UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DIGITAL BANDA BASE

Modulación Pam 

La modulación de señales es un concepto fundamental en comunicaciones, y consiste en usar una señal base para modificar las propiedades de una señal portadora. Este tipo de modulación la cual codificada de analógica - digital esta es denominada PAM. 


La señal PAM es una señal de banda lateral doble de modo que se requiere dos veces el ancho de banda requerido para la transmisión banda base.
Esta manera de modulación de la señal no es más que recoger la señal analógica, la muestrea a su vez generando una serie de pulsos. Este ciclo es muy eficiente para transmisión de datos. Una de las características de la modulación por codificación de pulsos es esencialmente es que la amplitud de pulsos es cuantizada y representada por un patrón binario. 


Este es mas usado por equipos de módem y DSL. La señal modula o altera la amplitud o intensidad de la onda portadora. En AM regular, la onda es sinusoidal. En PAM, la onda portadora es una serie periódica de impulsos CC

Modulación de amplitud de pulso (PAM) 


Es la más sencilla de las modulaciones digitales. Esta técnica recoge información análoga, la muestra (ó la prueba), y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba. El término prueba se refiere a la medida de la amplitud de la señal a intervalos iguales. 


El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos (informática). Aunque PAM está en la base de un importante método de codificación analógica - digital llamado modulación de código de pulso (PCM). 


En PAM, la señal original se muestra a intervalos iguales, PAM usa una técnica llamada probada y tomada. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. 

Los códigos de línea 
La transmisión de datos en forma digital implica una cierta codificación. A la forma de transmisión donde no se usa una portadora se la conoce como transmisión en banda base. 
Los códigos de línea son usados para este tipo de transmisión. Existen varios tipos de códigos, entre ellos Unipolar NRZ, Polar NRZ, Unipolar RZ, Bipolar RZ (AMI), Manchester, CMI, etc. Algunos de estos códigos se muestran en la figura 1. 


Algunas de las características deseables de los códigos de línea son: 
Autosincronización: contenido suficiente de señal de temporización (reloj) que permita identificar el tiempo correspondiente a un bit. 
Capacidad de detección de errores: la definición del código incluye el poder de detectar un error. 
Inmunidad al ruido: capacidad de detectar adecuadamente el valor de la señal ante la presencia de ruido (baja probabilidad de error). 
Densidad espectral de potencia: igualación entre el espectro de frecuencia de la señal y la respuesta en frecuencia del canal de transmisión. 
Ancho de banda: contenido suficiente de señal de temporización que permita identificar el tiempo correspondiente a un bit. 
Transparencia: independencia de las características del código en relación a la secuencia de unos y ceros que transmita. 

codigos_de_liena.jpg



Transmisión banda base

El primer paso esencial en procesamiento digital de señales, formateo, hace a la señal origen o fuente compatible con el procesamiento digital. En el transmisor, el formateo es una transformación uno a uno de información fuente a símbolos digitales (en el receptor el formateo es una transformación inversa). La codificación fuente es un caso especial de formateo cuando existe reducción de redundancia en los datos (compresión). Una señal cuyo espectro se extiende a partir de cero (o cercano a cero) hasta un valor finito, usualmente menor que algunos megahertz, es llamada señal banda base paso bajas. Tal denominación será tácita siempre que nos refiramos a la “información”, “mensaje” o “datos”, ya que las señales de la naturaleza son esencialmente banda base (voz, audio, video, datos, señales de Transductores). Para la transmisión de señales en banda base en un sistema digital de comunicaciones, la información es formateada de manera que ésta sea representada por símbolos digitales. Después, se asignan formas de onda compatibles con el canal de comunicaciones que representan los símbolos. Entonces las formas de onda pueden transmitirse través de canales de comunicaciones banda base (par trenzado, cable coaxial o fibra óptica).



SISTEMAS BANDA BASE

La figura 3.1 presenta un sistema de comunicaciones digitales en banda base, realzando el proceso de formateo. Los datos en forma digital omiten la etapa de formateo. La información textual es transformada en dígitos binarios mediante el codificador. La información analógica es formateada utilizando tres etapas separadas: muestreo, cuantización y codificación. En los tres casos de información el resultado del formateo es una secuencia de dígitos binarios llamados símbolos. Entonces los símbolos están listos para ser transmitidos asignándoles previamente una forma de onda compatible con el canal de comunicaciones banda base. El proceso se lleva a cabo mediante el codificador de forma de onda también conocido como modulador banda base. Para canales banda base (conductores de cobre o fibra óptica) la forma de onda compatible son los pulsos. La salida del codificador de forma de onda consiste en una secuencia de pulsos con una característica que corresponde a los símbolos a ser transmitidos. Después de la transmisión a través del canal de comunicaciones, las formas de onda son detectadas para estimar los dígitos transmitidos, y el paso final, formateo inverso, recupera un estimado de la información fuente.

banda_base_trans.jpg


Regeneradores
La energía de las señales que se transmiten por el canal se pueden recuperar de dos modos distintos: mediante la regeneración y mediante la amplificación, estos dos procesos están asociados a dos tipos de repetidores diferentes: los amplificadores y los regeneradores
El regenerador es un tipo de (dispositivo eléctrico) diseñado para las transmisiones digitales, que obtiene a la salida del mismo impulso idéntico a los del emisor de la fuente, aunque en su entrada los impulsos estén distorsionados y contaminados por el ruido. 
Además, los regeneradores se utilizan, cuando la naturaleza de la señal que se transmite por el canal es digital. 
Interferencia Intersimbólica (ISI)

Para transmitir una señal digital, no importa que código de línea usemos, se necesita un canal de ancho de banda infinito. Sin embargo, sabemos que esto no es posible, el canal práctico tiene ancho de banda finito, por lo tanto los pulsos se "chorrearan" y hará que estos entorpezcan la decisión sobre los bits vecinos.

Observe la siguiente gráfica de tres bits seguidos que se han dispersado debidos a que el canal no tiene ancho de banda infinito. Podría ocurrir, por ejemplo que el tercer bit (combinación de los voltajes presentes y pasados) al llegar al receptor sea visto como un cero. Que podemos hacer para evitar esto?

La señal codificada, que llamamos y(t), la expresamos como la convolución de una serie de impulsos aleatorios x(t) con un pulso determinístico p(t); por lo tanto para variar y(t) podemos variar x(t) o p(t). Además ahora vemos que la forma del pulso p(t) puede ser determinante para evitar la ISI. Nyquist desarrollo 3 procedimientos para seleccionar los pulsos de manera de controlar la ISI.



Patrón de ojo
En telecomunicaciónpatrón de ojo, también conocido como diagrama del ojo es osciloscopioexhibición en la cual a datos digitales señal de un receptor repetidor se muestrea y se aplica a la vertical entrada, mientras que la tarifa de datos se utiliza para accionar el barrido horizontal. Es supuesto porque, para varios tipos de codificación, el patrón parece una serie de ojos entre un par de carriles.
Varios sistema las medidas de funcionamiento pueden ser derivadas analizando la exhibición. Si las señales son demasiado largas, demasiado corto, sincronizado mal con el reloj del sistema, demasiado alto, demasiado bajo, también ruidoso, retárdese también al cambio, o tenga demasiado aterrizaje corto o llegue más allá, esto puede ser observado del diagrama del ojo. Un patrón de ojo abierto corresponde a la señal mínima distorsión. Distorsión de la señal forma de onda debido ainterferencia de intersímbolo y ruido aparece como encierro del patrón de ojo.


Resumiendo:

característica del Ojo-diagrama
Qué mide
Abertura del ojo (altura, pico al pico)
Añadido ruido en la señal
El ojo llega más allá/aterrizaje corto
Pico distorsión
Anchura del ojo
Sincronización que mide el tiempo y inquietud efectos


Jitter 
El Jitter es la variación en el retardo, en términos simples la diferencia entre el tiempo en que llega un paquete y el tiempo que se cree que llegara el paquete. 
Entrando más en el funcionamiento de TCP/IP sabemos que los paquetes no llegan a su destino en orden y mucho menos a una velocidad constante, pero el audio tiene que tener una velocidad constante. Para esto existen los jitter buffer, estos buffer puede manejar unos 300 mili segundos y controlar esta variación para que el audio se escuche a velocidad constante. si la llegada de paquetes es demasiado desigual el buffer no la alcanza a controlar y perderá paquetes, deteriorando la calidad de la voz. Y si esta pérdida es superior al 5% la perdida afectara al usuario. Por ejemplo, el jittering son los saltos que pueden dar los CDs al ser leídos.
Ruido y errores: 
Se denomina ruido en la comunicación a toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil que queremos transmitir. Es el resultado de diversos tipos de perturbación que tiende a enmascarar la información cuando se presenta en la banda de frecuencias del espectro de la señal, es decir, dentro de su ancho de banda. 
El ruido se debe a múltiples causas: a los componentes electrónicos (amplificadores), al ruido térmico de las resistencias, a las interferencias de señales externas, etc. Es imposible eliminar totalmente el ruido, ya que los componentes electrónicos no son perfectos. Sin embargo, es posible limitar su valor de manera que la calidad de la comunicación resulte aceptable. 
Para medir la influencia del ruido sobre la señal se utiliza la relación señal/ruido, que generalmente se maneja en decibelios(dB). Como potencia de la señal se adopta generalmente la potencia de un tono de pruebas que se inyecta en el canal. La potencia del ruido suele medirse a la entrada delreceptor, cuando por él no se emite dicho tono. Cuando se transmiten señales digitales por un canal, el efecto del ruido se pone de manifiesto en el número de errores que comete el receptor. Se deduce inmediatamente que dicho número es tanto mayor cuanto más grande sea la probabilidad de error. 
La probabilidad de error depende del valor de la relación señal/ruido. Cuanto mayor sea esta relación, más destaca la señal sobre el ruido y, por tanto, menor es la probabilidad de error. Cuando el ruido se añade a una señal con distorsión, la probabilidad de error crece rápidamente. 
La distorsión que produce el ruido en una determinada comunicación depende de su potencia, de su distribución espectral respecto al ancho de banda de la señal, y de la propia naturaleza de laseñal y de la información que transporta. El ruido afecta de diferente manera a la información que transportan lasseñales analógicas que a la codificada mediante señales digitales. Esta es la causa por la que se ha establecido una tipificación básica de los canales: los canales analógicos (conamplificación) y loscanales digitales (con regeneración). 
REPETIDORES REGENERATIVOS 

Cuando la transmisión es digital uno de los elementos que encontramos en las líneas de transmisión es el repetidor regenerativo. En este apartado se analiza cómo funcionan estos dispositivos y el problema del jitter, para pasar a continuación a analizar otros equipos, los multiplexores. 

Funcionamiento del repetidor 

El repetidor regenerativo reconstruye los pulsos que durante la transmisión han sido atenuados, distorsionados y a los que se le ha añadido ruido. Sólo tratan los pulsos de señal recibida, no conocen como es la trama, los intervalos de tiempo, etc, es decir que desconocen la estructura de la información. 

Las funciones básicas del repetidor regenerativo son: 

Igualación y amplificación 
Recupera la forma de onda de la señal en línea. La igualación se consigue con una ecualización de la señal. La amplificación con un convertidor automático de ganancia (amplificación variable), así se consigue un valor de pico prefijado. 

Recuperación del reloj 

El regenerador no tiene reloj interno. Para conocer la señal de reloj la recupera de los códigos de línea que recibe. Por tanto el código de línea debe tener suficientes cambios como para poder extraer el ritmo del reloj (códigos de línea vistos en el tema anterior) 

Detección de la presencia o ausencia de pulso 

La señal resultante de la etapa de igualación y amplificación se muestrea en los instantes que el repetidor considera que debe haber pulso (basándose en el reloj obtenido en la etapa anterior). Compara la señal resultante con un umbral para decidir si hay o no pulso. 

Regeneración y transmisión de los pulsos 

Se vuelve a generar la señal basándose en los pulsos detectados en la etapa anterior. 

Problemas en el repetidor regenerativo 

En el regenerador ocurren los siguientes problemas: 

Jitter 
Como ya se indicó se debe a la fluctuación de fase en la señal. Como el reloj se ha obtenido de la señal de entrada (que ya traía desviaciones respecto a la posición ideal) y además se añade un retardo que puede ir variando en el propio repetidor éste es un fenómeno acumulativo y por tanto limita el número de regeneradores en cascada. 

Errores 
Se pueden cometer errores por adición, considerar un 1 donde no lo había o por omisión, es decir considerar un 0 donde había un 1. Para medir estos errores se utiliza la tasa de error binaria, BER (bit error rate), que se calcula como el número de bits erróneos/número de bits transmitidos. 
· Efecto inapreciable (Sistema correcto) si es menor que 10-6 
· Chasquidos aislados, perceptibles si la voz es baja (Sistema degradado), mayor que 10-6 y menor que 10-5 
· Chasquidos aislados, molestos si la voz es baja (Sistema degradado), mayor que 10-5 y menor que 10-3 
· Inadmisible (Sistema estropeado) si es mayor de 10-3 



Filtro acoplado 


Es un filtro lineal diseñado pàra proporcionar la máxima relación señal a ruido para una forma de onda transimitida. En el filtro acoplado se deslizan dos funciones pasando una sobre otra y se calcula una secuencia de correlaciones (una para cada paso en el delizamiento) 

Probabilidades de error M-ario.


En un sistema M-ario, el generador de pulsos convierte la secuencia de símbolos emitida por la fuente de información (o equivalentemente la secuencia de símbolos obtenida tras agrupar los bits en grupos de log2. Este tren de pulsos pasa a través del filtro de transmisión y se transmite. El canal introducirá ruido y distorsión (ISI). En el receptor la señal recibida pasa a través del filtro de recepción y se muestrea en los instantes apropiados cada T segundos manteniendo el sincronismo con el transmisor. Finalmente, la señal tras el muestreador se pasa por el decisor que la comparara con M umbrales (slicing levels), elegidos de forma adecuada para minimizar la probabilidad media de error. Para ello se deben diseñar los filtros de transmisión y recepción de forma adecuada. Estos filtros deben además minimizar el efecto del ruido garantizando una probabilidad media de error mínima. Estos procedimientos serán similares a los vistos pero extendidos para un valor de M arbitrario. El analisis en detalle de los mismos es mas complicado que el visto para el caso binario, por lo que no se vera aquí, pero la idea de diseño sigue siendo la misma que en el caso binario. Cualquier error de diseño dará lugar a que la ISI, el ruido y los errores de sincronización empeoren la calidad del sistema, esto es, aumenten la probabilidad media de error 


Regeneradores 
La energía de las señales que se transmiten por el canal se pueden recuperar de dos modos distintos: mediante la regeneración y mediante la amplificación, estos dos procesos están asociados a dos tipos de repetidores diferentes: los amplificadores y los regeneradores. 
El regenerador es un tipo de repetidor (dispositivo eléctrico) diseñado para las transmisiones digitales, que obtiene a la salida del mismo impulsos idénticos a los del emisor de la fuente, aunque en su entrada los impulsos estén distorsionados y contaminados por el ruido. 
Además, los regeneradores se utilizan, cuando la naturaleza de las señal que se transmite por el canal es digital. 
ĉ
yroso02n@gmail.com,
25 de abr. de 2010 10:15
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