Pcm. Evaluativa1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 299009 – TELEFONÍA

ANEXO No. A

PRINCIPIOS GENERALES DE MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN

A.1. Traslación de Frecuencia A.2. Modulación

A.3. Modulación de Amplitud A.4. Bandas laterales

A.5. Modulación de frecuencia A.6. Conceptos Generales Sobre MIC (PCM)

A.7. Codificación A.8. Multiplexación

A.9. Ventajas y desventajas de los sistemas MIC

A.1 TRASLACION DE FRECUENCIA

La traslación del espectro en la frecuencia o mezcla consiste en la

multiplicación de la señal en banda base por una señal SENO o COSENO.

Aplicable tanto en el transmisor (modulador) como en recepción (demodulador

coherente).

La modulación lineal es principalmente una traslación de frecuencia directa del

espectro del mensaje. La demodulación o detección, es el proceso en el

receptor por medio del cual se recupera el mensaje de la onda modulada. Por

lo que para la modulación lineal en general, el proceso de detección o

demodulación es en forma básica uno de los casos de traslación de frecuencia

a valores menores.

En una traslación de frecuencia se puede ver que si los espectros se desplazan

hacia abajo en frecuencia en fc unidades (hacia arriba en fc unidades para las

componentes de frecuencia negativa), se reproduce el espectro del mensaje

original, más una posible componente de CD correspondiente a la portadora

trasladada.

La traslación de frecuencia, o conversión, se emplea también para desplazar

una señal modulada a otra nueva frecuencia portadora (arriba o abajo) para

amplificación o para algún otro procesamiento. Así, la traslación es una

operación fundamental de los sistemas de modulación lineal e incluye la

modulación y la detección como casos especiales. Para examinar la detección

se debe analizar inicialmente el proceso general de la conversión de frecuencia.

Conversión de frecuencia


La conversión se efectúa, al menos en forma analítica, al multiplicar por una

sinusoide. Considérese, por ejemplo, la onda de DSB x(t) cos ω1t.

Multiplicando por cos ω2t se obtiene:

El producto está compuesto de las frecuencias suma y diferencia, f1 + f2 y

|f1 – f2| cada una modulada por x(t). Suponiendo que f1 ≠ f2, la

multiplicación ha trasladado el espectro de la señal a dos nuevas frecuencias

portadoras. Con un filtraje apropiado, la señal se convierte a un valor mayor o

a uno menor en frecuencia. Los dispositivos que realizan esta operación se

denominan convertidores de frecuencia o mezcladores. La operación en si se

designa como heterodinación o mezcla.

Corrimiento de Espectro (Desplazamiento de Frecuencia)

En radiocomunicaciones es muy habitual la necesidad de modificar la

frecuencia portadora, como también sus consecuentes bandas laterales. Para

efectuar este proceso se utilizan técnicas semejantes a las descritas

anteriormente. Las señales moduladas se alimentan en la entrada "x" del

multiplicador. Se conecta un oscilador (oscilador local) en la entrada "y", a este

oscilador se lo ajusta en una frecuencia tal, que restada o sumada a la

portadora modulada, dé la frecuencia deseada. Este es el procedimiento

universalmente utilizado para obtener la frecuencia Intermedia en los

receptores.

Muchas veces en la practica los moduladores y demoduladores no solo

emplean señales seno, también es posible emplear señales periódicas como

las cuadradas. Además de la componente deseada (en ωc), aparecen términos

en otras frecuencias (armónicos) que es necesario eliminar antes de transmitir.

Se emplea un filtro Pasa Baja sintonizado (centrado) en ωc en el transmisor.

En recepción el esquema no varía.

A.2 MODULACION

En un sistema de comunicaciones electrónico se transfiere información de un

punto a otro usando circuitos electrónicos para la transmisión, recepción y

procesamiento de la información. La información de la fuente puede ser

analógica (continua) como la voz humana o digital (discreta) como números

binarios.


Figura A.1. Sistema de comunicaciones electrónico.

El transmisor acondiciona la señal mediante dispositivos electrónicos de

manera que pueda ser transmitida en el medio de transmisión elegido. El

transmisor tiene a su cargo la modulación de la señal.

La modulación es el proceso por el cual se modifica un parámetro o

una propiedad de cualquier señal (llamada portadora), y esta variación

es proporcional a la información original. A la portadora se le pueden

modificar su amplitud (AM), frecuencia (FM) o fase (PM).

El medio de transmisión transporta las señales moduladas del transmisor al

receptor. El receptor contiene los dispositivos electrónicos o circuitos que

captan la señal del medio de transmisión, la demodula para recuperar su

forma original y finalmente la manda al destino.

Cuando hablamos de modulación se hace referencia al conjunto de técnicas

para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda

sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de

comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea,

protegiéndola de posibles interferencias y ruidos. El objetivo de modular una

señal es tener control sobre la misma.


Figura A.2. Ejemplo de modulación.

Se puede observar que la señal portadora es modificada basándose en la

amplitud de la señal moduladora y la señal resultante es la que se muestra en

el lado derecho.

Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos

de modulación:

1. Modulación de amplitud (AM)

2. Modulación de fase (PM)

3. Modulación de frecuencia (FM)

Figura A.3. Amplitud y frecuencia.


A.3 MODULACION DE AMPLITUD (AM)

Este tipo de modulación no lineal consiste en hacer variar la amplitud de la

onda portadora de frecuencia relativamente alta, en proporción a las

variaciones de nivel de la señal moduladora, es decir la información a

transmitir.

Es el modo más antiguo de transmisión de voz y el estándar usado entre las

emisoras de radio en Onda Larga, Media y Corta. Como su nombre lo indica

este método de modulación utiliza la amplitud de onda para "transportar" el

audio. Como muestra la figura, la señal generada por el transmisor (portadora)

es mezclada con la señal de audio que se desea emitir haciendo variar la

amplitud de las ondas de la portadora (eje vertical de la grafica) mientras la

frecuencia de ciclos se mantiene constante (eje horizontal).

Figura A.4. Modulación AM

Los moduladores de AM son dispositivos no lineales, con dos entradas y una

salida. Una entrada es una señal portadora de alta frecuencia y amplitud


constante, y la segunda esta formada por señales de información, de

frecuencia relativamente baja, que puede tener una sola frecuencia, o ser una

forma compleja de onda, formada a su vez por muchas frecuencias. Las

frecuencias que son lo suficientemente altas como para irradiarse en forma

eficiente de una antena, y propagarse por el espacio libre se suelen llamar

radiofrecuencias, o simplemente RF. En el modulador, la información actúa

sobre, o modula, la portadora de RF y produce una forma modulada de onda.

La señal de información puede tener una sola frecuencia, o con más

probabilidad, puede consistir en un intervalo de frecuencias. Por ejemplo, en

un sistema normal de comunicaciones de voz se usa un intervalo de

frecuencias de información de 300 a 3000 Hz. A la forma de onda modulada

de salida de un modulador de AM se le llama con frecuencia envolvente de AM.

Espectro de frecuencias y ancho de banda en AM

Un modulador AM al ser un dispositivo no lineal presenta una onda compleja

formada por un voltaje dc, la frecuencia de la portadora y la suma (fc + fm) y

la diferencia (fc – fm) de las frecuencias, es decir los productos cruzados. Estas

frecuencias de suma y diferencia están desplazadas respecto a la frecuencia de

la portadora una cantidad igual a la frecuencia de la señal moduladora. Por

tanto un espectro de señal AM contiene los componentes de frecuencia

apartados fm Hz a ambos lados de la portadora. Sin embargo la onda

modulada no contiene un componente de frecuencia igual a la de la señal

moduladora.

El objetivo de la modulación es trasladar la señal moduladora en el dominio de

la frecuencia, de modo que se refleje simétricamente respecto a la frecuencia

de la portadora

Figura A.5. Espectro de frecuencias


Por consiguiente el ancho de banda (B) de una onda de DSBFC6 de AM es igual

a la diferencia entre la frecuencia máxima de lado superior y la mínima del

lado inferior, o también, igual a dos veces la frecuencia máxima de la señal

modulante, es decir:

B = 2 fm(máx.)

Al considerar la señal moduladora como:

Y la señal portadora como:

La ecuación de la señal modulada en AM es la siguiente:

En donde:

y(t) = Señal modulada

Xn (t) = Señal moduladora normalizada con respecto a su amplitud ys(t)/As

m = Índice de modulación, suele ser menor que la unidad As/Ap7.

El índice de modulación describe la cantidad de cambio de amplitud

(modulación) que hay en una forma de onda de AM. Este coeficiente se puede

expresar de igual manera como porcentaje de modulación e indica el cambio

porcentual de amplitud de la onda de salida cuando sobre la portadora actúa

una señal moduladora.

A.4 BANDAS LATERALES

Las bandas laterales son componentes espectrales, que son resultado de

modulación de amplitud o de frecuencia. Llamamos espectro a una

representación gráfica discreta de una señal, donde se indican con barras o

líneas, la amplitud del pico de cada componente y su posición en el eje de las

abscisas (X), revela la frecuencia.

6 Aunque hay varias clases de modulación de amplitud, la que se usa con más frecuencia es la AM de

portadora de máxima potencia y doble banda lateral (DSBFC, por doublesideband full carrier). 7 Coeficiente de modulación igual a As/Ap. (As = cambio máximo de amplitud de la forma de onda de voltaje

de salida (volts). Ap = Amplitud máxima del voltaje de la portadora no modulada (volts)).


En una señal modulada en amplitud, se observan tres términos. El primero de

ellos corresponde a una señal cuya frecuencia es la de la portadora, mientras

que el segundo corresponde a una señal cuya frecuencia es diferencia entre

portadora y moduladora y el tercero a una frecuencia suma de las frecuencias

de la portadora y moduladora. Todo este conjunto da lugar a un espectro de

frecuencias de las siguientes características.

figura A.6 Bandas laterales

Donde:

fp - fm: frecuencia lateral inferior

fp + fm: frecuencia lateral superior

Debido a que en general una señal analógica moduladora no es senoidal pura,

sino que tiene una forma cualquiera, a la misma la podemos desarrollar en

serie de Fourier y ello da lugar a que dicha señal esté compuesta por la suma

de señales de diferentes frecuencias. De acuerdo a ello, al modular no

tendremos dos frecuencias laterales, sino que tendremos dos conjuntos a los

que se denomina banda lateral inferior y banda lateral superior.

Como la información está contenida en la señal moduladora, se observa que en

la transmisión dicha información se encontrará contenida en las bandas

laterales, ello hace que sea necesario determinado ancho de banda para la

transmisión de la información.

Las bandas laterales realmente existen, no son solo un argumento

matemático, pueden ser filtradas y separadas. En al caso de AM hay dos

bandas laterales que se posicionan simétricas respecto de la ubicación original

de la portadora. Si se conoce el rango de frecuencias modulantes, es posible

predecir el margen de frecuencias que han de ocupar las bandas laterales;


estos 3 elementos: la señal portadora y 2 "bandas laterales" que contienen la

información también son conocidos como "BLD - Banda Lateral Doble".

Ejemplo: si la frecuencia modulante puede variar entre 50 Hz y 4 KHz, las

frecuencias caerán, en el lado inferior, entre 6 KHz y 9,95 KHz. Mientras que

del lado superior las frecuencias decaerán entre 10,05 KHz y 14 KHz.

La distancia en frecuencias de las bandas laterales es igual a la frecuencia

moduladora.

La modulación en BLU (banda lateral única) consiste en la supresión de la

portadora y una de las bandas laterales con lo cual se transmite solo una

banda lateral conteniendo toda la información. Una vez captada la señal BLU

en el receptor, éste reinserta la portadora para poder demodular la señal y

transformarla en audio de nuevo.

La ventaja de este sistema sobre la AM es su menor ancho de banda

requerido; ya que una señal de AM transporta 2 bandas laterales y el BLU solo

una, por ejemplo una señal que en AM requiere 10kHz de ancho en BLU

necesitara de más o menos 5kHz. Además, al no requerir portadora, toda la

potencia de transmisión se puede aplicar a una sola banda lateral, lo cual a

hecho de este sistema el más popular entre los radioaficionados (los cuales

tienen licencias que limitan la potencia de transmisión de sus equipos) y

servicios utilitarios de onda corta.

Hay que aclarar que existen variantes de este modo de transmisión según las

bandas que se supriman:

1. USB-Banda Lateral Superior: cuando es suprimida la portadora y la

banda lateral inferior.

2. LSB-Banda Lateral Inferior: cuando es suprimida la portadora y la banda

lateral superior.

3. Banda Lateral con portadora suprimida: cuando solo se suprime la

portadora.

A.5 MODULACION EN FRECUENCIA (FM)

La modulación en frecuencia consiste en variar la frecuencia de la portadora

proporcionalmente a la frecuencia de la onda moduladora (información),

manteniendo constante su amplitud. A diferencia de la AM, la modulación en

frecuencia (Frequency Modulation) crea un conjunto de complejas bandas

laterales cuya profundidad (extensión) dependerá de la amplitud de la onda

moduladora. Como consecuencia del incremento de las bandas laterales, la


anchura del canal de la FM será más grande que el tradicional de la onda

media, siendo también mayor la anchura de banda de sintonización de los

aparatos receptores. La principal consecuencia de la modulación en frecuencia

es una mayor calidad de reproducción como resultado de su casi inmunidad

hacia las interferencias eléctricas. En consecuencia, es un sistema adecuado

para la emisión de programas (audio) de alta fidelidad.

La modulación en frecuencia (FM) y en fase (PM), son ambas formas de la

modulación angular. Existen varias ventajas en utilizar la modulación angular

en vez de la modulación en amplitud, tal como la reducción de ruido, la

fidelidad mejorada del sistema y el uso más eficiente de la potencia. Sin

embargo, FM y PM, tienen varias desventajas importantes, las cuales incluyen

requerir un ancho de banda extendida y circuitos más complejos, tanto en el

transmisor, como en el receptor.

Figura A.7. Modulación en FM

Ancho de banda en FM


El ancho de banda de una señal FM es igual a diez veces el ancho de banda de

la señal modulada y como los anchos de banda AM, cubren un rango centrado

alrededor de la frecuencia de la portadora.

El ancho de banda total necesario para FM se puede determinar a partir del

ancho de banda de una señal de audio:

BW t = 10 x BWm

El ancho de banda de una señal de audio (voz y música) en estéreo es casi

15kHz. Cada estación de radio FM necesita, por tanto, un ancho de banda

mínimo de 150 KHz

Representación Matemática

La expresión matemática de la señal portadora, está dada por:

Vp(t) = Vp sen(2π fp t)

Donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal

portadora.

Mientras que la expresión matemática de la señal moduladora está dada por:

Vm(t) = Vm sen(2π fm t)

Siendo Vm el valor pico de la señal moduladora y fm su frecuencia.

De acuerdo a lo dicho anteriormente, la frecuencia f de la señal modulada

variará alrededor de la frecuencia de la señal portadora de acuerdo a la

siguiente expresión

f = fp + Δf sen(2 π fm t)

por lo tanto la expresión matemática de la señal modulada resulta

Vp(t) = Vp sen[2π (fp + Δf sen(2 π fm t) ) t]

Δf se denomina desviación de frecuencia y es el máximo cambio de frecuencia

que puede experimentar la frecuencia de la señal portadora. A la variación

total de frecuencia desde la más baja hasta la más alta, se la conoce como

oscilación de portadora.

De esta forma, una señal moduladora que tiene picos positivos y negativos, tal

como una señal senoidal pura, provocara una oscilación de portadora igual a 2

veces la desviación de frecuencia.


Una señal modulada en frecuencia puede expresarse mediante la siguiente

expresión

Se denomina índice de modulación a

Se denomina porcentaje de modulación a la razón entre la desviación de

frecuencia efectiva respecto de la desviación de frecuencia máxima permisible.

Al analizar el espectro de frecuencias de una señal modulada en frecuencia,

observamos que se tienen infinitas frecuencias laterales, espaciadas en fm,

alrededor de la frecuencia de la señal portadora fp; sin embargo la mayor

parte de las frecuencias laterales tienen poca amplitud, lo que indica que no

contienen cantidades significativas de potencia.

Figura A.8. Espectro de una señal de FM

Por ejemplo el espectro de de la señal FM que se ilustra en la figura anterior

indica que la señal modulante Acosωmt genera bandas laterales localizadas en

(ωc ± ωm), (ωc ± 2ωm), (ωc ± 3ωm), etc. En consecuencia se concluye que

la señal de FM de banda ancha contiene un número infinito de componente y

por tanto su ancho de banda es infinito. Sin embargo, las magnitudes de las

componentes de mayor frecuencia son sumamente pequeñas como para ser

despreciables, de modo que en la práctica existe un número finito de bandas


laterales significativas, es decir, la potencia esta contenida en un ancho de

banda finito.

A.6 COCEPTOS GENERALES SOBRE MIC (PCM)

La Modulación por Impulsos Codificados es un procedimiento de modulación

utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits. En

los aparatos telefónicos habituales, las ondas sonoras procedentes de la voz

humana se transforman en una corriente eléctrica cuyas fluctuaciones siguen

fielmente las fluctuaciones de la voz transmitida.

Esta señal eléctrica por ser análoga a la onda sonora original, se denomina

señal analógica y es una función continua en el tiempo. A diferencia de la

señal analógica, la señal numérica solo puede tomar ciertos valores discretos,

por ejemplo, el valor "1" y el valor "0". A este tipo de señal numérica, que solo

puede tomar dos valores, se le llama señal numérica binaria y es la que

utilizan los sistemas MIC. La señal numérica no es, por tanto, una función

continua del tiempo.

Es necesario por tanto un procedimiento que permita convertir las señales

analógicas en numéricas antes de enviarlas al terminal distante, y una vez allí

convertir las señales numéricas en analógicas para recuperar la información

transmitida.

La modulación por impulsos codificados (Pulse Code Modulation), es un

procedimiento que permite convertir una señal analógica en señal numérica, y

viceversa. Esta conversión se basa en tres grandes principios:

1. Muestreo

2. Cuantificación

3. Codificación

Muestreo

Muestreo es el proceso mediante el cual se transforma una señal analógica en

una serie de impulsos de distinta amplitud, llamadas muestras.

De acuerdo con la teoría de la información, si se quiere enviar una señal de

frecuencia f de un punto a otro, no es necesario transmitir la señal completa.

Es suficiente transmitir muestras (trozos) de la señal tomadas, por lo menos, a

una velocidad doble (2f) de la frecuencia de la señal. Esto es lo que se conoce

con el nombre de teorema del muestreo.

Así, por ejemplo, para transmitir una frecuencia de 4 kHz, es suficiente con

tomar muestras a una velocidad de 8 kHz, o más elevada.


En estas condiciones, en el terminal distante se puede reconstruir, con

suficiente aproximación, la señal original a partir de las muestras.

Figura A.9 Muestreo

Cuantificación

Las muestras obtenidas a partir de la señal original no se envían directamente

a la línea, como podría, ya que poseen muy poca inmunidad al ruido.

Estas muestras tienen un rango de amplitudes que varia de forma continua.

Como no se puede pensar en transmitir las infinitas amplitudes distintas que se

pueden presentar, lo que se hace es dividir este rango continuo de amplitudes,

en un número limitado de intervalos, llamados intervalos de cuantificación, de

forma que a todas las muestras cuya amplitud cae dentro de un mismo

intervalo, se le asigna el mismo valor.

En la cuantificación se introduce un error en la amplitud de las muestras ya

que se sustituye su amplitud real por una aproximada. A este error se le llama

error de cuantificación.

La cuantificación es uniforme cuando los niveles de cuantificación están

espaciados uniformemente, En algunas aplicaciones de telefonía y procesado

de imágenes, es conveniente cuantificar los valores pequeños de señal con

niveles menores, es decir de manera más fina que los valores altos.

El empleo de un cuantificador uniforme equivale a pasar la señal en banda

base por un compresor y luego aplicar la señal comprimida a un cuantificador

uniforme. Hay dos métodos de cuantificación no uniforme, uno designado

como ley μ y otro como ley A. La cuantificación de acuerdo a la ley μ sigue la

regla siguiente:


Donde m y v son los voltajes normalizados de entrada y salida y μ es una

constante positiva. Si μ = 0, la cuantificación es uniforme. La cuantificación de

acuerdo a la ley μ es aproximadamente lineal para niveles pequeños de la

señal de entrada, que corresponden a μ|m| << 1 y, aproximadamente

logarítmica para niveles grandes de la señal de entrada cuando μ|m| >> 1.

Por otra parte, la ley A está definida como:

En este caso la cuantificación uniforme se tiene cuando A = 1. Con el empleo

de compresión no uniforme se consigue mejorar la relación señal a ruido a

niveles bajos de señal, a expensas de la relación señal a ruido para señales

grandes.

Codificación

Una vez cuantificadas las muestras, se codifican según un código determinado.

El código utilizado en los sistemas MIC es el código binario simétrico. Mediante

este código se representa la amplitud de cada muestra cuantificada mediante

un número binario, en el que el primer bitio indica el signo de la muestra. Si la

muestra es positiva, el primer bitio es un "1" y si la muestra es negativa, el

primer bitio es un "0". El resto de los bitios binarios nos dan el valor absoluto

de la amplitud de la muestra.

Lógicamente, cuando la señal numérica llega al terminal distante, ha de ser

sometida a los procesos inversos a los efectuados en el lado emisor. Estos

procesos son: decodificación, reconstrucción de las muestras y obtención de la

señal analógica a partir de estas últimas.

A.7 CODIFICACION


La información para poder ser transportada por determinado medio de

comunicación debe sufrir un proceso de transformación. La señal debe ser

manipulada, introduciéndole cambios identificables que puedan ser reconocidos

en el emisor y el receptor como representativos de la información transmitida.

Primero la información debe ser traducida a patrones acordados de ceros y

unos; existen varios tipos de conversión:

1. Conversión digital a digital o codificación de los datos digitales dentro de

una señal digital.

2. Conversión analógica a digital o digitalización de una señal analógica.

(Este proceso es utilizado para convertir la voz en una conversación

telefónica en una señal digital, el motivo reducir el efecto del ruido,

entre otras razones).

3. Conversión digital a analógica o modulación de una señal digital. (Este

proceso se emplea cuando se requiere enviar una señal digital desde

una computadora a través de un medio diseñado para transmitir

señales analógicas. Por ejemplo, para enviar datos de un lugar a otro

utilizando la red publica de telefonía)

4. Conversión de analógica a analógica o modulación de una señal

analógica.

Conversión digital a digital

La codificación digital a digital, es la representación de la información digital

mediante una señal digital. En este tipo de codificación, los unos y ceros

binarios generados por una computadora se traducen a una secuencia de

pulsos de voltaje que se pueden propagar por un cable.

Entre los mecanismos usados para este tipo de codificación, los más útiles se

agrupan en tres grandes categorías: unipolar, polar y bipolar.

1. La codificación unipolar se denomina así porque usa únicamente una

polaridad. Esta polaridad se asigna a uno de los dos estados binarios,

habitualmente el 1. El otro estado, habitualmente el 0, se representa

por el voltaje 0.

2. La codificación polar usa dos niveles de voltaje: uno positivo y otro

negativo. Gracias al uso de los dos niveles, en la mayoría de los

métodos de codificación polar se reduce el nivel de voltaje medio de la

línea y se alivia el problema de la componente DC (corriente continua

con frecuencia cero), existente en la codificación unipolar.

3. La codificación bipolar, usa tres niveles de voltaje: positivo, negativo y

cero. El nivel cero se usa en la codificación bipolar para representar el 0


binario. Los unos se representan alternando voltajes positivos y

negativos. Si el primer bit se representa con una amplitud positiva, el

segundo se representara con una amplitud negativa, el tercero con una

amplitud positiva, etc. Esta alternancia ocurre incluso cuando los bits

uno no son consecutivos.

Conversión de análogo a digital

Existen varios métodos para efectuar la conversión de análogo a digital:

Figura A.10 Conversión de análogo a digital

Modulación por amplitud de pulsos (PAM)

Esta técnica toma una señal analógica, la muestrea y genera una serie de

pulsos basados en los resultados del muestreo. El termino muestreo significa

medir la amplitud de la señal en intervalos iguales.

Modulación por codificación en pulsos (PCM)

PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente

digital. Para hacerlo, PCM cuantifica primero los pulsos PAM. La cuantificación

es el método para asignar valores integrales dentro de un rango específico de

instancias muestreadas. La PCM esta realmente compuesta por cuatro

procesos distintos: PAM, cuantificación, cuantificación binaria y codificación

digital a digital.

Conversión de digital a analógico

Proceso utilizado por ejemplo cuando se transmiten datos de una computadora

a través de una red telefónica, los datos originales son digitales, pero debido a

que los cables telefónicos transportan señales analógicas, es necesario

convertir dichos datos. Dos términos que se usan frecuentemente en la

transmisión de datos son la tasa de bits y la tasa de baudios, la tasa de bits es

el número de bits transmitidos durante un segundo. La tasa de baudios indica

el número de unidades de señal por segundo necesarias para representar estos

bits.


Figura A.11 Conversión digital a analógico

Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)

En la ASK, la potencia de la señal portadora se cambia para representar el 0 o

el 1 binario. Tanto la frecuencia como la fase permanecen constantes mientras

que la amplitud cambia. La forma más simple y común de ASK funciona como

un interruptor que apaga/enciende la portadora, de tal forma que la presencia

de portadora indica un 1 binario y su ausencia un 0. Este tipo de modulación

por desplazamiento on-off es el utilizado para la transmisión de código Morse

por radiofrecuencia, siendo conocido el método como operación en onda

continua.

Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)

En la FSK (Frequency Shift Keying), la frecuencia de la señal portadora cambia

para representar el 1 y el 0 binario. La frecuencia de la señal durante la

duración del bit es constante y su valor depende de un bit (0 o 1): tanto la

amplitud de pico como la de base permanecen constantes. FSK evita la mayor

parte de los problemas de ruido de ASK. Debido a que el dispositivo receptor

esta buscando cambios específicos de frecuencia en un cierto numero de

periodos, puede ignorar los picos de voltaje. Los factores que limitan la FSK

son las capacidades físicas de la portadora.

Modulación por desplazamiento de fase (PSK)

En la PSK (Phase Shift Keying), la fase de la portadora cambia para

representar el 0 o el 1 binario. Tanto la amplitud de pico como la frecuencia

permanecen constantes mientras la fase cambia. Es una forma de modulación

angular consistente en hacer variar la fase de la portadora entre un número de

valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es

que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal


moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto,

con un número de estados limitado.

Modulación en amplitud en cuadratura (QAM)

La Modulación de amplitud en cuadratura significa combinar ASK y PSK de tal

forma que haya un contraste máximo entre cada bit, dibit, tribit8, etc. Al estar

PSK limitado por la habilidad de los equipos de distinguir pequeñas diferencias

en fase, limita su tasa de bits potencial. Generalmente se altera una de las tres

características de una onda seno cada vez, pero si se alteraran dos y se

combinaran ASK y PSK se podrían tener x variaciones en fase e y variaciones

en amplitud, dando x veces y posibles variaciones y el numero

correspondiente de bits por variación. Esto es lo que justamente hace la

Modulación en amplitud en cuadratura.

Las variaciones posibles de QAM son numerosas. Teóricamente cualquier valor

medible de cambios en amplitud se puede combinar con cualquier valor de

cambios en fase. Debido a que los cambios de amplitud son susceptibles al

ruido y requieren diferencias en el desplazamiento de los que necesitan los

cambios en fase, el número de desplazamientos en fase usados en un sistema

QAM es siempre mayor que el número de desplazamientos en amplitud.

Conversión de analógico a analógico

La conversión de analógico a analógico es la representación de información

analógica mediante una señal analógica. La modulación analógica a analógico

se puede conseguir de tres formas: modulación en amplitud (AM), modulación

en frecuencia (FM) y modulación en fase (PM).

Modulación en fase (PM)

Debido a los requisitos de hardware más sencillos, la modulación en fase (PM,

Phase Modulation) se usa en algunos sistemas como alternativa a la

modulación en frecuencia. En la transmisión PM, la fase de la señal portadora

se modula para seguir los cambios de voltaje (amplitud) de la señal modulada.

La amplitud pico y la frecuencia de la señal portadora permanecen constantes,

pero a medida que la señal de información cambia, la fase de la portadora

cambia de forma correspondiente. Los análisis y el resultado final (Señal

modulada) son similares a los de modulación en frecuencia.

A.8 MULTIPLEXACION

8 El par de bits representados por cada fase se denomina dibit, con 8 fases distintas, dada desplazamiento

puede representar 3 bits es decir un tribit al mismo tiempo.


La multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en

un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. En

otras palabras es el conjunto de técnicas que permite la transmisión

simultánea de múltiples señales a través de un único enlace de datos.

Figura A.12 Multiplexación

La figura anterior muestra un sistema multiplexado, en donde n dispositivos

comparten la capacidad de un enlace; los dispositivos de la izquierda envían

sus flujos de transmisión a un multiplexor, que los combina en un único flujo.

En el extremo receptor, el flujo se introduce en un demultiplexor que separa el

flujo en sus transmisiones componentes y los dirige a sus correspondientes

dispositivos receptores.

Métodos de multiplexación:

1. la Multiplexación por división de tiempo o TDM (Time división

multiplexing );

2. la Multiplexación por división de frecuencia o FDM (Frequency-division

multiplexing);

3. la Multiplexación por división de onda WDM (Wave division

multiplexing).

Multiplicación por división de frecuencia (FDM)

Es una técnica analógica que se puede aplicar cuando el ancho de banda de un

enlace es mayor que los anchos de banda combinados de las señales a

transmitir. En FDM las señales generadas por cada dispositivo emisor se

modulan usando distintas frecuencias portadoras. A continuación estas

señales moduladas se combinan en una única señal compuesta que será

transportada por el enlace. Las frecuencias portadoras estas separadas por

un ancho de banda suficiente como para acomodar la señal modulada. Estos

rangos del ancho de banda son los canales a través de los que viajan las

distintas señales.


Multiplexación por división de onda (WDM)

Es conceptualmente la misma que FDM, exceptuando que la multiplexación y la

demultiplexacion involucran señales luminosas transmitidas a través de

canales de fibra óptica. La idea es la misma: se combinan distintas señales

sobre frecuencias diferentes. Sin embargo la diferencia, es que las frecuencias

son muy altas.

Multiplexación por división del tiempo (TDM)

Es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de

datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos necesaria requerida por

los dispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones

pueden ocupar un único enlace subdividiéndole y entrelazando las porciones.

La TDM se puede implementar de dos formas: TDM síncrona y TDM asíncrona.

La TDM síncrona significa que el multiplexor asigna siempre exactamente la

misma ranura de tiempo a cada dispositivo, tanto si el dispositivo tiene algo

que transmitir como si no. La TDM asíncrona permite multiplexar un cierto

número de líneas de entradas de baja velocidad sobre una única línea de alta

velocidad y a diferencia de la anterior la velocidad total de las líneas de

entrada puede ser mayor que la capacidad de la pista. La TDM asíncrona

soporta el mismo número de líneas de entrada que la síncrona con una

capacidad de enlace más pequeña.

A.9 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS MIC

Las ventajas de la utilización de los sistemas MIC, se basa en las siguientes

especificaciones:

1. La calidad de transmisión de los sistemas MIC es casi independiente de

la distancia, debido a que una de las características de las señales

numéricas es su elevada inmunidad a los ruidos y a la interferencia en el

canal de comunicaciones. En los sistemas MIC la señal que se trasmite

a línea es una sucesión de "1" y "0" con lo cual los repetidores

intermedios solo tiene que reconocer y decidir si hay impulso ("1") o no

("0").

2. Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo de la trayectoria

de transmisión. Después de reconocer el impulso, el repetidor envía a

línea una secuencia nueva, idéntica a la transmitida por el terminal. Por

eso a estos repetidores se les llama repetidores regenerativos o

regeneradores, ya que, "regeneran" totalmente la señal deformada que

reciben.


3. Inicialmente los enlaces entre centrales se cubrían únicamente con

circuitos de BF (baja frecuencia) a 2H (dos hilos), debido a que el costo

de los terminales MDF9 es elevado y resultan poco rentables en rutas

cortas. La introducción de los sistemas MIC, muestran el empleo de

terminales más económicos permitiéndoles competir con la transmisión

de BF en cable, para rutas cortas; y resisten mejor las perturbaciones

de diafonías y ruidos características de los pares de enlace de los

sistemas MDF.

4. 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.

5. Facilidad de encriptar la información para su transmisión segura.

En cuanto a las desventajas se tiene:

1. Aunque los circuitos lógicos y los equipos terminales MIC son mas

económicos que los circuitos analógicos, y las terminales MDF, esta

ventaja solo se aprecia en distancias cortas. Por el contrario, las líneas

de transmisión numéricas son generalmente más caras que las líneas

analógicas, para capacidades elevadas (gran número de canales) y

grandes distancias. De esta manera la técnica numérica es más

ventajosa, económicamente, para las pequeñas y medias distancias y

para pequeñas y medias capacidades. Por el contrario, la técnica

analógica es más económica para grandes distancias y elevada

capacidad.

2. Otra desventaja se relaciona con la 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.

9 Sistemas multicanales en alta frecuencia o sistemas MDF (Multiplexado por división de frecuencia).

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Pcm. Evaluativa1