Universidad Pública de Navarra
jueves 20 de junio de 2013
| Código: 32302 | Asignatura: TRANSMISIÓN DE DATOS | ||||
| Departamento: Ingeniería Eléctrica y Electrónica | Curso: 3 | ||||
| Tipo: Troncal | Duración: 1º C | ||||
| Créditos: 6 | Teóricos: 3 | Prácticos: 3 | |||
| Profesores | |||||
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RUIZ FELIU, RAFAEL |
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Descriptores
Interfaces y comunicación de periféricos. Comunicaciones digitales. Codificación y detección de la información. Canales de acceso múltiple y multiplexación. Protocolos de enlace.
Prerrequisitos y recomendaciones
No hay requisitos previos. Resulta conveniente, aunque no imprescindible, que el estudiante haya superado la mayoría de las materias troncales de la titulación de los cursos inferiores. En particular, las asignaturas de mayor interés para esta materia son:
1) Sistemas Lineales.
2) Laboratorio de procesado de la señal.
Contextualización
Como es bien sabido, el mundo de la información que nos ha tocado vivir no sería posible sin la transmisión digital de esa información. Evidentemente el alumno de Ingeniería de Telecomunicación debe familiarizarse rápidamente con las diferentes técnicas de transmisión de la información. Esta asignatura pretende introducir al alumno en las técnicas básicas para la transmisión de datos, qué se ha de tener en cuenta a la hora de llevar a cabo esa transmisión y qué técnicas existen para ello. Como es lógico, no se pretende mostrar al alumno todos los sistemas de comunicación digitales existentes (tarea inabordable en la duración de un cuatrimestree), por ello la asignatura tratará esquemáticamente aquellos aspectos que resultan ser la base en la transmisión digital de la información.
Objetivos y competencias
Los objetivos a conseguir dentro de esta asignatura son:
· Conocer los modelos de comunicación de datos a través de redes y sus protocolos, interfaces y multiplexación.
· Comprender la diferencia existente entre datos y señales, así como los conceptos digital y analógico.
· Caracterizar los modelos y medios de transmisión, así como las perturbaciones que sufren.
· Aproximarse a las nuevas tecnologías en codificación de fuente (algoritmos de compresión ZIP, MP3, MPEG2, JPEG), criptografía, codificación de línea (GMSK, OFDM, CDMA) y codificación de canal (códigos bloque, códigos convolucionales, Viterbi, códigos Red-Solomon).
· Dominar otras destrezas: búsqueda de información, trabajo en grupo, presentación gráfica, redacción de memorias técnicas...
Temario y contenidos
- Tema 0: Presentación de la asignatura
0.1 Objetivos de la asignatura.
0.2 Descripción básica de un sistema de transmisión de datos digitales.
0.3 Presentación del temario de la asignatura y situación en el plan de estudios.
0.4 Bibliografía.
0.5 Evaluación de la asignatura.
- Tema 1: Introducción a las Comunicaciones de Datos.
1.1 Un Modelo de Comunicación.
1.2 Comunicación de Datos.
1.3 Comunicación de Datos a través de Redes.
1.4 Protocolos y arquitectura de Protocolos.
1.5 Normalizaciones.
Desarrollo:
Este tema introduce los nuevos puntos de vista que en los últimos años se han impuesto conceptualmente en la transmisión de datos, a saber, la desaparición de las fronteras entre ordenadores y sistemas de transmisión, entre procesado y mera transmisión de datos. El clásico esquema de bloques de un sistema de comunicaciones solamente se mantiene desde un punto de vista conceptual y académico, ya que de los antiguos dispositivos (bloques) en muchas ocasiones sólo sobreviven sus funciones, siendo implementados actualmente mediante software.
Las diferencias entre redes de comunicaciones y redes de ordenadores se han ido diluyendo a la par que estas últimas crecían en extensión y alcance, lo que ha obligado al desarrollo de protocolos y normalizaciones a nivel mundial que permiten la comunicación de datos independientemente del hardware como de la localización de los diferentes usuarios.
- Tema 2: Comunicaciones Digitales
2.1 Señales analógicas y digitales.
2.2 Datos y Señales.
2.2.1 Datos.
2.2.2 Señales.
2.2.3 Datos digitales y Señales digitales.
2.2.4 Datos digitales y Señales analógicas.
2.2.5 Datos analógicos y Señales digitales.
2.2.6 Datos analógicos y Señales analógicas.
2.3 Transmisión.
2.3.1 Transmisión analógica.
2.3.2 Transmisión digital.
2.3.3 Perturbaciones en la transmisión.
2.3.4 Capacidad de un Canal.
2.4 Medios de Transmisión.
2.4.1 Medios de Transmisión Guiados.
2.4.1.1 Par trenzado.
2.4.1.2 Coaxial.
2.4.1.3 Fibra óptica.
2.4.2 Medios de Transmisión inalámbrica.
2.4.2.1 Radio.
2.4.2.2 Microondas.
2.4.2.3 Infrarrojos.
Desarrollo:
Este tema puede dividirse en dos bloques temáticos: un primer bloque dedicado a datos y señales y un segundo bloque donde se introducen los medios de transmisión sobre el que viajarán dichas señales. Se comienza el bloque dedicado a datos y señales con el estudio de las diferencias entre señales analógicas y digitales, para posteriormente resaltar las diferencias entre datos y señales. Se presentarán en este contexto las diferentes combinaciones entre datos y señales tanto analógicos como digitales, mostrándose el ámbito de aplicación y sus ventajas e inconvenientes.
El segundo bloque temático introduce la transmisión de las señales, presentándose brevemente la transmisión tanto analógica como digital. Seguidamente se revisan a modo introductorio las diferentes perturbaciones que afectan a la transmisión de señales, lo que permite posteriormente comprender y calcular la capacidad de transmisión de datos que un determinado canal posee. Finalmente el capítulo concluye presentando los principales medios de transmisión tanto guiados como no guiados. Este apartado tiene una clara orientación introductoria, puesto que el estudio en profundidad de las características de los diversos medios de transmisión se reparte entre diferentes asignaturas a lo largo de la carrera.
- Tema 3: Codificación y Detección de la Información
3.1 Tipos de Codificación.
3.1.1 Codificación de Fuente. Criptografía.
3.1.2 Codificación de Línea.
3.1.3 Codificación de Canal.
3.2 Codificación de Fuente.
3.2.1 Objetivos.
3.2.2 Entropía de fuentes discretas.
3.2.3 Algoritmos de codificación-
3.2.3.1 Código Huffman
3.2.3.2 Códigos Lempel-Ziv (Zip)
3.2.3.3 Compresión de Audio (ADPCM, MPEG-1)
3.2.3.4 Compresión de Imagen (JPEG, MPEG-2)
3.3 Criptografía.
3.3.1 Introducción.
3.3.2 Servicios de seguridad.
3.3.3 Criptografía clásica.
3.3.4 Criptografía moderna.
3.3.4.1 Cifrado simétrico (clave secreta)
3.3.4.2 Cifrado asimétrico (clave pública)
3.4 Codificación de Canal.
3.4.1 Fundamentos.
3.4.2 Códigos de Bloque.
3.4.2.1 Códigos de Bloque lineales.
3.4.2.2 Matriz generadora.
3.4.2.3 Códigos de bloque sistemáticos.
3.4.2.4 Detección y corrección de errores.
3.4.2.5 Matriz de chequeo de paridad.
3.4.2.6 Síndrome y detección de errores.
3.4.2.7 Síndrome y corrección de errores.
3.4.2.8 Distancia mínima de un código.
3.4.2.9 Capacidad correctora y detectora.
3.4.2.10 Probabilidad de error residual.
3.4.2.11 Códigos de Hamming.
3.4.2.12 Códigos cíclicos.
3.4.3 Códigos Convolucionales.
3.4.3.1 Caracterización.
3.4.3.2 Decodificación convolucional. Modelos de canal. Algoritmo de Viterbi.
3.4.3.3 Propiedades de los códigos.
3.4.3.4 Ganancia del código.
Desarrollo:
Este extenso tema comienza mostrando al alumno los tres tipos de codificación (fuente, línea y canal), haciendo hincapié en los objetivos buscados en cada uno de ellos y las razones que hacen necesaria su utilización. El tema podría dividirse a su vez en tres diferentes subtemas, dedicados a la codificación de fuente, la criptografía y la codificación de canal (la codificación de línea se trata en otras asignaturas como "Sistemas de Transmisión" y "Teoría de la Comunicación").
Tras la introducción dedicada a los diferentes tipos de codificación, se pasa a detallar los códigos de fuente, sus objetivos y necesidad. Seguidamente se introduce una pequeña base matemática necesaria para comprender el funcionamiento de este tipo de codificación. El apartado dedicado a la codificación de fuente termina mostrando (a nivel introductorio y brevemente descriptivo) algunos ejemplos de compresión de texto (Huffman, ZIP), audio (ADPCM, MP3) y vídeo (JPEG, MPEG-2).
El bloque dedicado a la criptografía pretende ser una breve aproximación a la misma (existe una asignatura optativa en cuarto curso donde se profundiza en la criptografía). Tras una breve introducción definitoria se repasan los servicios de seguridad proporcionados por la criptografía. Posteriormente se comentan diferentes tipos de métodos criptográficos clásicos con el fin de resaltar las diferencias con los métodos criptográficos modernos, de los que se mencionan los métodos conocidos como simétricos o de clave secreta y asimétricos o de clave pública.
El tema se cierra dedicándose a la codificación de canal. En este bloque se exponen sus fundamentos, para pasar posteriormente al estudio en profundidad de los códigos bloque. Dicho estudio nos permitirá comprender de manera más sencilla los códigos convolucionales; su caracterización y decodificación, centrándonos especialmente en el algoritmo de Viterbi. Posteriormente se destacarán las propiedades de este tipo de códigos y en especial su ganancia, lo que demostrará a los alumnos la oportunidad de la utilización de la codificación de canal.
- Tema 4: La interfaz de Transmisión de Datos
4.1 Transmisión síncrona y asíncrona.
4.1.1 Transmisión asíncrona.
4.1.2 Transmisión síncrona.
4.2 Configuraciones de la línea.
4.2.1 Topología.
4.2.2 Full-Dúplex y Semidúplex.
4.3 Interfaces.
4.3.1 V.24/EIA-232-F.
4.3.2 La interfaz física de la RDSI.
4.3.3 Universal Serial Bus (USB).
4.3.4 IEEE 1494 (FireWire).
Desarrollo:
En este tema se comienza describiendo al alumnos los dos tipos fundamentales de transmisión existente, recalcándose sus diferencias de modo que el alumno aprenda discernir en qué momento puede convenir utilizar uno u otro. Posteriormente se comentan asimismo las diferentes configuraciones que puede presentar una línea de transmisión de datos.
El tema continúa mostrando al alumno el funcionamiento y descripción de cuatro interfaces de gran aceptación (norma V.24, RDSI, USB y FireWire), tanto a nivel de descripción física como funcionales y de procedimiento.
- Tema 5: Control de Enlace de Datos
5.1 Control de Flujo.
5.1.1 Control de Flujo mediante parada y espera.
5.1.2 Control de flujo mediante ventana deslizante.
5.2 Detección de errores.
5.2.1 Comprobación de paridad.
5.2.2 Comprobación de redundancia cíclica (CRC).
5.3 Control de errores.
5.3.1 ARQ con parada y espera.
5.3.2 ARQ con vuelta atrás N.
5.3.3 ARQ con rechazo selectivo.
5.4 Control de enlace de datos a alto nivel (HDLC).
5.4.1 Estructura trama HDLC.
5.4.2 Funcionamiento HDLC.
Desarrollo:
En este tema se estudian de una manera básica los procedimientos y protocolos existentes para la transferencia con éxito de datos entre dos entidades. En primer lugar se intenta que el alumno comprenda la necesidad del control de flujo de información entre dichas entidades y cómo llevarlo a cabo del modo más eficiente posible. Para facilitar la comprensión se comienza mostrando los protocolos de control de flujo en ausencia de errores.
Puesto que siempre va a existir la posibilidad de error en la transmisión, se enseña al alumno dos métodos clásicos de detección de errores dentro de la trama, como lo son la comprobación de paridad y la comprobación de redundancia cíclica. Posteriormente, una vez que se muestra al alumno la posibilidad de detección de errores, se plantea el control de flujo con la existencia de errores. En este contexto se estudian tres de los protocolos más sencillos como lo son los métodos ARQ mediante parada y espera, vuelta atrás N y rechazo selectivo.
El tema concluye con una introducción a un protocolo de enlace de datos de alto nivel como es el HDLC, el cual es la base de muchos otros protocolos de este tipo. Se estudiarán brevemente las características básicas del protocolo HDLC, así como la estructura de sus diferentes tramas y su funcionamiento.
Tema 6: Multiplexación
6.1 Multiplexación por división de frecuencia.
6.1.1 Sistemas de portadora analógica.
6.2 Multiplexación por división de tiempo síncrona.
6.2.1 Control de enlace en TDM.
6.2.2 Delimitación de Tramas.
6.2.3 Inserción de bits.
6.2.4 Sistemas con portadora digital.
6.2.5 Interfaz Usuario-Red en RDSI.
6.2.6 SONET/SDH.
6.2.7 GSM.
6.3 Multiplexación por división de tiempo estadística.
6.3.1 Prestaciones.
6.4 Técnicas de espectro ensanchado.
6.4.1 Principios.
6.4.2 Salto en frecuencia.
6.4.3 División de código (secuencia directa).
6.5 Tecnologías xDSL.
6.5.1 ADSL.
6.5.2 Otras tecnologías xDSL.
Desarrollo:
En este tema se estudian los métodos de acceso múltiple más comúnmente utilizados como la multiplexación en frecuencia (de la que se habla brevemente puesto que está orientada a comunicaciones analógicas), la multiplexación en tiempo (tanto la síncrona como la estadista) y la multiplexación por división de códigos. Para que el alumno tome conciencia de sus utilidad práctica, en cada uno se los diferentes métodos de multiplexación se describen sistemas reales que hacen uso de ellos (sistemas de portadora analógica en multiplexación de frecuencia; sistemas con portadora digital, SONET y GSM en multiplexación por división de tiempo síncrona; IS-95 en técnicas de espectro ensanchado).
La asignatura se cierra con la descripción de los métodos de acceso a redes de datos más "populares" como lo son las técnicas DSL. En primer lugar se muestra el funcionamiento de la técnica más conocida de todas: el ADSL. Posteriormente se enumeran y describen brevemente otras técnicas similares que o bien han venido siendo utilizadas a un nivel más local o bien están en proceso de estandarización y que ofrecerán mayores servicios que ADSL (como por ejemplo VDSL).
Metodología y plan de trabajo
Tema 0: Presentación de la asignatura
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 0.5 horas.
Tema 1: Introducción a las Comunicaciones de Datos.
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 3.5 horas.
Tema 2: Comunicaciones Digitales
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 10 horas.
- Práctica: Resolución de problemas en clase. 2 horas.
Tema 3: Codificación y Detección de la Información
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 10 horas.
- Práctica: Resolución de problemas en clase. 4 horas.
Tema 4: La interfaz de Transmisión de Datos
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 3 horas.
- Práctica: Resolución de problemas en clase. 1 hora.
Tema 5: Control de Enlace de Datos
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 5 horas.
- Práctica: Resolución de problemas en clase. 1 hora.
Tema 6: Multiplexación
- Teoría: Desarrolo del temario en clase. 6 horas.
- Práctica: Resolución de problemas en clase. 2 horas.
Evaluación
El 100% de la calificación se realizará en función del examen de la asignatura.
El examen escrito constará de una parte teórica (10 preguntas de corto desarrollo) y una parte práctica (2 problemas). Ambas partes tienen el mismo valor en el examen.
Bibliografía y recursos
Tema 0: Presentación de la asignatura
[TD-0] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Temario de las asignatura". Presentación de la asignatura en forma de apuntes con todo lo referente a la bibliografía, temario y las normas de evaluación.
Tema 1: Introducción a las Comunicaciones de Datos.
[TD-1] Rafael Ruiz Feliú. "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 1".
[TD-10] William Stallings. "Comunicaciones y Redes de Computadores 6º Ed.". Prentice Hall, 2001. (Capítulo 1)
Tema 2: Comunicaciones Digitales
[TD-2] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 2".
[TD-10] William Stallings. "Comunicaciones y Redes de Computadores 6º Ed.". Prentice Hall, 2001. (Capítulos 3 y 4)
Tema 3: Codificación y Detección de la Información
[TD-3] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 3".
[TD-11] Bernard Sklar. "Digital Communications". Prentice Hall, 2001. (Capítulos 6, 7, 8, 13 y 14)
[TD-12] J. Pastor Franco, "Criptografía digital". Prensas Universitarias de Zaragoza, 1998.
[TD-13] Richard E.Blahut, "Algebraic Codes for Data Transmission". Cambridge University Press, 2003. (Capítulos 3, 9 y 10)
Tema 4: La interfaz de Transmisión de Datos
[TD-4] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 4".
[TD-10] William Stallings. "Comunicaciones y Redes de Computadores 6º Ed.". Prentice Hall, 2001. (Capítulo 6)
Tema 5: Control de Enlace de Datos
[TD-5] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 5".
[TD-10] William Stallings. "Comunicaciones y Redes de Computadores 6º Ed.". Prentice Hall, 2001. (Capítulo 7)
Tema 6: Multiplexación
[TD-6] Rafael Ruiz Feliú, "Transmisión de Datos. Transparencias del Tema 6".
[TD-10] William Stallings. "Comunicaciones y Redes de Computadores 6º Ed.". Prentice Hall, 2001. (Capítulos 5 y 8)
Idiomas
Castellano