mark Inversion)
• Codi bipolar amb 3 nivells: +V, 0, -V
• No hi ha problemes de sincronitazació si hi ha cadenes llargues de 1s
• Problemes de sincronització amb cadenes llargues de 0s
• No hi ha component contínua
• L‟ample de banda és menor que amb el Bifase
• Al detector s‟han de poder distingir 3 nivells de tensió diferents, cal més potència. Exemple:

BIPOLAR D’ORDRE 2

• Es codifiquen els bits parells i senars per separat seguint el codi AMI Exemple:

4.2.1. Modulacions Digitals

Es fa servir una moduladora digital y una portadora analògica.

ASK

Amplitude Shift Keying

Cada valor binari té associada una certa amplitud, com per exemple:

x(t) =

És sensible al soroll a causa del canvis de guany que aquest pot provocar.

FSK

Frequency Shift Keying

Cada valor binari té una freqüència assignada determinada:

x(t) =

És menys sensible al soroll que ASK.

PSK o BPSK

Phase Shift Keying o Binary PSK.

És una modulació per desplaçament de fase.

Cada valor lògic té assignat un angle diferent, per exemple poden estar desfasats radiants.

El rellotge del receptor es posa en fase quan es produeix una transició.

DPSK

Diferential PSK

Amb PSK, si es canvia la polaritat del senyal (b(t)  -b(t)), el receptor no sabrà distingir la diferència.

DPSK tracta d‟eliminar aquesta ambigüitat entre el senyal i el seu invers.

Al transmissor:

b ( t ) d ( t ) b ( t Tb ) amb b(0)= Llavors, b(t): Canvia de signe si d(t)= No canvia de signe si d(t)=

Al receptor:

El senyal rebut i filtrat serà b ( t )· b ( t Tb )

QPSK

Quadrature PSK, també s‟anomena 4-PSK

És un modulació de fase en quadratura.

0 si el bits és 1 V cos( 2 fct ) si el bit és 0

V cos( 2 f 1 t ) si el bits és 1

V cos( 2 f 2 t ) si el bit és 0

En aquest tipus de modulació, les dades es divideixen en dibits.

QPSK és capaç de transmetre amb un BW igual a la meitat que PSK.

Un cop feta la divisió en dibits:

b 1 b 2 fase

(^1 )

Amb la seva corresponent representació fasorial:

MPSK

El senyal d‟informació es divideix en conjunts de bits (3,4,5,...).

Cada grup de bits té una fase assignada.

El més usual és l‟ús de grups de 3 bits.

QAM o QASK

Quadrature Amplitude Modulation o Quadrature ASK.

En aquest tipus de modulació està permès variar l‟amplitud i la fase.

Típicament es fa amb 16 símbols (16QAM). Llavors el temps de símbol Ts = 4Tbit

També tenim la següent fórmula:

k log 2 M on k : nombre de símbols M: nombre de bits a cada període de símbol Per tant si es fan servir 16 símbols  4 bits per símbol

Per a calcular l‟ample de banda necessari es pot emprar la següent fórmula

genèrica: N

f BW b

on N és el nombre de símbols.

000

001

101 100 110

111

011

010

01

00 10

11