Capa Fisica

2 LA CAPA FÍSICA
2.1 LA BASE TEÓRICA DE LA COMUNICACIÓN DE DATOS

Mediante la variación de algunas propiedades físicas, como el voltaje o la corriente, es posible
transmitir información a través de cables. Al representar el valor de este voltaje o corriente como
una función simple del tiempo, f (t), podemos modelar el comportamiento de la señal y analizarlo
matemáticamente. Este análisises el tema de las siguientes secciones.

2.1.1 El análisis de Fourier

A principios del siglo XIX, el matemático francés Jean-Baptiste Fourier probó que cualquier
función periódica de comportamiento razonable, g(t) con un periodo T, se puede construir sumando
una cantidad (posiblemente infinita) de senos y cosenos:

donde f = 1/T es la frecuencia fundamental, an y bn son las amplitudes deseno y coseno de los
n-ésimos (términos) armónicos y c es una constante. Tal descomposición se conoce como serie
de Fourier.
Una señal de datos que tenga una duración finita (la cual todas poseen) se puede manejar con
sólo imaginar que el patrón se repite una y otra vez por siempre (es decir, el intervalo de T a 2T
es el mismo que de 0 a T, etcétera).

2.1.2 Señales de ancho de bandalimitado

Para ver cómo se relaciona todo esto con la comunicación de datos, consideremos un ejemplo
específico: la transmisión del carácter “b” ASCII codificado en un byte de 8 bits. El patrón de bits
que se va a transmitir es 01100010. La parte izquierda de la figura 2-1(a) muestra la salida de voltaje
que produce la computadora transmisora. El análisis de Fourier de la señal produce loscoeficientes:

Ninguna instalación transmisora puede transmitir señales sin perder cierta potencia en el proceso.
Si todos los componentes de Fourier disminuyeran en la misma proporción, la señal resultante
se reduciría en amplitud, pero no se distorsionaría

Desgraciadamente, todas las instalaciones de transmisión disminuyen
los distintos componentes de Fourier en diferente grado, lo que provocadistorsión. Por lo general,
las amplitudes se transmiten sin ninguna disminución desde 0 hasta cierta frecuencia fc
[medida en ciclos/seg o Hertz (Hz)], y todas las frecuencias que se encuentren por arriba de esta
frecuencia de corte serán atenuadas. El rango de frecuencias que se transmiten sin atenuarse con
fuerza se conoce como ancho de banda.

2.1.3 La tasa de datos máxima de un canalEn 1924, un ingeniero de AT&T, Henry Nyquist, se dio cuenta de que incluso un canal perfecto
tiene una capacidad de transmisión finita. Derivó una ecuación que expresa la tasa de datos máxima
para un canal sin ruido de ancho de banda finito. En 1948, Claude Shannon continuó el
trabajo de Nyquist y lo extendió al caso de un canal sujeto a ruido aleatorio (es decir, termodinámico)(Shannon, 1948). Sólo resumiremos brevemente sus ahora clásicos resultados.
Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un filtro pasa-bajas de ancho de
banda H, la señal filtrada se puede reconstruir por completo tomando sólo 2H muestras (exactas)
por segundo. No tiene sentido muestrear la línea a una rapidez mayor que 2H veces por segundo
porque los componentes de mayor frecuenciaque tal muestreo puede recuperar ya se han filtrado.
La cantidad de ruido térmico presente se mide por la relación
entre la potencia de la señal y la potencia del ruido, llamada relación señal a ruido. Si indicamos
la potencia de la señal con una S y la potencia del ruido con N, la relación señal a ruido
es S/N. Por lo general, la relación misma no se expresa; en su lugar, se da la cantidad10 log10 S/N.
Estas unidades se conocen como decibeles (dB).

2.2 MEDIOS DE TRANSMISIÓN GUIADOS

El propósito de la capa física es transportar un flujo de datos puro de una máquina a otra. Es
posible utilizar varios medios físicos para la transmisión real. Cada uno tiene su propio nicho en
términos de ancho de banda, retardo, costo y facilidad de instalación y mantenimiento. Los medios...