Transmisión de Datos: Requisitos Fundamentales
La transmisión de datos debe cumplir los siguientes requisitos esenciales:
- Comunicar emisor y receptor (mediante técnicas de conmutación).
- Transformar los datos, adaptándose al medio y al tipo de transmisión (mediante modulación y codificación).
- Permitir la transmisión de múltiples señales por un único canal (mediante multiplexación).
Sistemas de Conmutación
El sistema de conmutación es el proceso de establecimiento de una conexión entre dos usuarios de la red, ya sea digital o analógica, para hacer llegar la información del emisor al receptor.
Técnicas de Conmutación
Conmutación de Circuitos
Es la técnica más antigua. Consiste en establecer un camino físico dedicado entre dos terminales que se comunican a través de circuitos interconectados a los nodos de la red, estableciendo conexiones consecutivas entre sucesivos nodos, desde el emisor hasta el receptor.
Conmutación de Mensajes
Aunque actualmente no es la técnica principal (salvo para servicios como el correo electrónico), se basa en el almacenaje y retransmisión de mensajes por centrales. Emplea grandes ordenadores para almacenar y enviar mensajes. Se caracteriza por ser un sistema abierto con capacidad de almacenamiento potencialmente ilimitada.
Conmutación de Paquetes
Se basa en la división de mensajes en pequeños trozos llamados paquetes, los cuales se transmiten nodo a nodo en bloques que contienen bits de origen y bits de control. Permite la comunicación en tiempo real.
Métodos de Encaminamiento de Paquetes
Datagrama (Sin Conexión)
Las tramas se envían sin conexión previa. Dado que el mensaje se divide en el primer nodo, las tramas pueden llegar desordenadas al destino, requiriendo que el receptor organice los paquetes para reconstruir el mensaje original. Emplea protocolos como IP y TCP.
Circuito Virtual (Orientada a la Conexión)
Se basa en el envío de una primera trama al destino (establecimiento de llamada) que identifica la ruta en cada nodo. Estos nodos identifican el resto de paquetes del mensaje y los envían secuencial y automáticamente por el mismo camino. La principal ventaja es que los paquetes se entregan ordenados y el camino puede ser liberado para otros usuarios al finalizar la transmisión.
Conmutación Rápida de Paquetes
Busca una alta velocidad de retransmisión, combinando fibra óptica y nodos de mayor potencia y rapidez. Es más rápida que la conmutación convencional al rechazar directamente los paquetes erróneos. Permite integrar en un circuito digital varios tipos de información (voz, datos, video).
Existen dos tipos principales:
- Frame Relay (Retransmisión de Trama).
- ATM (Asynchronous Transfer Mode – Modo de Transferencia Asíncrona).
Modulación
La modulación busca conseguir que la señal modulada se adapte a las características del medio de transmisión. En este proceso intervienen tres tipos de señales:
- Señal Moduladora: El mensaje que se desea enviar.
- Señal Portadora: La onda que posee la forma más adecuada para la transmisión.
- Señal Modulada: El resultado de adaptar la señal moduladora a la señal portadora. Esta señal se procesa posteriormente para obtener el mensaje original.
Tipos Básicos de Modulación
- Modulación Analógica: La señal portadora es una onda sinusoidal y la señal moduladora es analógica.
- Modulación Digital: La señal portadora es una onda sinusoidal y la señal moduladora es digital.
Velocidad de Modulación (Baudios)
Es la velocidad a la que funciona un modulador o demodulador. Se mide en baudios. Se obtiene dividiendo la velocidad de transmisión serie entre el número de bits utilizados para la señal modulada (símbolo).
Ejemplos:
- Dos niveles (dos símbolos) equivalen a 1 bit (dos estados).
- Un modulador a 4 niveles equivale a 2 bits por símbolo.
Modulaciones Analógicas
Modulaciones Analógicas Lineales
Son señales cuyo espectro de frecuencias de la señal modulada está relacionado con la moduladora. Incluyen:
- Modulación de Doble Banda (DSB).
- Modulación de Banda Lateral Única (SSB).
- Modulación de Amplitud con Portadora (AM o convencional), donde la forma de la portadora varía proporcionalmente a la moduladora.
Modulaciones Analógicas Angulares (o Exponenciales)
El espectro de la señal modulada no está relacionado con la señal moduladora, lo que permite mejorar la relación señal/ruido sin aumentar la potencia.
- PM (Modulación de Fase): Cambia la fase de la señal modulada en función de la variación de amplitud de la señal moduladora.
- FM (Modulación de Frecuencia): La frecuencia de la señal modulada es proporcional a la amplitud de la señal moduladora, lo que ayuda a eliminar los ruidos de transmisión (ruido de banda ancha).
Modulaciones Digitales
En las modulaciones digitales, la señal portadora es una onda sinusoidal y la señal moduladora es digital.
- ASK (Amplitude Shift Keying): La señal portadora varía su amplitud en función de la señal moduladora digital (1 o 0).
- FSK (Frequency Shift Keying): Variación de la frecuencia portadora (modulación de frecuencia).
- PSK (Phase Shift Keying): Produce un desplazamiento de la fase portadora.
Multiplexación
La multiplexación es un proceso reversible que une las señales de distintas fuentes en una sola, utilizando un único canal. Esto equivale a dividir un canal común en canales lógicos independientes en el mismo sentido (la división es lógica, no física).
Ejemplo: Una central telefónica multiplexa varias llamadas a la vez.
- El Multiplexor (MUX) recoge señales de varios emisores.
- El Demultiplexor (DEMUX) se encarga de entregar a los receptores la señal correspondiente, ya que todas viajan multiplexadas por el mismo canal.
Tipos de Multiplexación
Aplicables tanto en entornos digitales como analógicos:
Por División de Frecuencia (FDM)
Consiste en enviar varias señales simultáneamente, asignando a cada una una frecuencia portadora diferente. Esto se logra mediante la modulación previa de las señales originales, generalmente analógicas moduladas en FM.
Una variante de FDM es la WDM (Wavelength Division Multiplexing o Multiplexación por División de Onda), que emplea señales luminosas en cables de fibra óptica.
Por División en el Tiempo (TDM)
Usada en transmisores digitales. Consiste en asignar un intervalo de tiempo de transmisión a cada señal emitida, intercalando los emisores entre sí. El multiplexor trocea las señales e inserta una señal de sincronismo para separar las tramas. El receptor sincroniza la recepción para separar cada señal.
Por Estadística en el Tiempo (STDM)
Es una variante de TDM. Asigna más o menos tiempo a cada canal en función del tráfico, optimizando el trabajo del multiplexor, que en este caso se denomina Concentrador.
Ejemplo: Si un terminal emite el triple de bits por segundo que otro, el concentrador dejará pasar 3 bits del primero por cada bit del segundo.
Codificación
Modulación por Impulso Codificado (PCM o MIC)
Es el método más usado en telefonía para convertir una señal analógica en digital (conversión A/D). Partiendo de la señal analógica, se realizan tres pasos:
- Muestreo: Recogida de valores instantáneos de la señal analógica a intervalos de tiempo iguales.
- Cuantificación: Asignación de un valor discreto a los datos de muestreo dentro de intervalos establecidos.
- Codificación: Traducción de los valores discretos a formato binario.
Codificación de Datos Digitales
- Transmisión Síncrona: Utiliza protocolos orientados a carácter y a bit.
- Transmisión Asíncrona (Código Manchester): Cada periodo de bit se divide en dos partes iguales.
- Un 0 de la señal original se representa con una primera parte a nivel bajo y una segunda parte a nivel alto.
- Un 1 de la señal original se representa de forma inversa: primera parte a nivel alto y segunda parte a nivel bajo.
Comparativa de Transmisión: Banda Base y Banda Ancha
Banda Base
Es un tipo de transmisión digital en la que la señal se transmite codificada y sin modular. Sus características son:
- Distancia máxima muy limitada (pocos kilómetros), utilizando repetidores.
- Utiliza todo el ancho de banda disponible.
- No permite multiplexación.
- Permite el ahorro de aparatos de modulación.
Banda Ancha
Es un tipo de transmisión analógica donde las señales están moduladas y multiplexadas en frecuencia. Sus características son:
- Cada canal lógico (no físico) transporta información diferenciada (sonido, video, datos) a distintas velocidades.
- Permite distancias elevadas (decenas de kilómetros), pudiendo usar amplificadores para aumentar la longitud de redes MAN y WAN.
- La información, codificada en su banda base, se desplaza a una banda de frecuencias, permitiendo la multiplexación y aumentando el ancho de banda original.
- Rango de ancho de banda típico: 25 a 360 Hz, con frecuencias de transmisión de 5 a 3000 MHz.