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Transmisiones digitales

En los sistemas digitales, la señal que transporta la información se digitaliza previamente a ser transmitida.

Los sistemas digitales utilizan una lógica binaria, representando la información por medio de bits. El bit (Binary digiT) es la unidad básica en el sistema binario, y puede tomar dos valores discretos: ‘0’ y ‘1’. Utilizando un número determinado de bits podremos representar una cantidad de información.

"Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no puede interpretar señales analógicas, ya que sólo utiliza señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo que se denomina proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a digitales.

Digitalización por muestreado de una señal analógica.

- Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).

- Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1)."

FUENTE: http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital


El proceso de transformación de una señal analógica (por ejemplo, la voz) en una señal digital se denomina digitalización, y a su vez consiste en otros dos procesos, como puede observarse en la figura 2.1:

  • Muestreo. Conforme la señal analógica progresa en el tiempo, se toman muestras de la misma a intervalos repetitivos equiespaciados, es decir, a una frecuencia de muestreo fija. Obviamente, cuantas más muestras se tomen por unidad de tiempo, con mayor fidelidad la señal digital representará a la señal analógica original.

  • Cuantificación. Cada valor que se toma de la señal analógica original en el proceso de muestreo, ha de representarse en un conjunto discreto de valores que puedan ser identificados con bits. Del mismo modo, cuantos más niveles de cuantificación tengamos, mayor fidelidad tendrá la representación de la señal analógica en el plano digital y mayor número de bits serán necesarios.


 Proceso de digitalización http://www2.udec.cl/~lsalazarv/digitalizacion.html)

Como resultado de la digitalización, nuestra señal analógica será transformada en una señal digital cuyos valores podemos representar con un conjunto de bits, que utilizaremos para realizar una modulación digital.


http://es.wikipedia.org/wiki/Conversi%C3%B3n_anal%C3%B3gica-digital


Modulaciones digitales

Una vez que disponemos de la señal digitalizada, la utilizaremos para modular una portadora y de esta forma ser transmitida a través del canal. Los esquemas de modulación digital pueden llegar a ser bastante complejos, aunque básicamente se agrupan en:

  • ASK (Amplitude Shift Keying). La portadora se modula en valores discretos de amplitud. Al igual que en el caso de la AM analógica, este tipo de modulación es muy sensible a los desvanecimientos originados en el canal.

  • FSK. La modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK —del inglés Frequency Shift Keying— es una técnica de modulación para la transmisión digital de información utilizando dos o más frecuencias diferentes para cada símbolo. Existen varias portadoras con valores discretos de frecuencia. Esta modulación es más robusta frente al ruido que la ASK, y se usa por ejemplo en la transmisión de datos por radiopaquete. En el caso de que existan dos posibles frecuencias para transmitir la señal, hablamos de BFSK (Binary Frequency Shift Keying), como se muestra en la siguiente figura. frequency shift keying - fsk

    En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps).

    A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate. En esencia el baud-rate es la velocidad o cantidad de símbolos por segundo.

    En FSK, el bit rate = baud rate. Así, por ejemplo, un 0 binario se puede representar con una frecuencia f1, y el 1 binario se representa con una frecuencia distinta f2.


 Modulación digital FSK de dos niveles (FUENTE: http://www.pyroinnovations.com/fireworkstraining_pyrodigital_advanced.html)

  • PSK (Phase Shift Keying). La portadora se modula en valores discretos de fase. Esta modulación y sus variantes consituyen el esquema de modulación digital más robusto frente a desvanecimientos y propagación multicamino. Se usan en diversos sistemas, entre ellos la telefonía móvil digital (GSM).


Diagrama de las formas de onda en PSK


La capacidad de un sistema digital se cuantifica con la cantidad de bits que es capaz de transmitir por unidad de tiempo, midiéndose por tanto en bits por segundo (bps) o en sus múltiplos más comunes: kilobits por segundo (1 kbps 1000 bps) y megabits por segundo (1 Mbps 1000000 bps).

Digitalización de la voz.

Como caso práctico de transmisión digital, vamos a estudiar el proceso de digitalización de la voz.

Si analizamos el espectro de la voz, comprobaremos que la mayor parte de su energía se concentra en el rango de 0 a 4 kHz.

Para muestrear una señal de este tipo sin que se produzca pérdida de información, deberemos utilizar una frecuencia de muestreo de al menos el doble del límite superior del espectro de la señal. En este caso, usaremos una frecuencia fm = 2 x 4 kHz = 8 kHz, es decir, tomaremos 8000 muestras por segundo de la voz.

Ahora tenemos que representar digitalmente cada una de las 8000 muestras por segundo que estamos tomando. Para ello, se utiliza un cuantificador de 256 niveles: tendremos 256 niveles discretos de amplitud para representar cada muestra. Como tenemos 256 niveles, cada nivel podrá ser representado por 8 bits, ya que 28 = 256.

En resumen, si tomamos 8000 muestras cada segundo y representamos cada una de ellas con 8 bits, tendremos un total de 8000 x 8 = 64000 bits/s = 64 kbps. Necesitamos un canal digital capaz de transmitir 64 kbps para transportar una conversación de voz.

Este es el caso de la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados), que proporciona uno o dos canales de 64 kbps para transmitir voz y datos.


Fuente: http://www.proteccioncivil.es/es/DGPCE/Informacion_y_documentacion/catalogo/carpeta02/carpeta24/vademecum/vade01.htm

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