Lo que se puede clasificar como un sistema de comunicación digital. ¿Por qué radio digital? Dispositivos de sincronización de reloj

Durante la mayor parte de los 100 años del siglo pasado, la conexión del teléfono de un abonado a una central telefónica (o "sección local de la línea de comunicación", "última milla") se realizaba mediante cable de cobre (par trenzado), oculto en Colectores subterráneos o tendidos en el aire.

Durante mucho tiempo, el ancho de banda utilizado no superó los 3 kHz, lo que estaba limitado por los dispositivos terminales analógicos. Sin embargo, el par trenzado es inherentemente capaz de ofrecer anchos de banda mucho mayores y puede transportar vídeo o datos de banda ancha a distancias cortas. Se han desarrollado nuevas tecnologías (ISDN y ADSL) para ofrecer más rendimiento alto sobre la infraestructura existente.

También en los años 1990. Las compañías de cable han invertido mucho en conexiones alternativas a los hogares. Aquí se utilizaron tanto tecnologías de par trenzado como cables de fibra óptica y coaxiales. En la mayoría de los casos estos redes de cable se llevaron a cabo para garantizar la transmisión televisiva. Sin embargo, el creado capacidades de comunicación Su gran ancho de banda también puede utilizarse para organizar otras formas de servicios digitales.

RDSI

Red digital con provisión. servicios integrales(Red Digital de Servicios Integrados - RDSI) podría considerarse como el mejor secreto guardado durante demasiado tiempo en el mundo de las redes informáticas. La RDSI estuvo oculta a los usuarios de las redes telefónicas (Red telefónica pública conmutada - PSTN) durante mucho tiempo, ya que solo proporciona comunicación entre centrales telefónicas y el suscriptor de la estación todavía estaba conectado a través de un canal analógico.

ISDN estaba originalmente disponible en dos versiones:

  • Tarifa Básica RDSI - BRI, que también se conoce como RDSI-2. BRI está destinado al usuario doméstico o a las pequeñas empresas y consta de dos “canales B” (64 Kbps) para transmisión de datos y un “canal D” encubierto (16 Kbps) para información de control. Se pueden usar dos canales de 64 Kbps por separado o conectarse juntos para formar un canal de 128 Kbps.
  • ISDN de tarifa primaria - PRI o ISDN-30. El PRI consta de 30 "canales B" de 64 Kbps (se pueden configurar un mínimo de seis) más un "canal D" de 64 Kbps para datos de control. Los canales B se pueden combinar en un único canal de 1,92 Mbit/s.

Líneas de abonados digitales

xDSL es el nombre colectivo de una variedad de tecnologías de Línea de Suscriptor Digital (DSL) diseñadas para ofrecer a las compañías telefónicas un camino hacia el negocio de la televisión por cable. Esta no es una idea nueva: Bell Communications Research Inc desarrolló la primera línea de abonado digital en 1987 para ofrecer televisión interactiva y vídeo a la carta a través de una conexión por cable. En ese momento, la difusión de tales tecnologías era difícil debido a deficiencias en los estándares de toda la industria.

Las tecnologías xDSL ofrecen velocidades de entrada (descarga) de hasta 52 Mbit/s y velocidades de salida (carga) de 64 Kbit/s a 2 Mbit/s o más y tienen una serie de modificaciones:

  • línea asimétrica (ADSL);
  • alta velocidad de bits (HDSL);
  • línea única (SDSL);
  • Velocidad de datos muy alta (HDSL).

La práctica demuestra que las líneas ADSL (Línea de abonado digital asimétrica) son las más prometedoras para uso doméstico.

ADSL

La tecnología ADSL es similar a la RDSI: ambas requieren que las líneas telefónicas por cable estén abiertas y sólo pueden usarse dentro de una distancia limitada de la compañía telefónica local. En la mayoría de los casos, ADSL puede funcionar a través de conexiones de par trenzado sin interrumpir las conexiones telefónicas existentes, es decir, conexiones locales. compañías telefónicas No es necesario instalar líneas especiales para prestar el servicio ADSL.

ADSL aprovecha el hecho de que, dado que las comunicaciones de voz no ocupan todo el ancho de banda disponible en un cable de par trenzado estándar, puede ser transmisión de alta velocidad datos al mismo tiempo. Para ello, ADSL divide el ancho de banda máximo de la conexión por cable de 1 MHz en canales de 4 kHz, de los cuales un canal se utiliza para sistema telefónico(Sistema telefónico antiguo y sencillo - POTS): datos de voz, fax y módem analógico. Otros 256 canales disponibles utilizado para paralelo comunicaciones digitales. La comunicación es asimétrica: se utilizan 192 canales de 4 kHz para transmitir información entrante y solo 64 para información saliente.

ADSL se puede considerar como una conversión línea serie datos digitales en una cadena paralela, aumentando así el rendimiento. La técnica de modulación se conoce como Discrete Multitone (DMT), y la codificación y decodificación se realiza de la misma forma que un módem convencional.

Cuando el servicio estuvo disponible comercialmente por primera vez, el único equipo que los suscriptores de ADSL tenían que usar era un módem especial. El dispositivo tiene tres salidas: un conector a la toma de pared y luego a la central telefónica; conector telefónico estándar RJ11 para servicio telefónico analógico; y conector retorcido pares de ethernet, que conecta el módem ADSL al PC.

Del lado del usuario, el módem ADSL recopila datos digitales de alta frecuencia y los traduce para transmitirlos a una computadora personal o a una red. En lo que respecta al servicio telefónico, un multiplexor de acceso a línea de abonado digital (DSLAM) conecta al usuario de ADSL a alta velocidad, agregando líneas ADSL entrantes en una única conexión de voz o datos. Las señales telefónicas se envían a la red telefónica conmutada y las señales digitales se envían a Internet a través de una red troncal de alta velocidad (fibra de vidrio, transmisión asíncrona datos o línea de abonado digital).

192 canales a 4 kHz proporcionan un ancho de banda máximo de 8 Mbps. El hecho de que los servicios ADSL estén limitados a un límite de 2 Mbit/s se debe a una reducción artificial del ancho de banda y al hecho de que los niveles reales de servicio dependen del número de factores externos. Estos incluyen la longitud del cableado, la cantidad de cables del sensor, los pares colgantes y la interferencia. La atenuación de la señal aumenta con la longitud y la frecuencia de la línea y disminuye con el diámetro del cable. Un "par colgante" es un par de cables abiertos que es paralelo al par de cables principal; por ejemplo, cada conector telefónico no utilizado es un "par colgante".

Si ignoramos el efecto de los pares colgantes, el rendimiento de ADSL se puede representar con los datos que figuran en la tabla correspondiente.

Rendimiento de comunicación ASDL

En 1999, basándose en propuestas de Intel, Microsoft, Compaq y otros fabricantes de equipos, se desarrolló una especificación que fue adoptada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) como estándar universal de la industria ADSL, conocida como G.922.2 o G.lite. El estándar supone que los usuarios pueden realizar llamadas telefónicas de voz regulares al mismo tiempo que transmiten datos digitales. Se introducen algunas restricciones en la velocidad: 1,5 Mbit/s para la recepción de datos y 400 Kbit/s para la transmisión.

ADSL2

En julio de 2002, la Unión Internacional de Telecomunicaciones finalizó dos nuevos estándares de líneas de abonado digitales asimétricas, definidos como G992.3 y G992.4 para líneas de abonado digitales asimétricas (en adelante conocidas como ADSL2).

El nuevo estándar fue diseñado para mejorar la velocidad y el alcance de la línea de abonado digital asimétrica, logrando mejor eficiencia en largas colas en condiciones de interferencia de banda estrecha. La velocidad de ADSL2 para los flujos de información entrantes y salientes alcanza 12 y 1 Mbit/s respectivamente, dependiendo del alcance de la comunicación y otras circunstancias.

Se logró una mayor eficiencia debido a los siguientes factores:

  • Tecnología de modulación mejorada: una combinación de modulación Trellis de cuatro dimensiones (16 estados) y cuadratura de 1 bit. amplitud modulada(QAM), que proporciona, en particular, una mayor inmunidad a las interferencias de la radiodifusión AM;
  • uso de un número variable de bits de servicio (que en ADSL ocupan constantemente una banda de 32 Kbps): de 4 a 32 Kbps;
  • codificación más eficiente (basada en el método Reed-Solomon, código Reed-Solomon).

ADSL2+

En enero de 2003, la UIT introduce el estándar G992.5 (ADSL2+), una recomendación que duplica el ancho de banda del tráfico entrante, aumentando así las velocidades de transferencia de datos en líneas telefónicas de menos de 1,5 km aproximadamente.

Mientras que los estándares ADSL2 definen el rango de frecuencia del flujo de información entrante en 1,1 MHz y 552 kHz, respectivamente, ADSL2+ aumenta esta frecuencia a 2,2 MHz. El resultado es un aumento significativo en las velocidades de datos descendentes en líneas telefónicas más cortas.

ADSL2+ también ayuda a reducir las interferencias. Esto puede ser especialmente útil cuando las líneas de línea de abonado digitales asimétricas tanto de la oficina central como del terminal remoto están en el mismo paquete cuando se acercan a los hogares de los clientes. La interferencia mutua puede perjudicar significativamente las velocidades de datos en una línea.

ADSL2+ puede corregir este problema utilizando frecuencias inferiores a 1,1 MHz desde la oficina central hasta el terminal remoto, y frecuencias entre 1,1 y 2,2 MHz desde el terminal remoto hasta el sitio del abonado. Esto eliminará la mayor parte de las interferencias entre servicios y mantendrá las velocidades de datos en la línea desde la oficina central. Otras tecnologías xDSL.

Tabla de características de la tecnología xSDL

Tipo de red Velocidad de comunicación, Mbit/sDistancia, kilómetros
Flujo saliente flujo entrante
RDSL 128 Kbps 1 600 Kbps 7 3.5 5.5
HDSL 2.048 4.0
SDSL 1.544-2.048 3.0
VDSL 1 1.6-2.3 12.96 25.82 51.84 1.5 1.0 0.3

RADSL

En 2001, se introdujo la especificación RADSL (Línea de abonado digital adaptable a la velocidad), que permite ajustar la velocidad de transmisión de acuerdo con la longitud y la calidad de la línea local. Anteriormente, los abonados debían estar ubicados a menos de 3,5 km de una central telefónica local para tener derecho a ADSL. Para RADSL, el alcance se ha ampliado a 5,5 km y la tolerancia al ruido ha aumentado de 41 a 55 dB.

HDSL

La tecnología HDSL es simétrica, lo que significa que se proporciona el mismo ancho de banda para los flujos de datos de salida y entrada. Aquí se utiliza cableado con 2-3 o más pares trenzados en el cable. Aunque el alcance típico (3 km) es menor que el del ADSL, se pueden instalar repetidores de señal portadora, lo que permite ampliar la conexión entre 1 y 1,5 kilómetros.

SDSL

La tecnología es similar a HDSL, pero con dos excepciones: se utiliza un solo par de cables y la longitud máxima está limitada a 3 km.

VDSL

Es la tecnología de línea de abonado digital más rápida. La velocidad del flujo de entrada es de 13 a 52 Mbit/s y la velocidad del flujo de salida es de 1,6 a 2,3 Mbit/s a través de un solo par de cables. Sin embargo, la distancia máxima de comunicación es de sólo 300-1500 m y Equipo ADSL y VDSL son incompatibles, aunque utilizan algoritmos de compresión y tecnologías de modulación similares.

Módems por cable. Los módems por cable son prometedores acceso rápido a Internet utilizando las redes de televisión por cable de banda ancha existentes. La tecnología es más adecuada para aplicaciones domésticas que para aplicaciones de oficina, ya que las zonas residenciales suelen estar más cubiertas por comunicaciones por cable.

Los dispositivos típicos, fabricados por proveedores como Bay Networks o Motorola, son módulos externos que se conectan a las PC cliente a través de interfaces Ethernet, USB o FireWire. En la mayoría de los casos, al módem por cable de un usuario se le asigna una única dirección IP, pero se pueden proporcionar direcciones IP adicionales a varias computadoras o varias computadoras personales pueden compartir una única dirección IP mediante un servidor proxy. El módem por cable utiliza uno o dos canales de televisión de 6 MHz.

Debido a que la red de televisión por cable tiene una topología de bus, cada módem de cable cercano comparte el acceso a una única red troncal de cable coaxial.

El cable tiene una serie de desventajas prácticas en comparación con xDSL: no todos los hogares están equipados con televisión por cable, y algunos nunca lo serán; Además, para muchos usuarios que están conectados, sigue siendo más probable colocar ordenadores personales cerca de una toma de teléfono que cerca de una toma de televisión o de cable. Sin embargo, para muchos usuarios domésticos, el cable ofrece la posibilidad de un acceso rápido a Internet a un precio asequible. Teóricamente son posibles velocidades de hasta 30 Mbit/s. En la práctica, las compañías de cable establecen velocidades de subida en 512 KB/s y velocidades de entrada en 128 KB/s.

Comunicaciones por satélite de banda ancha

Dado que la distancia máxima admitida por xDSL es de 3,5 a 5,5 km, resulta inasequible para muchas zonas rurales. En teoría, las comunicaciones por satélite pueden llegar a casi cualquier lugar y la banda ancha por satélite se está convirtiendo en una solución cada vez más viable para quienes utilizan ADSL y conexión de cables incapturable.

Una ventaja significativa de los sistemas de comunicación por satélite en comparación con los de buscapersonas y los celulares es la ausencia de restricciones para vincularse a un área específica de la Tierra. Se espera que a principios del siglo XXI. El área de áreas de servicio de los sistemas celulares se acercará al 15% de la superficie terrestre.

En un futuro previsible, los sistemas de información personal comunicaciones por satélite capaz de complementar sistemas comunicaciones celulares donde es imposible o no suficientemente eficaz transmitir información: en zonas marinas, en zonas con baja densidad población, en lugares donde la infraestructura de comunicaciones terrestres esté rota.

Organización de sistemas satelitales.

De acuerdo con acuerdos internacionales, se asignan bandas de frecuencia correspondientes a los rangos establecidos para los sistemas de comunicaciones por satélite.

Tabla de bandas de frecuencia de los sistemas de comunicación por satélite.

Los satélites modernos utilizan tecnología de transmisión de apertura estrecha VSAT (terminales de apertura muy pequeña). Estos terminales utilizan antenas con un diámetro de 1 my una potencia de salida de aproximadamente 1 W. Al mismo tiempo, el canal al satélite tiene un rendimiento de 19,2 Kbit/s, y desde el satélite, más de 512 Kbit/s. Directamente, estos terminales no pueden funcionar entre sí, sino a través de un satélite de telecomunicaciones. Para solucionar este problema se utilizan antenas terrestres intermedias de alta ganancia, lo que, sin embargo, aumenta el retardo.

GSM

En 1982, la Conferencia Europea de Correos y Telecomunicaciones (CEPT) formó el Grupo Especial Móvil (GSM) para desarrollar un estándar paneuropeo en este ámbito.

Se decidió desarrollar sistemas de telefonía móvil basados ​​en comunicaciones digitales y posteriormente "GSM" pasó a ser el acrónimo de Sistema Global. Comunicaciones móviles. En 1989, la responsabilidad de las especificaciones GSM pasó de la CEPT al Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI). Las especificaciones GSM (Etapa 1) se publicaron al año siguiente, pero uso comercial El sistema no comenzó hasta mediados de 1991. En 1995, las especificaciones de la Etapa 2 ampliaron la cobertura a áreas rurales y, para fines de ese año, había aproximadamente 120 redes operando en aproximadamente 70 áreas geográficas.

EN Redes GSM Hay cuatro componentes principales:

  • estación móvil(teléfono, “auricular”) utilizado por el suscriptor;
  • una estación base que comunica radiológicamente con la estación móvil;
  • subsistema de red y conmutación, cuya parte principal es el centro de conmutación servicios moviles que realiza solicitudes de conmutación entre el teléfono móvil y otros usuarios de redes fijas o móviles, además de gestionar servicios móviles como la autenticación;
  • un sistema de soporte operativo que monitorea el correcto funcionamiento y configuración de la red.

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), que (entre otras funciones) coordina la asignación internacional del espectro radioeléctrico, ha asignado las bandas 890-915 MHz para el "upstream" (estación móvil a base) y 935-960 MHz para el " downstream" (base). a la estación móvil) para redes móviles en Europa.

El método elegido por GSM es una combinación de FDMA y TDMA. FDMA divide el ancho de banda completo de 25 MHz en portadoras de ancho de banda de 124 200 kHz. Se asignan una o más frecuencias portadoras a cada estación base. Cada una de estas frecuencias portadoras, utilizando un esquema TDMA, se divide luego en ocho intervalos de tiempo. Una franja horaria se utiliza para la transmisión por el teléfono móvil y otra para la recepción. Están espaciados en el tiempo para que la estación móvil no pueda recibir y transmitir datos simultáneamente (lo que simplifica la electrónica).

El sistema GSM, utilizado con un ordenador personal portátil, proporciona una solución integral al problema de la comunicación en movimiento. Rendimiento de fax de 9600 baudios, junto con funciones especiales como roaming internacional y servicio mensajes cortos(Servicio de mensajes cortos - SMS), permite a los usuarios de dispositivos móviles conectarse de manera fácil y confiable mientras se trasladan de un país a otro. Estas capacidades de transferencia de datos no son automáticas: el proveedor de GSM debe admitir esta funcionalidad para los usuarios de dispositivos móviles. Los servicios de transferencia de datos pueden ser:

  • la transmisión saliente (Originada por Móvil - MO) implica que los usuarios pueden enviar datos mientras se encuentran en una ubicación remota utilizando la red GSM;
  • transmisión entrante (terminado en móvil - MT): los usuarios pueden recibir datos, faxes o mensajes SMS en una computadora portátil utilizando la red GSM.

Los sistemas 2G, disponibles desde finales de 1999 para voz o datos, ocupaban un único intervalo de tiempo TDMA y ofrecían una velocidad de datos de 9,6 kbaudios.

La posterior introducción de datos conmutados por circuitos de alta velocidad (HSCSD), que requirió una extensión del estándar GSM para introducir un nuevo protocolo de radio, permitió el uso de las ocho ranuras TDMA y aumentó la velocidad a 76,8 kbaudios.

WiFi

Aunque el acceso a datos de banda ancha ha estado disponible desde hace algún tiempo, a finales de 2002 sólo el 17 por ciento de los usuarios en Estados Unidos estaban conectados a él.

La tecnología propuesta en este momento para el acceso global por microondas (Worldwide Interoperability of Microwave Access - WiMAX) estándar IEEE 802.16 es la solución al problema de la última milla de acceso rápido a Internet para las masas.

La banda ancha inalámbrica está organizada como una red celular, utilizando estaciones base que cubren cada una un radio de varios kilómetros. Las antenas base se pueden colocar en edificios altos o en otras estructuras (al menos en torres de agua). El dispositivo receptor del usuario, como un receptor de televisión por satélite, envía datos directamente a una computadora personal o a una red local a través de un cable Ethernet o una conexión 802.11.

El estándar 802.16 original preveía el uso de frecuencias de 10 a 66 GHz, que proporcionaban comunicación solo dentro del campo visual, y según la versión 802.16a (enero de 2003), en frecuencias de 2 a 11 GHz, que no lo requerían.

No está claro cuál de las tecnologías competidoras (HSDPA y WiMAX) prevalecerá en última instancia. En las primeras etapas, se espera que HSDPA se centre en comunicaciones móviles de voz y datos a través de plataformas celulares, mientras que WiMAX se centrará en entregar datos de banda ancha a empresas y áreas suburbanas. En última instancia, estas tecnologías se cruzarán a medida que HSDPA mejore las velocidades de transmisión y WiMAX mejore la movilidad de las comunicaciones.

IEEE 802.11

La especificación 802.11 se publicó en 1997 como estándar para redes de área local inalámbricas (WLAN). Esta versión original proporcionaba velocidades de datos de 1 y 2 Mbit/s y un conjunto de métodos básicos para transmitir señales y otros servicios. Las bajas tasas de transferencia de datos no fueron satisfactorias requisitos modernos y en el otoño de 1999, se lanzó una variante del estándar IEEE 802.11b (también conocido como “802.11 de alta velocidad”) para transmisiones de hasta 11 Mbps.

El estándar 802.11 define dos componentes del equipo: una "estación" inalámbrica (generalmente computadoras personales equipadas con una tarjeta de interfaz de red inalámbrica) y un "punto de acceso" (AP), que actúa como un puente entre las redes inalámbricas y cableadas. El punto de acceso incluye un transceptor, una interfaz de red (tipo IEEE 802.3) y parte del software, proporcionando una conexión según el estándar 802.1d. El punto de acceso actúa como una estación base (base) para una red inalámbrica, permitiendo que las estaciones inalámbricas accedan a la red cableada. Las estaciones finales inalámbricas pueden ser tarjetas PC 802.11, interfaces PCI, ISA o clientes integrados que no sean computadoras (por ejemplo, un teléfono móvil que admita el estándar 802.11).

El estándar 802.11 define dos modos de funcionamiento: modo infraestructura y modo ad hoc. En el modo de infraestructura, una red inalámbrica consta de uno o más puntos de acceso asociados con una infraestructura de red cableada y un conjunto de estaciones finales inalámbricas. Esta configuración se denomina Conjunto de servicios básicos (BSS). Conjunto de servicios extendidos (ESS): un conjunto de dos o más BSS que forman una subred separada. Dado que la mayoría de las WLAN corporativas requieren acceso a una LAN cableada para su mantenimiento (servidores de archivos, impresoras, conexiones a Internet), funcionan en modo infraestructura.

El modo especial, también llamado modo peer-to-peer o Conjunto de servicios básicos independientes (IBSS), es simplemente una colección de estaciones inalámbricas 802.11 que se comunican directamente entre sí sin utilizar un punto de acceso ni ninguna conexión a redes cableadas. Este modo es útil para rápida y fácil instalación Red inalámbrica donde la infraestructura inalámbrica no existe o no es necesaria para servicios como una habitación de hotel, un centro de reuniones o un aeropuerto, o donde el acceso a una red cableada está prohibido.

Las tres capas físicas definidas originalmente en 802.11 incluían dos métodos basados ​​en radio de espectro compartido y una especificación de infrarrojos difusos. Los estándares basados ​​en radio funcionan dentro de la banda ISM de 2,4 GHz. Estas frecuencias están reconocidas por agencias como la FCC (EE.UU.), ETSI (Europa) e IWC (Japón) para operaciones de radio sin licencia. Por lo tanto, los productos 802.11 no requieren licencia de usuario ni formación especial. Las técnicas de compartición de espectro, además de cumplir con los requisitos regulatorios, aumentan la confiabilidad y el rendimiento y permiten que muchos productos independientes compartan espectro sin necesidad de coordinación y con una mínima interferencia mutua.

El estándar 802.11 original define velocidades de datos de ondas de radio de 1 y 2 Mbit/s utilizando dos métodos de transmisión de espectro compartido diferentes y mutuamente incompatibles para la capa física:

  • Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS). Las estaciones transmisoras y receptoras cambian sincrónicamente de un canal a otro en un tiempo predeterminado. secuencia pseudoaleatoria. La secuencia de conmutación previamente planificada sólo la conocen las estaciones emisoras y receptoras. En EE. UU. y Europa, IEEE 802.11 define 79 canales y 78 secuencias de conmutación diferentes. Si el canal experimenta errores o altos niveles de ruido, los datos simplemente se retransmiten cuando el transceptor cambia a un canal claro;
  • Espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS). Cada bit a transmitir se codifica en un bloque de redundancia llamado chip, y los bits codificados se transmiten simultáneamente a través de toda la banda de frecuencia. El código de chip utilizado en la transmisión sólo lo conocen las estaciones receptora y transmisora, lo que dificulta interrumpir maliciosamente la transmisión o decodificarla. La codificación redundante también le permite recuperar datos dañados sin retransmisión(código de corrección de errores). DSSS se utiliza en redes 802.11b.

IEEE 802.11a

Mientras que 802.11b está ubicado en la banda de 2,4 GHz, 802.11a fue diseñado para operar en la banda de Infraestructura de Información Nacional sin Licencia de 5 GHz. Además, a diferencia de 802.11b, 802.11a utiliza un esquema de codificación completamente diferente: multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada (COFDM) para uso inalámbrico dentro.

COFDM divide una frecuencia portadora de alta velocidad en varias subportadoras de menor velocidad que se transmiten en paralelo. La portadora de alta velocidad de 20 MHz de ancho está dividida en 52 subcanales, cada uno de aproximadamente 300 kHz. COFDM utiliza 48 de estos subcanales para datos y los cuatro restantes para corrección de errores. COFDM ofrece velocidades de datos más altas y alto grado recuperación gracias al esquema de codificación y corrección de errores. El método proporciona velocidades de transmisión de 5,12 y 24 Mbit/s.

Redes locales inalámbricas (WLAN) de acceso público (Public Wi-Fi access). Aunque el protocolo IEEE 802.11b fue diseñado para soportar redes inalámbricas tipo Ethernet dentro de un edificio, a principios del año 2000 se descubrió que si el transceptor (Punto de Acceso - AP) se instalaba en un mástil alto (de 15 a 50 m) y se utilizaba Con enrutadores y puentes exteriores especiales del protocolo 802.11b, puede expandir la red inalámbrica de un edificio a otro y así ampliar la cobertura (hasta 500-1000 m).

Estados Unidos tomó la iniciativa en la creación de WLAN públicas (conocidas como “puntos de acceso Wi-Fi” o “Wi-Fi”), y en 2001 había más de 5.000 de ellas en Estados Unidos, o aproximadamente el 80% del total mundial. Los primeros usuarios fueron universidades, empresas como Starbucks (una cadena de cafeterías que abastecía a 650 cafeterías en Estados Unidos acceso wifi) y muchos hoteles. En 2002, el número de redes Wi-Fi aumentó para incluir áreas como aeropuertos, hoteles y edificios de oficinas.

El éxito del Wi-Fi plantea un desafío para la industria de la telefonía móvil. Muchos proveedores de telefonía celular han dado mucha importancia a la tecnología GSM, anticipando que será la tecnología que resolverá para siempre los problemas de acceso a Internet para los usuarios móviles. Sin embargo, dado que WLAN tiene un ancho de banda lo suficientemente bueno para vídeo con calidad de televisión, ¿qué impide que un proveedor de servicios móviles que no está agobiado por compromisos 3G cambie a esta tecnología?

Posición adoptada por las empresas europeas que desarrollan tecnologías inalámbricas y la infraestructura es simple: las tecnologías 3G y WLAN se complementan entre sí: los fabricantes de teléfonos celulares incluyen acceso Wi-Fi en nuevos modelos y desarrollan módulos que cambian fácilmente teléfono normal GSM a Wi-Fi dependiendo de qué canal de comunicación proporcione la mejor señal.

IEEE 802.11n

La necesidad de redes LAN inalámbricas ha experimentado un crecimiento espectacular desde la ratificación de IEEEa 802.11a en el verano de 1999. Hay muchos usuarios que conectan portátiles a redes en el trabajo y a Internet en casa, así como en tiendas, cafeterías, aeropuertos y hoteles. y otros lugares provistos de acceso a Wi-Fi -Fi. Mientras tanto, sin embargo, la producción de unidades Equipo wifi ha crecido significativamente: a 100 millones de módulos en 2005, en comparación con menos de 10 millones en 2001. Por lo tanto, los módulos existentes infraestructuras de red El Wi-Fi comenzó a experimentar sobrecarga.

Esta situación se anticipó y IEEE (2003) aceptó propuestas del grupo de trabajo 802.11 TGn para modificar los estándares 802.11, proporcionando un aumento de aproximadamente 4 veces en el rendimiento de la WLAN en comparación con el tráfico 802.11a/g.

La especificación de diseño 802.11n se diferencia de sus predecesoras en que proporciona una variedad de modos y configuraciones adicionales para diferentes velocidades de datos. Esto permite que el estándar proporcione una base para todos los dispositivos 802.11n, permitiendo a los fabricantes cubrir una amplia gama de diferentes aplicaciones y precios de hardware. Velocidad máxima 802.11n permite hasta 600 Mbps; sin embargo, si el hardware WLAN no admite todas las opciones, puede ser compatible con el estándar.

Uno de los componentes más conocidos de la especificación se conoce como entrada múltiple. Salida múltiple- MIMO). MIMO utiliza una técnica conocida como multiplexación por división de espacio. En realidad, el transmisor WLAN divide el flujo de datos en partes llamadas flujos espaciales y transmite cada uno de ellos a través de antenas separadas a las antenas receptoras correspondientes. El estándar 802.11n permite hasta cuatro flujos espaciales, aunque no se requiere hardware compatible para admitirlo.

Duplicar el número de flujos espaciales efectivamente duplica la velocidad de los datos. Otro modo adicional 802.11n también aumenta la velocidad al duplicar el ancho del enlace WLAN de 20 a 40 MHz.

En términos generales, 802.11n proporciona 576 posibles configuraciones flujo de datos. En comparación, 802.11g proporciona 12 posibles flujos de datos, mientras que 802.11a y 802.11b definen ocho y cuatro, respectivamente. La tabla muestra las características de las diferentes versiones de la especificación 802.11.

La comunicación digital y los requisitos previos para su uso.

A la generación moderna ya no le sorprenden las palabras módem, línea arrendada o “conexión”. Esto es especialmente cierto para los "fidoshniks" o personas conectadas de una forma u otra a Internet. Pero a menudo surgen malentendidos entre los operadores de telecomunicaciones y los suscriptores, precisamente debido a problemas con la comunicación por módem a través de una línea telefónica o arrendada. Además, en las conferencias hay constantemente debates y “ecos fidosh” sobre “qué números funcionan mejor con cuáles, qué módems mantienen mejor la conexión y cuáles son peores”. Es lamentable, pero tales disputas y discusiones rara vez dan lugar a la verdad. En tal situación, todo el mundo carece en gran medida de soporte técnico por parte del operador de telecomunicaciones local.

La mayoría de las veces, no se aceptan todas las quejas de los suscriptores sobre las malas velocidades de conexión del módem y la respuesta es simple: el aislamiento es normal, no hay ningún extraño. y las razones mala conexión puede residir en sutilezas que nunca aparecen en la comunicación por voz. Para diferentes tipos de Automático Centrales telefónicas(ATS), tales razones pueden ser diferentes.

Centrales telefónicas automáticas mecánicas (Coordenadas y Decadales).

Estos son tipos de centrales telefónicas automáticas que ya están obsoletos, pero, sin embargo, todavía se utilizan en Rusia debido al alto costo de las nuevas y a la difícil situación económica del país. Y, por supuesto, no se puede dejar de mencionar que la industria del cable de los operadores de telecomunicaciones rusos es del 40% desde los años 60. Es en estas estaciones donde no se suele utilizar ningún equipo de compresión y la calidad de la comunicación depende únicamente del equipo de conmutación mecánico. La estructura general de interacción entre la centralita y los suscriptores se muestra en la figura:

En Tomsk, las centrales telefónicas manuales tienen números que comienzan con los números: 21, 22, 23, 25, 77, 78.

La ventaja, por un lado, es que los abonados conectados están conectados mediante un cable físico de dos hilos. Es decir, el rango operativo de dicha línea es de 300 Hz a 20 kHz, lo que teóricamente permite, cuando se utilizan módems de banda ancha, obtener tasas de cambio de hasta 2 Mbit y, en casos raros, más. Pero cifras tan optimistas en relaciones reales son imposibles debido a varios factores:

La calidad de la conmutación de contactos en la central telefónica es muy baja.

“Ruido de estación” muy alto.

Fuerte diafonía en líneas de cable (cable de 50-100 pares con una pequeña cantidad de vueltas por metro).

Exposición de las líneas de cable a muchos factores naturales e interferencias electromagnéticas (muchos se han encontrado con el hecho de que el cable que llega a su casa u oficina se "congela" cuando llueve o se escuchan conversaciones afuera).

Hace varios años en Tomsk, este problema fue resuelto parcialmente por el TsSP (Taller de Sistemas de Transmisión) mediante la introducción de una red desarrollada de rutas PCM (Modulación de Código de Pulso). El diagrama No. 2 muestra esquemáticamente las diferencias entre troncales de cables multipares y rutas PCM:


Como se puede ver en la figura, un cable de cobre multipar debido al alto costo de mantenimiento y baja calidad Las conexiones ahora se utilizan de manera más eficiente. Pero fue reemplazada por FOCL (Línea de comunicación de fibra óptica), que transmite un flujo digital a velocidades de hasta 300 Mbit/s o más (la velocidad de transmisión de un flujo digital a través de un cable de cobre de 4 pares es de 2 Mbit/s). . Es decir, ahora la conexión del suscriptor, después de encender una centralita mecánica, la señal analógica sale de la estación y ingresa al equipo DSP. Convertidor analógico a digital(ADC) convierte esta señal en un flujo digital de 64 kbit/s para transmisión y un flujo de 64 kbit/s en una señal analógica para recepción. Luego se combinan 30+2 flujos digitales (2 de control) de 64 kbit/s en un flujo E1 de 2 Mbit (ruta PCM). La línea de fibra óptica incluye hasta 64 flujos E1. Al otro lado de la carretera la situación se repite exactamente al revés. Se eliminan 64 flujos digitales E1 de la línea de fibra óptica, luego cada uno se analiza en flujos de 64 kbit y se envía a convertidor digital a analógico(CAD). La señal analógica resultante llega a la estación y, después de la conmutación, se envía al suscriptor.

Analicemos qué ventajas y desventajas aporta la transición a la multiplexación digital al operador de telecomunicaciones y cuáles al suscriptor:

Ventajas.

Operador de telecomunicaciones:

Los FOCL no son susceptibles a la penetración de humedad ni a interferencias electromagnéticas, por lo que es más económico colocar ejes y mantenerlos.

La flexibilidad de esta solución le permite modernizar el volumen de conexiones interestatales sin trabajo adicional.

Ahorro en coste de cable Actualmente, 1m de cable de cobre de 100 pares es más caro que 1m de fibra óptica de dos núcleos.

Abonado:

La calidad de la comunicación mejora al reducir la diafonía entre las conexiones entre centrales.

La distancia entre suscriptores deja de afectar la calidad de la comunicación (las líneas de fibra óptica pueden transmitir una señal a decenas de kilómetros sin pérdidas, además, al transmitir la señal en formato digital, se pueden utilizar algoritmos de corrección).

Defectos.

Operador de telecomunicaciones:

Complejidad y alto costo de las soluciones de transmisión digital.

La necesidad de formar y capacitar servicios de instalación y mantenimiento de líneas de comunicación de fibra óptica.

Abonado:

Problemas causados ​​al pasar por el ADC/DAC y los equipos de compresión: rango de frecuencia de funcionamiento 300-3300 Hz, “jitter” (jitter de fase) y retardos de tiempo (imperceptibles en comunicaciones de voz).

Diafonía en las líneas del gabinete de distribución, entrada de humedad en los ejes de la línea (problema del último kilómetro).

Dado que la conmutación mecánica ocurre con una señal analógica, el ruido de la estación ingresa a la línea, como antes, sin el uso de rutas PCM.

Las ventajas del operador de telecomunicaciones son obvias, al igual que los beneficios para el abonado. Pero las desventajas plantean dudas sobre si la introducción de rutas PCM mejora la calidad del servicio. La reducción del rango de frecuencia operativa imposibilita el uso de módems de banda ancha, y la "jitter" debería afectar negativamente la velocidad de conexión (¡algoritmo ADC!). Al mismo tiempo, la diafonía no desaparecerá por completo, ya que la línea desde la estación hasta la distribución. El armario se realiza con cable de cobre. Y finalmente, el "ruido de la estación", que no ha disminuido ni aumentado, sugiere que la transición a rutas PCM digitales en troncales entre centrales en estaciones mecánicas no proporciona ventajas para la comunicación por módem del abonado.

Líneas dedicadas (líneas rectas).

A menudo, combinar redes locales de dos oficinas remotas Se utiliza una conexión de módem permanente. Pero para lograr la máxima eficiencia de dicha solución, se utiliza una línea conmutada no ordinaria, que tiene una serie de las desventajas anteriores, sino una línea recta (dedicada). Por definición, una línea directa es una línea física no conmutada dedicada únicamente a las necesidades del abonado (ver figura).


Como se puede ver en la figura, proporcionar a los suscriptores una línea directa requiere la asignación de un par libre en todas las líneas troncales a lo largo del recorrido de su instalación. El par no ingresa a la estación, sino que se conecta con el par de la siguiente línea en a campo traviesa. Y una propiedad importante de una línea recta es que no ingresa a ninguna ruta PCM ni a ningún otro equipo de multiplexación y, por lo tanto, el rango de frecuencia operativa no está limitado a 3,3 kHz y no hay pérdidas debido a retrasos de tiempo ni fluctuaciones de fase. Y el último factor importante es la longitud total de la línea (cuanto mayor sea la longitud, peores serán los parámetros de la línea), y ya teniendo este parámetro, puedes empezar a elegir un modelo de módem. En tales casos, recomendamos módems de corto alcance (módems de "última milla") o módems xDSL de banda ancha con rendimiento 2 Mbit/s o más.

Los módems de corto alcance o módems de “última milla” son dispositivos utilizados para la comunicación entre computadoras, terminales, controladores y otros equipos de transmisión de datos en distancias relativamente cortas. Por ejemplo: dentro de edificios, en el campus o dentro de los límites de la ciudad. Estos dispositivos están diseñados para superar las limitaciones en la gama de interfaces de enlace de datos.

pero en últimamente Debido al desplazamiento de las líneas de cobre entre centrales por rutas PCM, la posibilidad de tender una línea directa a un abonado en diferentes zonas de la ciudad (diferentes centrales telefónicas automáticas) se está convirtiendo en un problema. A veces, esto se resuelve ejecutando líneas entre gabinetes de distribución y, a veces, no hay otra opción que ingresar a la ruta PCM. Esto empuja a los operadores de telecomunicaciones a introducir tecnologías de redes digitales modernas.

Centrales telefónicas electrónicas.

Desde el punto de vista del suscriptor, los dispositivos electrónicos o centralita digital- Esto es algo tan ultramoderno e inaccesible. Aunque en Tomsk más de 100.000 abonados ya cuentan con centrales telefónicas electrónicas. Diferencia clave estaciones electrónicas desde mecánico en el método y entorno de conmutación de suscriptores.


Las centrales telefónicas mecánicas conmutan líneas analógicas con paneles de contacto controlados por un accionamiento electromagnético, mientras que las electrónicas conmutan con manipulaciones espacio-temporales de flujos digitales.

Como puede verse en la figura, la señal analógica del abonado llega al teléfono del abonado, donde se combina con el flujo de entrada y, tras la cancelación del eco, se convierte mediante un ADC en un flujo digital de 64 kbit/s. El flujo de entrada se transforma de manera similar y se suministra al suscriptor (ver figura).


Es importante señalar que durante la conmutación ya no hay conexión y desconexión mecánica, sino manipulación del flujo digital en el espacio intracanal y distribución de este flujo en intervalos de transmisión dedicados. Gracias a esto, las centrales telefónicas electrónicas tienen una calidad de “contacto” ideal y, gracias al uso de tecnologías digitales, el “ruido de la estación” no atraviesa la línea. Sin embargo, también existe la otra cara de la moneda: el “ruido de cuantificación”.

El ruido es causado por la cuantificación de las señales analógicas, que es necesaria para convertir la señal analógica en digital antes de enviarla a través de la red telefónica. La señal analógica entrante cambia 8000 veces por segundo, y cada vez su amplitud se registra como modulación de código de pulso (PCM). El sistema de muestreo utiliza 256 códigos PCM discretos de 8 bits. Dado que la señal analógica es continua y el código digital es discreto, el flujo digital transmitido a través de la red telefónica se recrea en el otro extremo en aproximadamente su correspondiente señal fuente analógica. Hay una diferencia entre la señal original y la recreada. ruido de cuantificación, que limita la velocidad de los módems. El ruido de cuantificación limita la velocidad a aproximadamente 35 kbit/s (según el teorema de Shanon). Pero el ruido sólo aparece durante la conversión de analógico a digital, no durante la conversión de digital a analógico.

"Fisiología" y "anatomía" de las comunicaciones digitales del estándar GSM

En las últimas dos décadas se ha producido un intenso desarrollo en todo el mundo de los sistemas de comunicaciones móviles, que no sólo son muy cómodos, sino que en muchos casos se han convertido simplemente en un tipo de servicio indispensable. Los sistemas de comunicación por radio celular se han vuelto muy utilizados, cuya creación fue un gran logro científico y técnico en los años 80 y 90. Estos sistemas requieren un espectro de radiofrecuencia limitado para funcionar debido a la separación espacial de transceptores con las mismas frecuencias operativas. Los primeros sistemas públicos de comunicación móvil de este tipo aparecieron en el extranjero a finales de los años 70 y, desde entonces, el crecimiento de su demanda ha superado significativamente la demanda de otros servicios de comunicación. A mediados de los años 80, los sistemas de comunicación celular analógicos (ACS - Analog Communication System), que se convirtieron en la primera generación de este tipo de sistemas, se generalizaron bastante en varios países. Sin embargo, el análisis de las graves deficiencias inherentes a los sistemas analógicos (en particular, la incompatibilidad varios estándares, no es suficiente alta calidad comunicación y su dependencia de la eliminación del suscriptor móvil de la estación base, dificultades con el cifrado mensajes transmitidos y varios otros), a finales de los años 80 demostró que sólo es posible superarlos sobre la base de la tecnología digital.

El estándar analógico de telefonía móvil escandinava (NMT-450 - Nordic Mobile Telephone) utiliza el rango de frecuencia 453 - 468 MHz. En este caso, se proporciona un área de servicio significativamente mayor de una estación base en comparación con otros estándares y, en consecuencia, costos más bajos, así como una baja atenuación de la señal en espacios abiertos. La posibilidad de utilizar comunicaciones a una distancia de varias decenas de kilómetros de la estación base en condiciones climáticas favorables, incluso fuera del área de cobertura garantizada, si el suscriptor puede conectar antenas y amplificadores direccionales altamente eficientes, es muy beneficiosa para grandes áreas con poca población. densidad. Desventaja La medalla es la débil inmunidad al ruido, ya que en este rango de frecuencia el nivel de varios tipos de interferencias y su influencia es mayor que en los rangos de 800, 900 y 1800 MHz (especialmente notable en grandes ciudades, donde se desarrolla red industrial), y menos que en los estándares de sistemas de comunicación digital (DCS - Sistema de comunicación digital), la capacidad de proporcionar una amplia gama de servicios. Entre otras cosas, este estándar no está protegido en absoluto contra las escuchas ilegales, ya que su banda de frecuencia es típica para la recepción por parte de un receptor VHF del rango correspondiente. Para colmo, cabe señalar que está previsto sustituir los estándares analógicos por los digitales, por ejemplo, NMT-450 a GSM-400.

AMPS estándar analógico (Avanzado Teléfono móvil Service) con un rango de frecuencia operativa de 825 - 890 MHz se caracteriza por una mayor capacidad de red que NMT-450, comunicación interior más confiable y baja susceptibilidad a interferencias industriales y atmosféricas. Sin embargo, un área de comunicación estable más pequeña para una estación base obliga a los operadores a ubicarlas más cerca una de otra. Teniendo en cuenta estas deficiencias, se desarrolló el estándar DAMPS mejorado digitalmente.

El estándar digital DAMPS (Servicio de telefonía móvil digital avanzada) con un rango de frecuencia operativa de 825 - 890 MHz tiene una capacidad de red significativamente mayor que la de NMT-450 y AMPS. Posibilidad de operación dispositivos móviles Tanto en modo digital como analógico, una amplia gama de servicios, así como la capacidad de las redes celulares que operan en este estándar, es menor que en los sistemas completamente digitales, pero aún así es significativamente mayor que en los analógicos. Si, durante el roaming, un suscriptor de una red AMPS analógica cae en una digital - DAMPS, se le asignan canales analógicos para su trabajo, pero en este caso las ventajas de la comunicación digital no están disponibles.

Digital redes celulares se convirtió en la segunda generación de este tipo de sistemas de comunicaciones móviles. La transición a la tecnología de segunda generación permitió el uso de una serie de nuevas soluciones, incluidos modelos más eficientes. reutilizar frecuencias, separación temporal de canales entre sí, separación temporal de los procesos de transmisión y recepción en comunicación dúplex, métodos efectivos lucha contra el desvanecimiento y la distorsión de la señal, códecs de voz eficientes de baja tasa de bits con mensajes cifrados para transmisión cifrada, métodos de modulación más eficientes e integración de servicios comunicación telefónica con transmisión de datos y otros servicios móviles.

Pero característica principal tecnología digital: control de software de muchos procesos, incluida la formación de canales lógicos, la conmutación de un suscriptor móvil entre celdas, la organización de protocolos de comunicación modernos basados ​​​​en el modelo de referencia de comunicación de sistemas abiertos (MOSC - Open System Communication Model) de la comunidad internacional. organización para la estandarización (ISO - Organización Internacional de Normalización) y control de redes inteligentes. Estas ventajas determinaron el mayor desarrollo de los sistemas celulares en los años 90 basados ​​​​en tecnología digital.

Existen varios estándares para los sistemas de comunicación digital: GSM europeo (Sistema global para comunicaciones móviles), ADS estadounidense (Sistema digital estadounidense), PCS (Servicio de comunicaciones personales) utilizado tradicionalmente en EE. UU., Inglés (DCS - Sistema celular digital) DCS-1800 , que es un análogo directo del GSM-1800 y del JDS japonés (Japan Digital System). Más utilizado en los países de la CEI. estándar GSM. Este estándar, que define el funcionamiento en redes radiotelefónicas públicas, se ha generalizado en Europa, pero en EE.UU. se ha adoptado el estándar PCS-1900, lo que indica su incompatibilidad con el europeo debido a las diferentes frecuencias de radio utilizadas para la comunicación. En particular, el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI - Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones) ha estandarizado y definido las principales disposiciones de las normas de comunicaciones móviles actualmente vigentes en Europa.

Para el funcionamiento de sistemas celulares públicos en la mayoría de los países de la CEI, dedicado rangos de frecuencia: 450 MHz - para el sistema analógico NMT-450i y rango de 900 MHz - para sistemas GSM. Estos dos sistemas estándar NMT-450i y GSM-900 recibieron estatus federal. Mayor desarrollo Los sistemas celulares están asociados tanto con el desarrollo de la banda de 1800 MHz para el sistema GSM como con la transición a la tercera generación de sistemas celulares, que permiten resolver de manera más flexible los problemas de proporcionar canales a los suscriptores móviles (incluidos a diferentes velocidades transferencia) debido a sistemas de banda ancha transmisión y división de códigos múltiples de canales (CDMA - Code Division Multiple Access).

En los sistemas de primera y segunda generación con división de canales de frecuencia múltiple (FDMA - Acceso múltiple por división de frecuencia) y división de tiempo (TDMA - Acceso múltiple por división de tiempo), la calidad de la comunicación está determinada por el número de canales proporcionados y la carga, que se limita a un conjunto de canales disponibles y, si todos están ocupados, el suscriptor recibe un rechazo. En un sistema de división de códigos, se impone una limitación a la interferencia. Aunque existe una cantidad limitada de códigos, así como una cantidad fija de hardware de canalización, estas restricciones generalmente no están limitadas. La limitación de capacidad real se produce porque todas las conexiones que utilizan simultáneamente todo el espectro asignado pueden interferir entre sí. Por lo tanto, el control "suave" del ancho de banda se logra en el sentido de que un aumento en el número de usuarios (por encima de cierto límite) va acompañado de un deterioro gradual en la calidad de la comunicación.

Tenemos suerte, vivimos en una época de grandes descubrimientos e innovaciones en rápido desarrollo. Cada vez más, a la hora de adquirir equipos, damos preferencia a modelos que utilizan tecnologías digitales: cámaras de fotografía y vídeo, teléfonos móviles, portátiles, tabletas, reproductores de MP3 y mucho más.

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En este libro presentamos los principios básicos que subyacen al análisis y síntesis de los sistemas de comunicación digitales. El tema de las comunicaciones digitales implica la transmisión de información en forma digital desde una fuente que crea información para uno o varios destinos. Particularmente importantes para el análisis y síntesis de sistemas de comunicación son las características canales fisicos, a través del cual se transmite la información. Las características del canal suelen influir en la síntesis de los componentes básicos de un sistema de comunicación. A continuación describimos los elementos del sistema de comunicación y sus funciones.

1.1. ELEMENTOS DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN DIGITAL

El diagrama funcional y los elementos principales de un sistema de comunicación digital se ilustran en la Fig. 1.1.1. La salida de la fuente puede ser una señal analógica, como una señal de audio o video, o una señal digital, como la salida de una máquina de impresión; es discreta en el tiempo y tiene un número finito de valores de salida. En un sistema de comunicación digital, los mensajes emitidos por una fuente se convierten en una secuencia de caracteres binarios. Idealmente, podemos representar la salida de la fuente del mensaje en una pequeña cantidad de caracteres binarios (tanto como sea posible). En otras palabras, buscamos una representación eficiente de la salida de la fuente que dé como resultado una fuente con poca o ninguna redundancia. El proceso de convertir eficientemente la salida de una fuente, ya sea analógica o digital, en una secuencia de caracteres binarios se llama codificación de origen o compresión de datos.

Una secuencia de caracteres binarios de un codificador fuente, al que llamaremos fuente de información, llega a codificador de canal. El propósito de un codificador de canal es introducir, de manera controlada, cierta redundancia en la secuencia binaria de información que puede usarse en el receptor para superar los efectos del ruido y la interferencia encontrados al transmitir una señal a través del canal. Por tanto, la redundancia añadida sirve para aumentar la fiabilidad de los datos recibidos y mejora la fidelidad de la señal recibida. De hecho, la redundancia en la secuencia de información ayuda al receptor a decodificar la secuencia de información transmitida. Por ejemplo, una forma trivial de codificar la secuencia binaria original es simplemente repetir cada carácter binario veces, donde es un número entero positivo. La codificación más compleja (no trivial) se reduce a convertir un bloque de símbolos de información en una secuencia única de símbolos llamada palabra clave . La cantidad de redundancia introducida al codificar datos de esta manera se mide por la relación. El recíproco de esta razón, es decir, se llama velocidadcódigo.

Arroz. 1.1.1 Elementos básicos de un sistema de comunicación digital

La secuencia binaria en la salida del codificador de canal se envía a un modulador digital, que sirve como interfaz para el canal de comunicación. Dado que casi todos los canales de comunicación que se encuentran en la práctica son capaces de transmitir señales electricas(procesos de ondas), el objetivo principal de un modulador digital es mapear una secuencia binaria de información en una señal correspondiente. Para abordar este problema, supongamos que la secuencia de información codificada debe transmitir un bit en un tiempo determinado a una velocidad de bit/s constante. Un modulador digital puede simplemente asignar un símbolo binario a una señal y un símbolo binario a una señal. De esta manera, cada bit del codificador se transmite por separado. A esto lo llamamos modulación binaria. Alternativamente, el modulador puede transmitir bits de información codificados simultáneamente usando varias señales , una señal para cada una de las posibles secuencias de bits. A esto lo llamaremos modulación posicional. Tenga en cuenta que la secuencia de información con bits llega a la entrada del modulador cada segundo. En consecuencia, cuando la velocidad de transferencia de datos del canal es fija, para la transmisión de una de las señales correspondientes a la secuencia de información de bits, se asigna un intervalo de tiempo mucho más largo que con la modulación binaria.

Un canal de comunicación es un medio físico que se utiliza para transmitir una señal desde un transmisor a un receptor. En las comunicaciones inalámbricas, el canal puede ser la atmósfera ( espacio libre). Por otro lado, los circuitos telefónicos suelen utilizar una serie de medios físicos, incluidas líneas alámbricas, cables de fibra óptica y líneas inalámbricas (por ejemplo, enlaces de radio por microondas). Para cualquier medio físico utilizado para transmitir información, es esencial que la señal transmitida esté sujeta a distorsión aleatoria a través de mecanismos tales como los efectos del ruido térmico aditivo generado por dispositivos electrónicos, los efectos del ruido industrial (por ejemplo, el ruido de encendido de un automóvil), los efectos de las interferencias atmosféricas (descargas eléctricas de rayos durante una tormenta), etc.

En el extremo receptor de un sistema de comunicaciones digitales, un demodulador digital procesa la señal transmitida distorsionada en el canal y la convierte en una secuencia de números que representan estimaciones de los datos transmitidos (binarios o posicionales). Esta secuencia de números se envía al decodificador de canal, que intenta reconstruir la secuencia de información original utilizando el conocimiento del código del canal y la redundancia contenida en los datos recibidos.

Una medida del rendimiento de un demodulador y decodificador es la frecuencia con la que ocurren errores en la secuencia decodificada. Más precisamente, la probabilidad promedio de error de bits de los símbolos de salida de un decodificador es una medida útil de la calidad del demodulador-decodificador. En términos generales, la probabilidad de error es función de las características del código, las formas de onda utilizadas para transmitir información a través del canal, la potencia del transmisor, las características del canal, es decir, el nivel de ruido, la naturaleza de la interferencia, etc. y métodos de demodulación y decodificación. Estas circunstancias y su impacto en las características de calidad del sistema de comunicación se discutirán en detalle en capítulos posteriores.

En la etapa final, cuando se considera la salida analógica, el decodificador de fuente recibe la secuencia de salida del decodificador de canal y, utilizando el conocimiento del método de codificación de fuente aplicado en la transmisión, intenta restaurar la forma de onda de fuente original. Los errores de decodificación y las posibles distorsiones en el codificador y decodificador fuente hacen que la señal en la salida del decodificador fuente sea una aproximación de la señal fuente original. La diferencia, o alguna función de la diferencia, entre la señal original y la reconstruida es una medida de la distorsión introducida por un sistema de comunicación digital.




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