Introduccion a las Telecomunicaciones 3/3

Continuamos con la ultima entrega de la serie de articulos dedicados a realizar una Introduccion a las Telecomunicaciones.

Introduccion a las Telecomunicaciones – 3ra Parte


Codificación de Señales

Tanto la información analógica como la digital pueden ser codificadas mediante señales analógicas o digitales. La elección de un tipo particular de codificación dependerá de los requisitos exigidos, del medio de transmisión, así como de los recursos disponibles para la comunicación. Los desafíos son los siguientes:

♦  Datos digitales, señales digitales: La forma más sencilla de codificar digitalmente datos digitales es asignar un nivel de tensión al uno binario y otro distinto para el cero. Para mejorar las prestaciones es posible utilizar otros códigos distintos al anterior, alterando el espectro de la señal y propor- cionando capacidad de sincronización. En términos generales, el equipamiento para la codificación digital usando señales digitales es menos complicado y menos costoso que el equipamiento necesario para transmitir datos digitales con señales analógicas mediante modulación.

♦  Datos digitales, señales analógicas: Los modems convierten los datos digitales en señales analógicas de tal manera que se puedan transmitir a través de líneas analógicas. Las técnicas básicas son desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitude-Shift Keying), desplazamiento de frecuencia (FSK, Frecuency-Shift Keying), y desplazamiento de fase (PSK, Phase-Shift Keying). En todas ellas, para representar los datos digitales se modifican uno o más parámetros característicos de la señal portadora. algunos medios de transmisión, como, por ejemplo, la fibra óptica y los medios no guiados, sólo permiten la propagación de señales analógicas.

♦  Datos analógicos, señales digitales: Los datos analógicos, como, por ejemplo, voz y vídeo, se digitalizan para ser transmitidos mediante sistemas digitales. La técnica más sencilla es la modulación por codificación de impulsos (PCM, Pulse Code Modulation), que implica un muestreo periódico de los datos analógicos y una cuantificación de las muestras. La conversión de los datos analógicos en digitales permite la utilización de las técnicas más recientes de equipos de conmutación para la transmisión digital.

♦  Datos analógicos, señales analógicas: Los datos analógicos se modulan mediante una portadora para generar una señal analógica en una banda de frecuencias diferente, que se puede utilizar en un sistema de transmisión analógico. Las técnicas básicas son modulación en amplitud (AM, Amplitude Modulation), modulación en frecuencia (FM, Frequency Modulation), y modulación en fase (PM, Phase Modulation). Los datos analógicos de naturaleza eléctrica se pueden transmitir fácilmente y de una forma poco costosa en banda base. Esto por ejemplo es lo que se hace para la TRANSMISION de voz en líneas de calidad telefónica.

El BER es la medida más habitual para determinar la cantidad de errores en toda línea de transmisión de datos, y se define como la probabilidad de que un bit se reciba erróneamente. También se denomina fracción de errores por bit. Este último término es más esclarecedor, ya que el término tasa se refiere típicamente a una cantidad que varía con el tiempo.

Desgraciadamente, la mayoría de los libros y documentos de normalización consideran a la “R” de BER como Rate (tasa).

Definiciones Básicas

tabla-definiciones

Datos digitales, señales digitales

No retorno a cero invertido (NRZI)
1 = nivel bajo

Bipolar-AMI
0 = no hay señal
1 = nivel positivo o negativo, alternante

Pseudoternario
0 = nivel positivo a negativo, alternante
1 = no hay señal

Manchester
0 = transición de alto a bajo en mitad del intervalo
1 = transición de bajo a alto en mitad del intervalo

Manchester diferencial
Siempre hay una transición en mitad del intervalo
0 = transición al principio del intervalo
1 = no hay transición al principio del intervalo

B8ZS
Igual que el bipolar-AMI, excepto que cualquier cadena de ceros se reemplaza por una cadena que tiene dos violaciones de código.

HDB3
Igual que el bipolar-AMI, excepto que cualquier cadena de cuatro ceros se reemplaza por una cadena que contiene una violación de código.

Datos digitales, señales analógicas

En la red telefónica se usan los modems para producir señales en el rango de frecuencias de voz, si bien, las mismas técnicas se pueden usar para modems a frecuencias más altas (por ejemplo microondas o ADSL). En esta sección se presentan estas técnicas y se proporciona una breve discusión de las prestaciones de las distintas posibles alternativas.
Se ha mencionado que la modulación involucra a uno o más de los parámetros característicos de la señal portadora: la amplitud, la frecuencia y la fase. Por consiguiente, como se muestra en la Figura 1-5, hay tres técnicas básicas de codificación o de modulación, que transforman los datos digitales en señales analógicas:

  • Desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitudes-Shift Keying).
  • Desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequency-Shift Keying).
  • Desplazamiento de fase (PSK, Phase-Shift Keying).

Fig 1-5. Modulación de datos digitales
Fig 1-5. Modulación de datos digitales

En todos los casos, la señal resultante ocupa un ancho de banda centrado en torno a la frecuencia de la portadora.

En ASK, los dos valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora. Es usual que una de las amplitudes sea cero; es decir, uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro mediante la ausencia de portadora.

ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de modulación bastante ineficaz. En líneas de calidad telefónica, ASK se usa típicamente a 1.200 bps como mucho. La técnica ASK se usa para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas. En los transmisores con LED, la expresión anterior sigue siendo válida. Es decir, un elemento de señal se representa mediante un pulso de luz, mientras que el otro elemento se representa mediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienen normalmente un valor de desplazamiento («bias») que hace que el dispositivo emita para el último caso una señal de baja intensidad. Este pequeño nivel se1rá uno de los elementos de señalización, mientras que el otro será un haz de luz de mayor amplitud.

En FSK, los dos valores binarios se representan mediante dos frecuencias diferentes próximas a la frecuencia de la portadora.

Se puede usar FSK en una  transmisión full-duplex en una  línea de calidad  telefónica. Dicha figura corresponde a  la  serie de modems Bell System 108. Recuérdese que una  línea de calidad telefónica deja aproximadamente pasar frecuencias en el rango de 300 a 3.400 Hz, FSK es menos sensible a errores que ASK. En líneas de calidad telefónica, se utiliza típicamente a velocidades de hasta 1.200 bps. También se usa frecuentemente en transmisión de radio a más altas frecuencias (desde 3 hasta 30 MHz). También se puede usar incluso a frecuencias superiores en redes de área local que utilicen cable coaxial.

Fig 1-6. Trasmision full duplex
Fig 1-6. Trasmisión full duplex

En PSK, la fase de la señal portadora se desplaza para representar con ello a los datos digitales. En la parte inferior de la Figura 1-5 se muestra un ejemplo de un sistema que utiliza dos fases. En este sistema, un 0 binario se representa mediante la transmisión de una señal con la misma fase que la fase de la señal anteriormente enviada.

Datos analógicos, señales digitales – Modulación de Pulsos

La modulación de pulsos  incluye muchos métodos diferentes para convertir  información analógica a  forma de pulsos para  transferir pulsos de una fuente a un destino. Los cuatro métodos predominantes son:

  • Modulación de ancho del pulso (PWM).
  • Modulación de posición del pulso (PPM).
  • Modulación de amplitud de pulsos (PAM).
  • Modulación de Pulsos codificados (PCM).

Los cuatro métodos, más comunes, de  la modulación de pulsos se resumen a continuación y se muestran en la figura 1-7.

PWM: Este método a veces se llama modulación de duración del pulso (PDM) o modulación de longitud del pulso (PLM) El ancho del pulso (porción activa del ciclo de trabajo) es proporcional a la amplitud de la señal analógica.

PPM: Varía la posición de un pulso de ancho constante, dentro de una ranura de tiempo prescrita, de acuerdo a la amplitud de la señal analógica.

PAM: Varía la amplitud de un pulso de posición constante y de ancho constante de acuerdo a la amplitud de la señal analógica.

PCM. La señal analógica se prueba y se convierte a una longitud fija, número binario serial para transmisión. El número binario varía de acuerdo a la amplitud de la señal analógica.

Fig 1-7. Modulación de pulsos: (a) señal analógica; (b) pulso de muestreo; (c) PWM, (d) PPM; (e) PAM; (f) PCM
Fig 1-7. Modulación de pulsos: (a) señal analógica; (b) pulso de muestreo; (c) PWM, (d) PPM; (e) PAM; (f) PCM

La MIC o PCM en inglés es un método para llevar información analógica en forma digital. La conversión de la señal analógica en una digital se basa en los principios de muestreo, cuantificación y codificación.
Los sistemas de transmisión PCM consisten de un transmisor, una línea de transmisión y un receptor. Para establecer un duplex cada sistema PCM requiere un transmisor/receptor en cada terminal y una línea de transmisión de 4 alambres entre ellos. La línea de transmisión se equipa con repetidores regenerativos, los cuales regeneran los bits entrantes.
Para aumentar la capacidad los sistemas PCM usan multiplex por división de tiempo (TDM) Como el código generado por cada muestra puede ser transmitido rápidamente, las muestras viniendo de diferentes fuentes pueden compartir un camino de transmisión común, usando diferentes intervalos de tiempo. De esta manera se forma un sistema PCM básico de 1er. orden.
El CCITT ha recomendado dos diferentes sistemas PCM de 1er. orden. El sugerido por la CEPT (usado en Argentina) de 32 ranuras de tiempo (time slots) de las cuales 30 son ranuras de tiempo de canal (llevan información), una es ranura de tiempo de señalización, y una es ranura de tiempo para sincronización y se lo conoce por sistema E1. El sugerido por ATT (usado en EE UU.) contiene 24 ranuras de tiempo y se lo conoce por T1.

Motivos de la transmisión MIC o PCM

Mencionaremos algunos motivos para usar PCM en la red telefónica.

• Calidad de transmisión casi independiente de la distancia. Las señales digitales pueden ser regeneradas en puntos intermedios.
• Multiplex por división de tiempo. El principio TDM permite un aumento en la capacidad de los pares ele un cable  los cuales originalmente  se usaban para un  solo canal telefónico por par.
• Economía para ciertos  enlaces. En ciertas aplicaciones la transmisión PCM ha mostrado ser competitiva con otros métodos de  transmisión. La longitud de los enlaces de transmisión debe estar en la región intermedia donde los enlaces por frecuencias de voz tienden a ser largos y los enlaces FDM tienden a ser cortos.

Fig 1-8.Costo versus distancia para transmisión de frecuencia de voz, P.C.M. y F.D.M.
Fig 1-8.Costo versus distancia para transmisión de frecuencia de voz, P.C.M. y F.D.M.

La  distancia óptima depende de varios factores tales como densidad de abonados telefónicos, topología del país, etc. La figura es típica para sistemas PCM de ler. orden.

•  Economía en combinación con la conmutación digital. Una alta proporción del costo en sistemas PCM está en el costo del terminal. La introducción de la conmutación digital reduce este costo desde que la conmutación  es  realizada directamente sobre el tren de bits digitales y ningún costo adicional de conversión  analógica/digital es necesario. Una combinación de transmisión y conmutación digital tenderá a bajar los costos.
•  Tecnología de circuitos integrados. Esto reduce los costos y aumenta la confiabilidad.
•  Integración de servicios. Como es un medio de transmisión digital un enlace PCM puede transmitir no sólo señales vocales sino también datos télex, información visual decodificada, etc.
•  Un canal PCM tiene una capacidad de 64 Kbit/seg lo cual es un poderoso canal de datos.
•  Nuevos medios de transmisión. Los medios de transmisión de banda ancha, tales como la guía de onda o la fibra óptica, son más convenientes para transmisión digital que analógica.

Datos analógicos, señales analógicas

MODULACIÓN DE AMPLITUD

Modulación de amplitud (AM) es el proceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal modulante (información) Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por un antena y propagarse por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de modulación que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. La radiodifusión comercial de televisión se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF) Los canales de la banda baja de VHF son entre 2 y 6 (54 a 88 MHz), los canales de banda alta de VHF son entre 7 y 13 (174 a 216 MHz) y los canales de UHF son entre 14 a 83 (470 a 890 MHz). La modulación de amplitud también se usa para las comunicaciones de radio móvil de dos sentidos tal como una radio de banda civil (CB) (26.965 a 27.405 MHz)

Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada de información: una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia única, y una señal de información. La  información actúa “sobre” o “modula” la portadora y puede ser una forma de onda de frecuencia simple o compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de una o más fuentes.
Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama señal modulante. La resultante se llama onda modulada o señal modulada.

Introduccion a las Telecomunicaciones 1/3

Introduccion a las Telecomunicaciones 2/3

Introduccion a las Telecomunicaciones 3/3

3 thoughts on “Introduccion a las Telecomunicaciones 3/3”

  1. Pingback: Bitacoras.com

Comments are closed.