Conmutacion y transmision digital

Saia "A"

1. República Bolivariana de Venezuela
Universidad Fermín Toro
Departamento de Formación General
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Cabudare – Edo. Lara









Realizado por::
* Pantoja Molina José Javier
26.892.901











Barquisimeto, Julio del 2019

2. Conmutación de redes de comunicación
La Conmutación se considera como la acción de establecer una vía, un camino, de extremo
a extremo entre dos puntos, un emisor (Tx) y un receptor (Rx) a través de nodos o equipos
de transmisión. La conmutación permite la entrega de la señal desde el origen hasta el
destino requerido.
En la conmutación de circuitos los equipos de conmutación deben establecer un camino
físico entre los medios de comunicación previo a la conexión entre los usuarios. Este
camino permanece activo durante la comunicación entre los usuarios, liberándose al
terminar la comunicación. Ejemplo: red telefónica conmutada. Su funcionamiento pasa por
las siguientes etapas: solicitud, establecimiento, transferencia de datos y liberación de
conexión.
Ventajas
 La transmisión se realiza en tiempo real, siendo adecuado para comunicación de voz
y video.
 Acaparamiento de recursos. Los nodos que intervienen en la comunicación
disponen en exclusiva del circuito establecido mientras dura la sesión.
 No hay contención. Una vez que se ha establecido el circuito las partes pueden
comunicarse a la máxima velocidad que permita el medio, sin compartir el ancho de
banda ni el tiempo de uso.
 El circuito es fijo. Dado que se dedica un circuito físico específicamente para esa
sesión de comunicación, una vez establecido el circuito no hay pérdidas de tiempo
calculando y tomando decisiones de encaminamiento en los nodos intermedios.
Cada nodo intermedio tiene una sola ruta para los paquetes entrantes y salientes que
pertenecen a una sesión específica.
 Simplicidad en la gestión de los nodos intermedios. Una vez que se ha establecido
el circuito físico, no hay que tomar más decisiones para encaminar los datos entre el
origen y el destino.
Desventajas

3.  Retraso en el inicio de la comunicación. Se necesita un tiempo para realizar la
conexión, lo que conlleva un retraso en la transmisión de la información.
 Acaparamiento (bloqueo) de recursos. No se aprovecha el circuito en los instantes
de tiempo en que no hay transmisión entre las partes. Se desperdicia ancho de banda
mientras las partes no están comunicándose.
 El circuito es fijo. No se reajusta la ruta de comunicación, adaptándola en cada
posible instante al camino de menor costo entre los nodos. Una vez que se ha
establecido el circuito, no se aprovechan los posibles caminos alternativos con
menor coste que puedan surgir durante la sesión.
 Poco tolerante a fallos. Si un nodo intermedio falla, todo el circuito se viene abajo.
Hay que volver a establecer conexiones desde el principio.
Conmutación de mensajes
Este método era el usado por los pedidos telegráficos, siendo el más antiguo que existe.
Para transmitir un mensaje a un receptor, el emisor debe enviar primero el mensaje
completo a un nodo intermedio el cual lo encola en la cola donde almacena los mensajes
que le son enviados por otros nodos. Luego, cuando llega su turno, lo reenviará a otro y éste
a otro y así las veces que sean necesarias antes de llegar al receptor. El mensaje deberá ser
almacenado por completo y de forma temporal en el nodo intermedio antes de poder ser
reenviado al siguiente, por lo que los nodos temporales deben tener una gran capacidad de
almacenamiento. Esto es lo que se llama funcionamiento "almacenar y reenviar" (store and
forward).
Ventajas
 Se multiplexan mensajes de varios procesos hacia un mismo destino, y viceversa,
sin que los solicitantes deban esperar a que se libere el circuito.
 El canal se libera mucho antes que en la conmutación de circuitos, lo que reduce el
tiempo de espera necesario para que otro remitente envíe mensajes.
 No hay circuitos ocupados que estén inactivos. Mejor aprovechamiento del canal.
 Si hay error de comunicación se retransmite una menor cantidad de datos.
Desventajas

4.  Se añade información extra de encaminamiento (cabecera del mensaje) a la
comunicación. Si esta información representa un porcentaje apreciable del tamaño
del mensaje el rendimiento del canal (información útil/información transmitida)
disminuye.
 Mayor complejidad en los nodos intermedios:
 Ahora necesitan inspeccionar la cabecera de cada mensaje para tomar decisiones de
encaminamiento.
 También deben examinar los datos del mensaje para comprobar que se ha recibido
sin errores.
 También necesitan disponer de memoria (discos duros) y capacidad de
procesamiento para almacenar, verificar y retransmitir el mensaje completo.
 Sigue sin ser viable la comunicación interactiva entre los terminales.
 Si la capacidad de almacenamiento se llena y llega un nuevo mensaje, no puede ser
almacenado y se perderá definitivamente.
 Un mensaje puede acaparar una conexión de un nodo a otro mientras transmite un
mensaje, lo que lo incapacita para poder ser usado por otros nodos.
 Es lenta.
Modulación por amplitud de pulsos

5. Principio de la modulación por amplitud de pulsos (PAM); (1) Señal original, (2) Señal-
PAM, (a) Amplitud de la señal, (b) TiempoLa modulación por amplitud de pulsos (Pulse
Amplitude-Modulation) (PAM) es la más sencilla de las modulaciones digitales. Consiste
en cambiar la amplitud de una señal, de frecuencia fija, en función del símbolo a transmitir.
Esto puede conseguirse con un amplificador de ganancia variable o seleccionando la señal
de un banco de osciladores. (incluir dibujo de un modulador con amplificador variable)
(incluir dibujo de un banco de osciladores)
Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si representamos las amplitudes en el
plano complejo tenemos lo que se llaman constelaciones de señal. En función del número
de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-PAM. Así podemos tener
2PAM, 4PAM, 260PAM. De la correcta elección de los puntos de la constelación
(amplitudes) depende la inmunidad a ruido (distancia entre puntos) o la energía por bit
(distancia al origen).



Muestreo
El proceso de muestreo es común a todos los sistemas de modulación de pulsos y por lo
general, su descripción se hace en el dominio del tiempo. Mediante el muestreo, una señal
analógica continua en el tiempo, se convierte en una secuencia de muestras discretas de la
señal, a intervalos regulares. El teorema de muestreo establece que: Una señal continua, de
energía finita y limitada en banda, sin componentes espectrales por encima de una

6. frecuencia fmax, queda descrita completamente especificando los valores de la señal a
intervalos de 1/2fmax segundos. La señal así muestreada puede recuperarse mediante un
filtro de paso bajo. La frecuencia 2fmax se designa como frecuencia de Nyquist.
Definición de Modulación por Amplitud de Pulsos (PAM).
Este tipo de modulación es la consecuencia inmediata del muestreo de una señal analógica.
Si una señal analógica, por ejemplo, de voz, se muestrea a intervalos regulares, en lugar de
tener una serie de valores continuos, se tendrán valores discretos a intervalos específicos,
determinados por la, que debe ser como mínimo del doble de la frecuencia máxima de la
señal muestreada. En la modulación de pulsos, lo que se varía es alguno de los parámetros
de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de
modulación se distinguen dos clases: modulación analógica de pulsos, en que la
información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a
intervalos discretos de tiempo y modulación digital de pulsos en que la señal de
información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la Transmisión de
datos como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud. Este tipo de
transmisión no tiene contraparte en los sistemas de onda continua. En la modulación digital,
la señal de información es un flujo binario compuesto por señales binarias, es decir cuyos
niveles de voltaje sólo son dos y corresponden a ceros y unos. La señal de muestreo es en
general una sucesión de pulsos unipolares, cuyas amplitudes son proporcionales a los
valores muestra instantáneos del mensaje de datos.
Características de la Modulación por amplitud de pulsos (PAM).
En función del número de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-
PAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM. Este tipo de modulación recoge
información análoga, la muestra, y genera una serie de pulsos basados en los resultados de
la prueba, de la correcta elección de los puntos de la constelación (amplitudes) depende la
inmunidad a ruido (distancia entre puntos) o la energía por bit (distancia al origen). En la
Modulación por amplitud de pulsos (PAM), la señal original se muestra a intervalos
iguales, ésta usa una técnica llamada probada y tomada, donde en un momento dado el
nivel de la señal es leído y retenido brevemente.

7. Modulación por codificación de pulsos (PCM).
Este tipo de modulación, sin duda la más utilizada de todas las modulaciones de pulsos es,
básicamente, el método de conversión de señales analógicas a digitales, PCM siempre
conlleva modulación previa de amplitud de pulsos.
En algunos lugares se usa el término: MIC = Modulación por impulsos codificados, aunque
es de uso común, el término es incorrecto, pulso e impulso son conceptos diferentes, al
igual que codificación de pulsos y pulsos codificados.
Cuantificación y codificación

Proceso de cuantificación y codificación.
La señal muestreada (PAM) se aplica, a través de una cadena de divisores de voltaje, a una
serie de comparadores, cuyo número es igual al de niveles de cuantificación.
La otra entrada a los comparadores procede de un voltaje de referencia preciso, aplicado a
un divisor de voltaje similar al anterior, con tantas resistencias como niveles de
cuantificación haya. Así, por ejemplo, para codificación a 8 Bits se requieren 28 = 256
niveles de cuantificación y, por tanto 256 comparadores.
Debido a la acción de los divisores de voltaje, tanto para la señal como para el voltaje de
referencia, los voltajes serán coincidentes a la entrada de uno solo de los comparadores de
la cadena, el cual producirá una salida “1”, en tanto que todos los restantes tendrán salida
“0”. Es decir, en cada punto de muestreo, solamente uno de los comparadores entregará una
señal diferente a los demás, que corresponderá al nivel de cuantificación de la señal de
entrada.
Ruido de cuantificación

8. La cuantificación de una señal introduce un error de cuantificación, definido como la
diferencia entre el valor real de la señal y el valor de la señal cuantificada, es decir, la
diferencia entre la magnitud de la señal de entrada y la de salida. Ejemplo:
Si los niveles de cuantificación corresponden a valores de 0, 1, 2,... volts y la señal de
entrada es de 1.2 V. La señal cuantificada de salida es 1 V, con lo que el error de
cuantificación es de 0.2 V.
Si la entrada es de 1.7 V y la salida se cuantifica a 2 V, el error es de 0.3 V. El cuantificador
redondea el valor de la señal de entrada al valor más cercano de los posibles niveles de
cuantificación.
El nivel de decisión para el redondeo hacia arriba o hacia abajo, suele tomarse a la mitad
del intervalo de cuantificación. El tipo de redondeo para un nivel de entrada igual al nivel
de decisión se define en el diseño. El error de cuantificación representa, ruido adicional que
depende del número de niveles de cuantificación. Cuanto menor sea éste, mayor será el
ruido.
Relación señal a ruido para diferentes niveles de cuantificación
Ventajas de la modulación PCM
 La modulación por codificación de pulsos está presente, bien sea en la forma tratada
antes, o en alguna de sus variantes, en la mayoría de las aplicaciones para transmitir
o procesar información analógica en forma digital. Sus ventajas se resumen en el
hecho de emplear codificación de pulsos para la representación digital de señales
analógicas, característica que lo distingue de todos los demás métodos de
modulación analógica. Algunas de sus ventajas más importantes son:
 Robustez ante el ruido e interferencia en el canal de comunicaciones.
 Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo de la trayectoria de
transmisión. Formato uniforme de transmisión para diferentes clases de señales en
banda base, lo que permite integrarlas con otras formas de datos digitales en un
canal común mediante el multiplexado en tiempo.
 Facilidad de encriptar la información para su transmisión segura.

9.  El precio a pagar por las ventajas anteriores es el mayor costo y complejidad del
sistema, así como el mayor ancho de banda necesario. Respecto a la complejidad, la
tecnología actual de circuitos integrados en gran escala (VLSI) ha permitido la
implementación de sistemas a, relativamente bajo costo y facilitado el crecimiento
de este método o de sus variantes.
Desventajas
 Mayor costo del sistema.
 Mayor complejidad del sistema.
 Mayor ancho de banda necesario.
 Respecto a la complejidad, la tecnología actual de circuitos integrados en gran
escala (VLSI) ha permitido la implementación de sistemas a, relativamente bajo
costo y facilitado el crecimiento de este método o de sus variantes.
Ancho de banda
El efecto del empleo de PCM sobre el ancho de banda de una señal así modulada se puede
inferir intuitivamente mediante el siguiente ejemplo. Supóngase una señal de audio con un
ancho de banda de 5 KHz, muestreada a una frecuencia de 10 KHz, igual a la frecuencia de
Nyquist y cuantificada a 8 bits/muestra (256 niveles), de modo que por cada muestra de la
señal de entrada se producen ocho pulsos. Si pensamos en transmisión de estos pulsos en
serie, la frecuencia de muestreo se ha multiplicado por 8 y, por consecuencia, también el
ancho de banda. Así, una señal analógica que ocuparía un ancho de banda de 10 KHz,
modulada en AM completa o 5 KHz en banda lateral única, requiere de un ancho de banda
de 80 KHz modulada en PCM.
Métodos de modulación
PCM Diferencial
Cuando se muestrea una señal a una frecuencia ligeramente superior a la frecuencia de
Nyquist, como ocurre en casi todos los casos prácticos, la señal muestreada presenta una
elevada correlación entre muestras adyacentes, es decir que, en promedio, la señal no
cambia substancialmente entre muestras sucesivas. Como resultado de esto la varianza de la

10. diferencia entre muestras adyacentes es menor que la de la señal en sí. Por consecuencia, la
señal codificada en PCM contiene información redundante que no es indispensable para su
adecuada recuperación en el receptor, de modo que si se elimina esta redundancia antes de
la codificación, se tendrá una señal codificada más eficiente.
Modulación Delta
En la Modulación Delta, la señal de entrada se sobremuestrea a una frecuencia mucho
mayor que la de Nyquist para aumentar deliberadamente la correlación entre muestras
adyacentes de la señal. Esto se hace para permitir una estrategia simple de cuantificación en
la reconstrucción de la señal. En su forma básica, la modulación delta proporciona una
aproximación en escalera de la versión sobremuestreada de la señal.
Modulación Sigma- Delta
La entrada al cuantificador de un modulador delta convencional puede verse como una
aproximación de la derivada de la señal de entrada, este tipo de modulación se obtiene
integrando la señal original antes de la modulación delta. Este proceso tiene los siguientes
efectos: - Refuerzo o preacentuación de los componentes de baja frecuencia de la señal de
entrada. - Aumento de la correlación entre muestras adyacentes, con lo que se reduce la
varianza de la señal de error a la salida del cuantificador. - Mayor simplicidad en el
receptor.
Conmutación Espacial
La conmutación espacial consiste en una transferencia física de un múltiplex a otro; se
realiza en los conmutadores espaciales. Dicha transferencia de bits es instantánea, por lo
que no implica modificación en los intervalos de tiempo de canal.
Tomando en cuenta que las técnicas M.I.C. convierte las señales analógicas de frecuencia
vocal en señales digitales, y que la M.D.T. (Multiplexaje por División en el Tiempo)
permite aprovechar el espacio entre dos muestras consecutivas del mismo canal, para
introducir muestras de otros canales, con lo que pueden comunicarse varios canales sobre la
misma vía física, de un modo prácticamente simultaneo. Tenemos ahí pues, las principales
técnicas utilizadas para la conmutación espacial.
La conmutación espacial consiste, pues, en la asignación de unos pocos caminos a muchos
usuarios. Lo que se comparte entre los muchos usuarios son unos pocos "espacios" físicos
(conductores) para que su comunicación fluya.

11. La conmutación espacial se realiza en los llamados conmutadores espaciales, conociéndose
estas etapas de conmutación como etapas espaciales o etapas S.


Para terminar de comprender el concepto de la conmutación espacial digital, vamos a ver
un ejemplo basado en la figura. El conmutador espacial transfiere el contenido del canal 8
(CH8) del múltiplex M.I.C. entrante 18, hacia el canal 8 (CH8) del múltiplex saliente 14
estableciendo para esta conmutación un punto de cruce espacial. Como podemos observar
se realiza un cambio de M.I.C. pero no de intervalo de tiempo.

Conmutación Temporal
La conmutación temporal consiste en un almacenamiento del contenido de un canal en una
memoria, durante un tiempo menor que el tiempo de una trama; dicho contenido será desde
la memoria hacia el multiplex MIC saliente, modificando el canal asignado. Las etapas
realizadas con conmutadores temporales, se conocen como etapas temporales o etapas T.
El conmutador temporal, a diferencia del conmutador espacial, dispone de un único
múltiplex M.I.C. entrante, y un único múltiplex M.I.C. saliente, que puede ser considerado
como entrante con una reorganización de sus canales.
Tanto el conmutador temporal como el espacial son capaces de realizar varios puntos de
cruce simultáneamente.

12. Podemos ver un ejemplo de conmutación temporal en la que el conmutador temporal
transfiere el contenido del canal 8 (CH8) del M.I.C. entrante hacia el canal 20 (CH20) del
M.I.C. saliente, estableciendo para esta conmutación un punto de cruce temporal.
La conmutación temporal no es instantánea, pues presupone un almacenamiento en
memoria, y es la causante de que las redes de conexión digital M.I.C. introduzcan un
retardo en las señales, intrínseca a la conmutación.
Dado que los tiempos de trabajo de una red de conexión digital M.I.C. son del orden de
microsegundos o incluso menos, obligan a que la tecnología empleada sea totalmente
electrónica. Los dispositivos electromecánicos que trabajan en tiempos de milisegundos o
más, son demasiado lentos.