¿Cómo viajan los datos dentro de un cable?

Question

Sé que es una pregunta muy básica pero las respuestas que me da google son demasiado complicadas para que las entienda. No estoy preguntando acerca de la modulación aquí. Lo que quiero saber es qué es exactamente lo que transporta los datos.

Permítanme explicarles mis dudas:

Supongamos que desde mi PC, si quiero transmitir el número diez. Será convertido a binario y se convertirá en 00001010. Luego se enviará al módem, que lo convertirá en una señal analógica. Esta señal analógica viajará por el cable y llegará a su destino, donde se convertirá de nuevo a binario y el usuario recibirá el número.

Ahora bien, si se tratara de una señal digital, el valor se transmitiría como una combinación de alta y baja tensión.

Lo que circula por el cable es la corriente.

¿Cómo transporta los datos esta corriente? La corriente es básicamente un flujo de electrones.

La velocidad de los electrones depende de la tensión aplicada (eso es lo que recuerdo del colegio). Pero mis datos se reciben casi instantáneamente.

Así que si fuera corriente llevando mis datos no viajaría tan rápido.

He leído en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de la luz. ¿Cómo?

¿Qué transporta mis datos? Sólo las ondas EM viajan tan rápido.

Por favor, ayúdame. Puede que me esté perdiendo muchos puntos básicos aquí. No he estudiado los modos de comunicación.

Answer 1

¿Cómo transporta los datos esta corriente?

La corriente y la tensión son inseparables. La corriente fluye porque hay un voltaje en el cable, y hay un camino conductor desde ese voltaje a un voltaje más bajo.

Así que podemos decir que los datos se codifican como impulsos de tensión o impulsos de corriente, en realidad no importa. A menudo, una tensión alta (5 V) indica un "1" y una tensión baja (0 V) indica un "0". Pero puedes elegir las dos tensiones que quieras. 3,3 y 0 V. 0 y 3,3 V. -0,8 y -1,2 V. Según lo que funcione mejor en tu diseño.

Leí en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de la luz. ¿Cómo? ¿Qué transporta mis datos? Sólo las ondas EM viajan tan rápido.

Otra forma de ver las cosas es que el voltaje en un punto del cable es sólo una forma más sencilla de ver el hecho de que existe un campo eléctrico entre el cable y todo lo que le rodea.

Cuando una señal se propaga a lo largo de un cable, en realidad lo que se propaga es el campo electromagnético entre el cable y un conductor de "tierra" o "retorno" cercano. Por tanto, es una onda electromagnética, no un objeto masivo (como un electrón), la que transporta la señal por el cable.

Answer 2

Leí en alguna parte que los cables transmiten datos casi a la velocidad de de la luz. ¿Cómo? ¿Qué transporta mis datos? Sólo las ondas EM viajan tan rápido.

La ley de Ohms es genial. Te dice que si pones 1 voltio a través de una resistencia de 1 ohmio, fluirá 1 amperio. Sin embargo, oculta una verdad más oscura que se descubre mejor si imaginas que la resistencia de 1 ohmio está a varios kilómetros de distancia de la fuente de 1 voltio y conectada por cable.

Así que, aplicas 1 voltio y algún tiempo después verás ese 1 voltio a través de la carga de 1 ohmio - bueno eso es lo que crees que puede pasar pero es más complejo que eso en los microsegundos que tarda en bajar por el cable.

En realidad, el cable "informa" a la fuente de alimentación de 1 voltio que está tomando 20 mA (esto es para cable con impedancia característica de 50 ohm, es decir, muchos cables coaxiales tienen esta impedancia). Está claro que 1 voltio / 50 ohmios = 20 mA. Por lo tanto, la corriente no viene determinada inicialmente por la carga (demasiado lejos), sino por el medio del cable.

Por lo tanto, los 20 mA Y el 1 voltio van a toda velocidad por el cable como una onda EM - el cable asegura esto y, hay un campo E y un campo H al igual que una onda de radio real transmitida en el aire / atmósfera / vacío / medio. El vacío también tiene una impedancia característica: aproximadamente 377 ohmios, lo que significa que la relación entre el campo E y el campo H es 377.

Los campos E y H viajan hasta el extremo del cable para encontrarse con una carga de 1 ohmio y entonces empiezan a ocurrir cosas extrañas. Si la carga en el extremo más alejado fuera de 50 ohmios, sería el fin de la historia, pero como la carga no coincide con las "características" de la onda EM, se produce un reflejo que vuelve a la fuente de alimentación y, tras muchos vaivenes, finalmente se envía la corriente correcta por el cable para adaptarse a la carga. Pero todo se acaba en unos microsegundos.

Por lo tanto, es una onda EM que viaja por el cable. Y, por esa razón, siempre es una buena idea considerar el uso de impedancias de adaptación para evitar que las reflexiones causen corrupciones de datos.

Answer 3

Dado que planteas esta pregunta en el contexto de un PC y un módem, las respuestas que te presento se limitan al ámbito telefónico.

Es correcta tu explicación de enviar el valor "10" desde tu PC hasta el punto en que el módem convierte los 1's y 0's que componen el valor binario 00001010. En general, el módem en realidad está convirtiendo los 1's y 0's en dos tonos de audio diferentes. Esto se debe básicamente a que el sistema telefónico fue diseñado para transmitir y recibir formas de onda de audio como una corriente eléctrica variable. Estos dos valores discretos de tonos de audio (dos frecuencias distintas) pasan a través del sistema telefónico local como una corriente variable en el tiempo. Una vez que estas señales se reciben en la oficina central ("CO") de su compañía telefónica local (es decir, el lugar donde se conecta el cable telefónico de su casa), generalmente se convierten en datos digitales allí mismo y se envían a través de las líneas troncales nacionales digitalmente. En el extremo receptor de la llamada telefónica, la central reconvierte estas señales digitales en una corriente variable en el tiempo que se envía a las líneas telefónicas de cobre que llegan al abonado con el módem receptor.

El módem receptor reconoce estos dos tonos de audio específicos (un tono es un "cero", el otro es un "uno") y los convierte de nuevo en una cadena binaria de 1's y 0's. A continuación, depende del PC con el que se comunica. A continuación, el PC conectado al módem receptor debe volver a convertir estos 0 y 1 en valores de 8 bits.

Para responder a tu pregunta sobre qué transporta realmente los datos, en realidad se trata de un mecanismo de varios niveles. El módem convierte los 0 y los 1 en diferentes señales que varían en el tiempo (los dos tonos, representados por un voltaje análogo que varía en el tiempo) y luego empuja estas señales que varían en el tiempo a través de los cables telefónicos de cobre a la OC como corrientes que varían en el tiempo. El módem convierte las señales temporales en corrientes temporales porque la conexión a la central es lo que se conoce como un "bucle de corriente". El bucle telefónico local de cobre hasta la central transporta señales de audio codificadas eléctricamente como corrientes, no como tensiones. Estas corrientes eléctricas fluyen muy rápidamente, por lo que sus "datos" (que representa la corriente variable en el tiempo), fluyen muy rápidamente. Quizá no a la velocidad de la luz, pero sí a una fracción significativa de ésta, dependiendo de las condiciones de las líneas de conexión.

¿Lo veis? Hay dos mecanismos en juego aquí: Los datos binarios se representan en forma de tonos de audiofrecuencia y los tonos se transmiten en forma de corrientes eléctricas. Al menos, así es como funciona entre el módem y la centralita de la compañía telefónica en ambos extremos de la conexión. Entre las dos centrales que participan en la conexión, entran en juego otros mecanismos.

Además, para corregir tu pensamiento, los datos binarios suelen codificarse como dos niveles de tensión en los sistemas electrónicos, pero no siempre. Algunos sistemas codifican los datos como frecuencias, como el módem. Otros codifican los datos como la fase de una señal de frecuencia constante. Y también existen otros métodos.

Y deja todo eso de la propagación de ondas eléctricas y campos E para los físicos. Sólo te confundirá cuando estés tratando con equipos electrónicos prácticos. En este mundo de la EE se trata de voltajes y corrientes. No tienes que entender los fenómenos más allá de estos dos parámetros para entender mucho de lo que pasa en los dispositivos electrónicos más comunes.