lunes, 28 de noviembre de 2016

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
Por cada central se debe efectuar un mínimo de 12 pruebas alternadas de la siguiente manera:

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

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