FACTORES LIMITATIVOS EN LA TRANSMISION DE DATOS.
FACTORES
LIMITATIVOS EN LA TRANSMISION DE DATOS.
Introducción.
Dentro
de las redes de comunicación y transmisión de datos existen factores que
limitan la comunicación digital, esto se debe a la calidad y técnicas características
de dichas redes, la red telefónica es y será el medio más empleado para
transmisión de datos e información, gracias a su vasta infraestructura y
versatilidad en los canales de frecuencia que se pueden emplear en la transmisión
tanto de voz como de datos.
En
la actualidad podemos transmitir a altas velocidades gracias a técnicas sofisticadas
de modulación, control de error y compresión de datos, pero también se debe al
mejoramiento de la calidad de los canales de transmisión. Se pueden transmitir
a velocidades superiores a los 1200 bps gracias al mejoramiento y
acondicionamiento de estos canales de transmisión de manera apropiada haciendo
que su aprovechamiento sea lo más eficiente posible con la tecnología que se
cuenta en el momento.
En
ambos circuitos de transmisión se presentan los mismos problemas o son
similares, reducir los factores de deterioro en la transmisión y entre ellos
tenemos:
·
Distorsión de Fase o de Retardo
·
Distorsión de Amplitud o
Atenuación
·
Fluctuación de Fase
Cuando
se trata de redes conmutadas deben ser sometidas a una serie de pruebas que
permitan definir los parámetros que permiten una evaluación del comportamiento de
las líneas de servicios de transmisión de datos.
·
Distorsión Telegráfica
·
Porcentaje de Dígitos y Bloques en
Error
·
Fallas de Línea
DISTORSIÓN
DE FASE O DE RETARDO
La
distorsión de fase es una deformación de la envolvente de onda de las señales
producidas en los canales de comunicación, esta deformación se da cuando la
curva característica de fase en función de la frecuencia no es lineal, en
consecuencia los componentes de frecuencias se desplazaran a diferentes
velocidades provocando que cada uno de ellos tomen tiempos diferentes. En las
redes telefónicas este tipo de distorsión es producido por el efecto capacitivo
y el inductivo de los filtros y transformadores del circuito de la banda de voz.
Es
importante mencionar que la distorsión de retardo se convierte en un problema
en el momento que comienza a perjudicar la recepción de la de las señales o cuando
esta dificulta la compresión de la información, pero en el canal de voz de la
señal telefónica la distorsión de retardo pasa desapercibida debido a que el oído
humano es relativamente insensible a las variaciones de fase en función de la
frecuencia.
Los
dígitos binarios generalmente son formados por impulsos de forma rectangular,
que se modulan en una portadora a una velocidad predeterminada, las señales que
se modulan (FSK, PSK o DPSK) contienen numerosas componentes de frecuencia, y
la envolvente de dichas señales es el resultado de la suma vectorial de la
frecuencia fundamental y de sus armónicas. Este tipo de señales presentan una
fuerte distorsión de retardo cuando el canal no tiene un comportamiento lineal,
lo que genera una interferencia mutua entre impulso contiguos produciendo lo
que se conoce como interferencia intersímbolo, es decir, que el receptor
interpretara el digito “1” como un “0” y viceversa.
También
se debe tener en cuenta que la distorsión de retardo dentro de una línea de transmisión
está directamente relacionado a las características de impedancia y sus características
se alteran considerablemente cuando existe un desequilibrio de impedancias
entre las secciones de la línea de transmisión y de los equipos.
Para caracterizar la distorsión de fase, normalmente
se consideran dos tipos de distorsión de retardo: el “retardo de fase” y el
“retardo de envolvente”.
El retardo de fase es
entonces el tiempo de transmisión de las componentes de frecuencia a través de
un medio dado. Por definición, el tiempo de retardo es
Con referencia a la figura
(a), el retardo de fase a la frecuencia f1 es simplemente
la pendiente de la característica en el punto A, con un factor de escala1/2π.
La
segunda forma de retardo es el “retardo de envolvente” que se define como la
derivada de la característica de fase. Sea el retardo de envolvente,
entonces
El
retardo de envolvente a una frecuencia dada f1 se puede aproximar en la forma
mostrada en la figura (b).
A
esta forma de retardo se le ha llamado retardo de envolvente porque la
envolvente de una portadora modulada es retardada por el medio de transmisión
en una cantidad igual a la pendiente de la característica a la frecuencia de la
portadora. Se supone que la frecuencia modulante es muy pequeña comparada con
la frecuencia de la portadora. Esta es una de las suposiciones básicas que
generalmente no es tomada en cuenta en la definición del retardo de envolvente.
El
retardo de envolvente, denominado también “distorsión de retardo de grupo”, es
la forma de retardo más utilizada en la caracterización de un canal de
comunicaciones, pues representa el verdadero retardo de la señal, sobre todo si
la señal está modulada.
En
la Fig. (c) y (d) se muestra las características típicas de un canal telefónico
de 3 kHz de ancho de banda. La curva (d) o retardo de envolvente se puede
obtener de la curva (a) mediante diferenciación gráfica.
Hay
que distinguir entre el “retardo de envolvente absoluto” y el “retardo de
envolvente relativo”. El retardo absoluto es la cantidad de retardo
experimentado por una señal en toda la trayectoria de transmisión. Como las
componentes de frecuencias son afectadas en forma distinta, cada frecuencia
tendrá su propio retardo absoluto. El retardo relativo es la diferencia entre
el retardo de la envolvente de una frecuencia dentro de la banda bajo medición
y el retardo de una frecuencia usada como referencia dentro de la misma banda.
En la práctica esta frecuencia es de 800 Hz.
En
las normas de rendimiento, la distorsión de retardo de envolvente generalmente
se expresa como la diferencia máxima de retardo (en microsegundos) que existe
dentro de la banda de paso del canal. Por ejemplo, en los Estados Unidos las
especificaciones estipulan que en un circuito de enlace entre centrales
telefónicas la distorsión de retardo no debe exceder los siguientes valores:
80 µs para 1000 ≤ f ≤ 2600 Hz
250 µs para 600 ≤ f ≤ 1000 Hz
500 µs entre 500 ≤ f < 600 Hz y 2600 < f ≤ 2800 Hz
Esta
estipulación significa que la diferencia de retardo de envolvente entre una
frecuencia cualquiera y la frecuencia de referencia dentro de la banda de 1000
Hz a 2600 Hz no debe exceder 80 µs y así sucesivamente. El cumplimiento de las
especificaciones se puede verificar con un instrumento de medición del k
MEDICIÓN DE LA DISTORSIÓN DE RETARDO
En
general, hay tres técnicas para la medición de la distorsión de retardo
comúnmente utilizadas en la práctica.
Medición del Desfase
Esta
medición se efectúa con un fasímetro o por medio de las figuras de Lissajous en
un osciloscopio. Este método es el utilizado en pruebas de laboratorios, donde
se requiera una medición exacta de los valores y es apropiado cuando el
terminal de transmisión y recepción están en un mismo punto, este es un método muy
tedioso pero es el que se usa cuando se necesitan probar dos circuitos
similares.
Empleo de Instrumentos de Medición
Este
es el método más utilizado por lo práctico, en este se usan instrumento que por
lo general poseen un oscilador de frecuencia variable y una frecuencia de
modulación baja. La baja frecuencia de modulación crea una envolvente que ocupa
un ancho de banda muy angosto alrededor de la portadora. El retardo de
envolvente es el tiempo relativo de llegada de la envolvente de modulación para
diferentes valores de la frecuencia de portadora en la banda de interés, por
ejemplo, entre 500 Hz y 3 kHz. Estos instrumentos deben cumplir con la
Recomendación O.81 del UIT-T.
Entre
los instrumentos usados tenemos: el Lenkurt 26C, Western Electric Tipo 25A,
Wandel y Golterman LD-30 Measuring Set, Hewlett Packard Modelo 3770A
Método del Diagrama de Ojo
El
uso más importante del método del “diagrama de ojo” es la calibración o ajuste
de los dispositivos de compensacieon de la línea de transmisión (ecualizadores)
y visualizar la calidad de la señal digital que se recibe, pero de igual manera
podemos determinar el efecto de distorsión de retardo con este método.
Cuando
se utiliza este método para la medición del retardo, es necesario desplegar en
un osciloscopio la salida del sistema de transmisión bajo prueba. En esta forma
los impulsos presentes en la señal se superpondrán creándose adrede una
interferencia intersímbolo. La imagen en el osciloscopio tendrá la forma de
ojos, como se muestra en la figura.
Para
comprender e interpretar los diagramas de ojo, consideremos la Fig. (e) y (f),
donde se muestra los diagramas de ojo de dos señales binarias bipolares: una
sin distorsión y la otra con distorsión. En la forma sin distorsión, Fig. (e),
cuando todos los segmentos de duración T de la señal están superpuestos,
resulta un ojo con una abertura máxima. La distancia T entre los picos de los
ojos es el período de muestreo, y los picos de los ojos son los instantes de
muestreo de la señal.
En
la Fig. (f) la forma del ojo está distorsionada debido a los efectos de la
interferencia intersímbolo y el ruido. El ojo está parcialmente cerrado, su
abertura E es menor y la detección será, evidentemente, más difícil.
El
diagrama de ojo proporciona una gran cantidad de información relacionada con el
comportamiento de un sistema de transmisión de datos. Si el ruido no es muy
grande, el diagrama de ojo visto en un osciloscopio se puede representar
esquemáticamente como en la figura siguiente.
Del
diagrama de ojo, puede obtenerse la siguiente información: (a) el mejor
instante de muestreo ocurre aproximadamente donde el ojo muestra su abertura
máxima; (b) la sensibilidad del sistema a errores de temporización se revela
observando la velocidad con que el ojo se cierra al variar los instantes de
muestreo; (c) la máxima distorsión de la señal se manifiesta en el ancho
vertical de las dos ramas de la figura en el instante de muestreo; (d) el
margen mínimo contra el ruido equivale a la distancia desde la traza más
cercana hasta el umbral en el instante de muestreo.
DISTORSION DE AMPLITUD O ATENUACION
Introducción
Para
empezar es bueno señalar que tanto la distorsión de amplitud como la de retardo
necesariamente no guardan una relación directa y no siempre aparecen, pero
ambas se deben a causas muy similares. Por lo que es necesario que se traten como
dos fenómenos distintos e independientes y por lo tanto los métodos de corrección
también son diferentes.
Se
denomina distorsión de amplitud a la deformación de las señales cuando el
módulo
|Hc(f)|
no es constante sino que varía
en función de la frecuencia. Esta forma de distorsión tiene dos características
distintivas: un aumento de la atenuación (pérdida) en los bordes de la banda de
paso y un rizado dentro de dicha banda.
En
los sistemas multicanal telefónicos la atenuación en los bordes de la banda
generalmente se debe a los filtros de línea, al cable pupinizado o a las características
pasaalto de los transformadores y capacitores en serie. El rizado dentro de la
banda es causado principalmente por desequilibrios de impedancia y la reflexión
consiguiente.
Distorsión de Atenuación en Señales Digitales
En
los sistemas multiplex por división de frecuencia (FDM), para transmisión de
datos a baja velocidad, la distorsión en los bordes de la banda en los canales
de voz puede llegar a tal grado que no resulta práctico aumentar el número de
canales mediante ecualización. En cambio, el rizado dentro de la banda o la
distorsión de retardo rara vez llegan a tal grado que perjudiquen los canales
de baja velocidad. Por lo tanto, los compensadores que se insertan en los
equipos FDM para servicio de datos sólo tienen que corregir la respuesta de
amplitud en los bordes de la banda.
En
los sistemas de transmisión de datos a velocidades más altas (sobre 1200 bps),
por lo general predomina la distorsión de retardo y en consecuencia sólo se
necesita una moderada corrección de amplitud. Comúnmente basta con una
ecualización general de la pendiente de amplitud en toda la banda de paso.
Cuando
el rizado dentro de la respuesta de amplitud dentro de la banda resulta más
serio, debe introducirse algún tipo de compensación. Como ya se ha mencionado,
el rizado se debe a falta de adaptación de las impedancias, aunque también
puede ser causado por una imperfecta adaptación de los dispositivos de
distorsión de retardo.
Generalmente
la corrección de la distorsión de atenuación se efectúa a continuación de la
compensación del retardo. Como se explicó el valor del retardo absoluto de un
sistema no puede reducirse en el punto de origen, pero la distorsión de
atenuación es susceptible de corrección con dispositivos de ganancia. Con este
fin se puede emplear ecualizadores regulables para corregir la distorsión de
amplitud, aparte de la distorsión de retardo.
Fluctuación de Fase (Jitter)
Durante
mucho tiempo el concepto de “fluctuación de fase (jitter)” llamado también
“inestabilidad de fase” fue conocido solamente en el ámbito de los laboratorios
de investigación y desarrollo, y se utilizaba para describir las variaciones
rápidas de fase de poca significación en el aspecto práctico de entonces. La
razón de esta poca atención se deriva del hecho de que las redes telefónicas
estaban diseñadas para transmisión de voz y el oído puede tolerar fluctuaciones
de fase considerables. Pero el advenimiento de la transmisión digital y las
velocidades de transmisión cada vez más altas, han puesto de manifiesto la gran
importancia de la fluctuación de fase. A velocidades superiores a 4800 bps,
puede ser el principal factor limitativo en el comportamiento del sistema.
Las
causas de la fluctuación de fase son muy variadas, pero podemos mencionar las
siguientes:
a)
Filtrado insuficiente en la fuente
de alimentación. Por efectos del filtraje insuficiente, la frecuencia de la red
(60 Hz) y sus primeras armónicas (180 y 300 Hz) pueden modificar la fase de los
osciladores presentes.
b)
Inestabilidad en la frecuencia.
c)
Variaciones de la carga de los
osciladores.
d)
Diferencias en las distintas
trayectorias de la señal.
En
su Recomendación G.823, el UIT-T define la fluctuación de fase como las
“variaciones a corto plazo de los instantes significativos de una señal
numérica (digital) en relación con las posiciones que teóricamente debieran
ocupar en el tiempo”.
A
fin de visualizar mejor los efectos de la fluctuación de fase en la transmisión
de datos, consideremos una señal sinusoidal vista en un osciloscopio.
Como
la fluctuación de fase es un proceso de modulación, una señal con fluctuación
de fase tendrá asociada con ella un cierto número de bandas laterales
indeseables. Esta situación podría aplicarse para la medición de la fluctuación
mediante una relación portadora/bandas laterales, pero sería muy difícil
establecer cuáles son las bandas laterales útiles y cuáles las indeseadas. La
práctica aceptada actualmente es la de especificar la fluctuación de fase en
grados. Esto generalmente se hace con un detector de cruces por cero cuya
salida indica la fluctuación de fase directamente en grados o radianes.
En
general, se requiere que la fluctuación de fase no exceda 15o pico a pico
durante un período de medición de 5 minutos.
EVALUACION DE LA RED TELEFONICA CONMUTADA
La
evaluación de la red telefónica conmutada consiste en (a) la determinación de
los elementos cuya contribución permite estimar su capacidad para la
transmisión de datos, y (b) la medición de los parámetros eléctricos del medio
de transmisión.
Procedimientos de Medición
La
red conmutada sin acondicionamiento puede transmitir señales desde 50 bps hasta
un límite superior de 1200 bps, tal como se especifica en la Recomendación
M.1040; pero debido al hecho de que las rutas seleccionadas por los centros de
conmutación son aleatorias y las características de la red son muy variables,
inclusive dentro de un mismo centro urbano, no es necesario efectuar la
medición de los parámetros eléctricos del medio de transmisión (Mediciones de
Carácter Telefónico).
De
acuerdo con la recomendación UIT-T V.52, la evaluación consiste en la
generación desde el extremo transmisor de una secuencia seudoaleatoria, de 511
dígitos cada una, en el rango de velocidad en el cual se está operando, por
ejemplo, a 1200 bps. Esta secuencia se compara en el extremo receptor con una
señal seudoaleatoria idéntica generada localmente. Secuencias de dígitos o de
bloques que no coincidan en el receptor, son consideradas como errores que
deben ser evaluados. Es importante también para la evaluación del comportamiento
de la red el conocimiento de la distorsión telegráfica.
El
tiempo promedio de medición de error para las secuencias es de 15 minutos
durante las horas pico. La distorsión telegráfica debe evaluarse durante los
primeros 20 segundos del mismo período.
Si
la velocidad de prueba es de 1200 bps, en 15 minutos se transmitirá 1.080.000
dígitos y 2.113 bloques de 511 dígitos; por lo tanto, para el medio de
transmisión utilizado y con el rango de modulación establecido, el límite del
porcentaje de dígitos en error establecido es de 10-3, lo cual significa que la
cantidad total de dígitos en error no debe superar en ningún caso los 1.080.
Si
se supone que la distribución de los dígitos en error es uniforme, es decir, un
dígito en error en cada bloque de 511 dígitos, la cantidad máxima de bloques en
error no podrá en ningún caso superar los 1.080 bloques; esto corresponde al
51,1% del total de 2113 bloques transmitidos.
Es
importante tener presente la influencia que sobre las mediciones puede tener la
utilización de un módem solamente; por ello se recomienda utilizar módems UIT-T
de diferentes fabricantes. En el proceso de medición en lo posible se debe
seguir las instrucciones indicadas en el manual del módem con el fin de reducir
potenciales fuentes de error.
Mediciones sobre la Red Conmutada Urbana
En
la red conmutada urbana es de particular importancia la medición de ciertos
parámetros denominados “parámetros de carácter telegráfico”. En la Fig. 8.14 se
muestra la interconexión entre el ETD llamante y el ETD llamado; en la práctica
estos ETDs son en realidad instrumentos de medición.
Interconexión
sobre la Red Conmutada Urbana
Las
Mediciones de Carácter Telegráfico que se deben evaluar sobre la red pública
conmutada son:
·
Distorsión Telegráfica
·
Proporción de Dígitos en Error
(BER)
·
Proporción de Bloques en Error
(PBE)
·
Fallas de Línea
·
Procedimiento de Conexión
En
el procedimiento de conexión sobre la red conmutada hay que seguir los
siguientes pasos:
a)
Establecer la conexión telefónica
normal entre llamante y llamado
b)
Inhabilitar el teléfono activando
el circuito de enlace 107/CC para que el módem tome la línea, sea en modo
automático o en modo manual (con operadores)
c)
Proceder a la transmisión a las
velocidades asignadas (600/1200 bps) y medir los elementos que permitirán
evaluar la aptitud de la red conmutable para la transmisión de datos hasta 1200
bps. El aparato de medición es el especificado en la Recomendación V.52, y se
aplicarán los límites establecidos en la Recomendación V.53, cuyos aspectos más
relevantes los veremos más adelante.
Localización de los Terminales de Medición
El
extremo receptor quedará fijo durante todo el período de medición y deberá
pertenecer a áreas de tráfico telefónico intenso. Este extremo es el encargado
de realizar las mediciones.
El
extremo transmisor se localizará en la central bajo prueba. En todo caso,
deberá probarse la mayoría de las centrales pertenecientes al área bajo
medición.
Establecimiento de las Conexiones
a)
El extremo llamante establece la
conexión telefónica y transmite las secuencias. El tiempo de prueba es de 15
segundos durante las horas pico (en este tiempo se puede transmitir hasta 35
bloques a 1200 bps). El extremo receptor computa las fallas de línea, la
distorsión telegráfica y los bloques y dígitos en error.
b)
Se invierte el proceso: el extremo
receptor establece la conexión telefónica, y el extremo transmisor inicia la
transmisión de las secuencias. Los parámetros se miden en el extremo receptor.
La
evaluación final consistirá en que por lo menos un 80% de las comunicaciones
establecidas hayan producido un resultado satisfactorio, es decir, que estén
dentro de los límites establecidos por las normas. Las mediciones se hacen
siempre en el extremo receptor o remoto.
La comunicación entre redes interurbanas se efectúa
mediante enlaces de microondas. En este caso se incorporan todos los enlaces
entre diferentes localidades que utilizan sistemas de portadora modulada. Los
procedimientos para estas mediciones son los mismos especificados para la red
conmutable urbana, pero la trayectoria bajo medición deberá (si el área bajo
medición es multicentral) recorrer todas las centrales pertenecientes al área.
Grupo 05
Jorge Bruzual
Yocasta Negrette
Joseilis Sanches
Yuselis Luna
Miguel Leon
