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SUMARIO

CAPÍTULO ICODIFICACIÓN DE DATOS

Técnicas de Codificación de DatosDatos digitales, señales digitales

señal unipolarseñal bipolar

NRZ Binario Multinivel Bifase

Datos analógicos, señales digitalesDesplazamiento de Amplitud (ASK)Desplazamiento de Frecuencia (FSK)Desplazamiento en Fase (PSK)

UNIDAD 1: CONCEPTOS BÁSICOS DE TELEPROCESOS. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE : Interpretar conceptos básicos de teleprocesos.

SUMARIO

CAPÍTULO ICODIFICACIÓN DE DATOS

Técnicas de Codificación de DatosDatos digitales, señales analógicas

Modulación por Codificación de impulsos Modulación delta

Datos analógicos, señales analógicasModulación en Amplitud (AM)Modulación en Frecuencia (FM)Modulación en Fase (PM)


CODIFICACIÓN DE DATOS

Codificación de Datos

En la señalización digital, una fuente de datos g(t) (analógicao digital), se codifica en una señal digital x(t). La forma deonda en particular que adopte x(t) dependerá de la técnicade codificación elegida, y se elegirá intentando optimizar eluso del medio de transmisión.


Codificación de Datos

La señal de entrada m(t) (que puede ser tanto analógicacomo digital) se denomina señal moduladora o tambiénseñal en banda base. A la señal resultante de la modulaciónde la señal portadora se denomina señal modulada s(t).


Técnicas de Codificación de Datos


Las cuatro posibles combinaciones, se utilizan confrecuencia; si bien, las razones por las que se elige una uotra pueden ser de diversa índole:

1. Datos digitales, señales digitales

2. Datos analógicos, señales digitales

3. Datos digitales, señales analógicas

4. Datos analógicos, señales analógicas



Terminología básica en transmisión de datos

Término Unidades Definición

Datos Bits Un uno o cero binario

Velocidad de

transiciónBits por segundo (bps)

Velocidad a la que se

transmiten los datos

Elemento de

señalización

Digital: un pulso de tensión de

amplitud constante.

Analógico: un pulso de

frecuencia, fase y amplitud

constantes

Aquella parte de la señal

que ocupa el intervalo más

corto correspondiente a un

código de señalización

Velocidad de

señalización o

modulación

Número de elementos de

señalización por segundo

(baudios).

Velocidad a la que se

transmiten los elementos de

señalización

Datos digitales, señales digitales


Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensióndiscretos y discontinuos, donde cada pulso es un elementode señal. Los datos binarios se transmiten codificando cadabit de datos en cada elemento de señal. Esta transmisión esla menos complicada y costosa con referencia a los demás.

Para datos digitales no hay más que codificar cada pulsocomo bit de datos:

En una señal unipolarEn una señal bipolar


En una señal unipolar ( tensión siempre del mismo signo ) habrá que codificar un 0 como una tensión baja y un 1 como una tensión alta ( o al revés ) .



En una (señal bipolar positiva y negativa ) , se codifica un 1 como una tensión positiva y un 0 como negativa ( o al revés ) .



Las tareas involucradas al interpretar las señales digitales enel receptor son:

El receptor debe conocer o determinar la duración decada bit (cuando comienza y termina cada bit)

El receptor debe determinar si el nivel para cada bit esalto o bajo.

Los factores que determinan el éxito o fracaso del receptoral interpretar la señal de entrada son:

La relación señal ruidoLa velocidad de transmisión yEl ancho de banda



Esquemas de CodificaciónUn esquema de codificación es simplemente la

correspondencia que se establece entre los bits de datoscon los elementos de señal. Como la señal detransmisión son digitales y se utilizan las mismascodificaciones que en la transmisión en banda base.

NRZ Binario Multinivel Bifase



NRZ (No return to Zero ) no retorno a cero : Loscódigos que siguen esta estrategia comparten lapropiedad de que el nivel de tensión se mantieneconstante durante la duración del bit; es decir, no haytransiciones (no hay retorno al nivel cero de tensión).se usan con frecuencia en las grabaciones magnéticas.

NRZ-L (No return to Zero Level) Nivel no retorno acero: usa un nivel negativo para representar un valorbinario y una tensión positiva para representar al otro

0 = nivel alto

1 = nivel bajo



NRZ-L (No return to Zero Level)

0 = nivel alto (+)

1 = nivel bajo (-)


0

-

+

1 (-)Tensión

baja

0(+)Tensión

alta


NRZ-L (No return to Zero Level)Utilidad:•Se usa generalmente para generar o interpretar los datosbinarios en los terminales y otros dispositivos. Si se utiliza uncódigo diferente, éste se generará usualmente a partir de laseñal NRZ-L.

Desventajas:

•En un sistema complicado de transmisión, no es difícil perderla polaridad de la señal. Por ejemplo, en una línea de partrenzado, si los cables se invierten accidentalmente, todos los1 y 0 en el NRZ-L se invertirán.

•Una cadena larga de unos o de ceros dará lugar a una pérdidade sincronización.



NRZ-I (No return to Zero, invert on ones). Nivel no retorno acero y se invierte al transmitir el 1 : Al igual que NRZ-L, el NRZImantiene constante el nivel de tensión durante la duración de unbit. Los datos se codifican mediante la presencia o ausencia deuna transición de la señal al principio del intervalo de duracióndel bit. Un 1 se codifica mediante la transición (bajo a alto o altoa bajo) al principio del intervalo de señalización, mientras que uncero se representa por la ausencia de transición. Es un ejemplode codificación diferencial.

0 = no hay transición al comienzo del intervalo

1 = transición al comienzo del intervalo



NRZ-I (No return to Zero, invert on ones).

Ventajas:•En presencia de ruido puede ser más seguro detectar unatransición en lugar de comparar un valor con un umbral.•Es mas difícil perder la polaridad de la señal.•Uso eficaz del ancho de banda

Desventajas:

•Una cadena de ceros dará lugar a una pérdida desincronización.




-

+

1 (+)Tensión

alta

1 (-)Tensión

baja

1 (-)Tensión

baja

1 (+)Tensión

alta

1 (+)Tensión

alta

Mantienen la tensión del 1

anterior (Tensión alta)

0

NRZ-I (No return to Zero, invert on ones).0 = no hay transición al comienzo del intervalo

1 = transición al comienzo del intervalo


NRZ-L/NRZI



Binario Multinivel: Las técnicas de codificacióndenominadas binario multinivel subsanan algunas de lasdeficiencias mencionadas para los códigos NRZ. Estoscódigos usan más de dos niveles de señal. Se muestrandos ejemplos:

Bipolar-AMI

Los códigos pseudoternarios



Bipolar-AMIUn 0 binario se representa por ausencia de señal y el 1binario se representa como un pulso positivo onegativo. Los pulsos correspondientes a los 1 debentener una polaridad alternante.

0 = no hay señal

1 = nivel positivo o negativo, alternante



Bipolar-AMI0 = no hay señal1 = nivel positivo o negativo, alternante



Bipolar-AMIVentajas:•No habrá problemas de sincronización en el caso de que hayauna cadena larga de 1. Cada 1 fuerza una transición, por lo queel receptor se puede sincronizar en dicha transición.•El ancho de banda de la señal resultante esconsiderablemente menor que el correspondiente a NRZ.•La alternancia entre los pulsos proporciona una forma sencillade detectar errores.•No hay componente continua.

Desventajas:•Una cadena larga de ceros dará lugar a una pérdida desincronización.



Los códigos pseudoternariosEn este caso, el bit 1 se representa por la ausencia deseñal, y el 0 mediante pulsos de polaridad alternante.No hay ninguna ventaja particular de estacodificación respecto a Bipolar-AMI, siendo la basede muchas aplicaciones.

0 = nivel positivo a negativo, alternante

1 = no hay señal



Los códigos pseudoternarios

0 = nivel positivo a negativo, alternante1 = no hay señal


-

+

0 (+)Tensión

alta

0 (-)Tensión

baja

0 (+)Tensión

alta

0

0 (-)Tensión

baja

No hay tensión (Tensión alta 0)

1 (+)Tensión

alta

0 (-)Tensión

baja


Los códigos pseudoternariosVentajas:•No habrá problemas de sincronización en el caso de que hayauna cadena larga de 0. Cada 0 fuerza una transición, por lo queel receptor se puede sincronizar en dicha transición.•El ancho de banda de la señal resultante esconsiderablemente menor que el correspondiente a NRZ.•La alternancia entre los pulsos proporciona una forma sencillade detectar errores.

Desventajas:•Una cadena larga de unos dará lugar a una pérdida desincronización.



Bifase: engloba a otro conjunto de técnicas decodificación alternativas, diseñadas para superar lasdificultades encontradas en los códigos NRZ.

Dos de estas técnicas que se usan frecuentemente enlos sistemas de comunicación son:

Manchester

Manchester Diferencial



Manchester

Siempre hay siempre una transición en mitad delintervalo de duración del bit. Una transición de bajo aalto representa un 1, y una transición de alto a bajorepresenta un 0.

0 = transición de alto a bajo en mitad del intervalo

1 = transición de bajo a alto en mitad del intervalo



Manchester0 = transición de alto a bajo en mitad del intervalo1 = transición de bajo a alto en mitad del intervalo


-

+

0 (+-)Transición de tención alta (+) a baja (-)

0

1 (-+)Transición de tención baja (-) a alta (+)


Manchester Diferencial

Transición a mitad el intervalo se utiliza tan sólo paraproporcionar sincronización. La codificación de un 0 serepresenta por la presencia de una transición al principio delintervalo del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia deuna transición al principio del intervalo. Tiene como ventajasadicionales las derivadas de la utilización de una aproximacióndiferencial.

Siempre hay una transición en mitad del intervalo

0 = transición al principio del intervalo

1 = no hay transición al principio del intervalo



Manchester DiferencialSiempre hay una transición en mitad del intervalo0 = transición al principio del intervalo1 = no hay transición al principio del intervalo


-

+

0

En el cero siempre hay transición al principio

del intervalo con respecto al bit anterior

El uno mantiene al principio la

tensión del bit anterior

La transición del cero depende de la tensión al final del bit anterior


Bifase: Manchester /Manchester Diferencialventajas:•Sincronización: debido a que la transición que ocurre durante elintervalo de duración correspondiente a un bit siempre está presente, elreceptor puede sincronizarse usando dicha transición. Es ésta la razónpor la que a los códigos bifase también se les denomina auto-sincronizados.•No tienen componente en continua: su transmisión no requiere laexistencia de una conexión física directa. Lo que proporciona unaislamiento eléctrico excelente, reduciendo las interferencias.•Detección de errores: se pueden detectar errores si se observa unaausencia de la transición esperada en mitad del intervalo. Para que elruido produjera un error no detectado tendría que invertir la señal antesy después de la transición.




2. Datos digitales, señales analógicosLa situación más habitual para este tipo de situaciones es latransmisión de datos digitales a través de la red telefónica,diseñada para recibir, conmutar y transmitir señalesanalógicas en el rango de frecuencias de voz. Los módemspermiten la conversión de los datos digitales en señalesanalógicas y viceversa.



2. Datos analógicos, señales digitalesLa conversión de los datos analógicos en digital permitela utilización de las técnicas más recientes de equipos deconmutación para la transmisión digital.

Esquemas de CodificaciónHay tres técnicas de codificación o modulación que

son:Desplazamiento de Amplitud (ASK)Desplazamiento de Frecuencia (FSK)Desplazamiento en Fase (PSK)

Datos digitales, señales analógicos


Desplazamiento de Amplitud (ASK)ASK (Amplitudes-shift keying), es una modulación deamplitud donde la señal moduladora (datos) es digital.Los dos valores binarios se representan con dosamplitudes diferentes y es usual que una de las dosamplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binariosse representa mediante la presencia de la portadora aamplitud constante, y el otro dígito se representamediante la ausencia de la señal portadora.



Desplazamiento de Amplitud (ASK)La señal transmitida por cada intervalo correspondientea la duración de un bit es, por tanto:

Donde:A cos (2πf,t), es la señal portadora



Desplazamiento de Amplitud (ASK)

Portadora A cos (2πf,t)

Datos a transmitir

Señal transmitida

Amplitud igual a la portadora

A cos (2πf,t) Amplitud

cero



Desplazamiento de Amplitud (ASK)Desventajas:•Es sensible a cambios repentinos de la ganancia.•Es una técnica de modulación bastante ineficaz.Utilidad:•Se usa para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas. En lostransmisores con LED, un elemento de señal se representa medianteun pulso de luz, mientras que el otro elemento se representamediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienennormalmente un valor de desplazamiento («bias») que hace que eldispositivo emita para el último caso una señal de baja intensidad.Este pequeño nivel será uno de los elementos de señalización,mientras que el otro será un haz de luz de mayor amplitud.



Desplazamiento de Frecuencia (FSK)FSK (Frequency-shift keying), es una modulación de frecuenciadonde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valoresbinarios se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2)próximas a la frecuencia de la señal portadora fp.

Donde:A cos (2πf1,t), es la señal portadora a la frecuencia 1A cos (2πf2,t), es la señal portadora a la frecuencia 2f1 y f2 corresponden a desplazamientos de la frecuencia portadorafC de igual magnitud pero en sentido opuesto.



Desplazamiento de Frecuencia (FSK)

Portadora A cos (2πf,t)

Datos a transmitir

Señal transmitida

Portadora a la

frecuencia2

Portadora a la

frecuencia1



Desplazamiento de Frecuencia (FSK)Ventajas:•es menos sensible a errores que ASK

Utilidad:•En líneas de calidad telefónica, se utiliza típicamente a velocidadesde hasta 1.200 bps. También se usa frecuentemente en transmisiónde radio a más altas frecuencias (desde 3 hasta 30 MHz). Tambiénse puede usar incluso a frecuencias superiores en redes de árealocal que utilicen cable coaxial.



Desplazamiento de Frecuencia (FSK)Una señal mas eficaz en el uso del ancho de banda, pero tambiénmás susceptible a errores, es la FSK Múltiple (MSFK), en la que seusan mas de dos frecuencias. En este caso, cada elemento deseñalización utiliza mas de un bit



Desplazamiento en Fase (PSK)PSK (Phase-shift keying), es una modulación de fase donde laseñal moduladora (datos) es digital, la fase de la señalportadora se desplaza para representar con ello a los datosdigitales.Las alternativas de modulación PSK:

PSK de dos niveles

PSK de cuatro niveles

PSK multiniveles



PSK de dos niveles

Conocida como desplazamiento de fase binario, que utilizados fases para representar los dos dígitos binario

El termino de la derecha de la ecuación se debe a que undesplazamiento de 180° (π) es equivalente a invertir la ondasinusoidal, o lo que es lo mismo multiplicarla por -1



PSK de dos niveles

Portadora con fase a

180°Portadora Con fase a

0°



PSK de dos niveles

Una alternativa ala PSK de dos niveles es la PSK diferencial(DPSK, Differential PSK). En este esquema, un 0 binario serepresenta enviando un elemento de señal con la misma faseque el elemento anterior transmitido. Un 1 binario serepresenta enviando un elemento de señal con fase invertidarespecto al elemento anterior transmitido.

El termino diferencial se refiere al hecho de que eldesplazamiento de fase es respecto al bit transmitidoanterior, en lugar de ser respecto a una señal de referencia.




Se puede conseguir una utilización más eficaz del anchode banda si cada elemento de señalización representa amás de un bit. Por ejemplo, en lugar de usar undesplazamiento de fase de 180", como el que se haceen PSK, otra técnica de codificación frecuentedenominada desplazamiento de fase en cuadratura(QPSK, Quadrature phase-shift keying), consideradesplazamientos de fase correspondientes a múltiplosde π /2 (90°).




En la figura puede verse que, conQPSK, cada una de las cuatroposibles fases de salida tiene,exactamente, la misma amplitud.En consecuencia, la informaciónbinaria tiene que ser codificadapor completo en la fase de laseñal de salida.




En la figura se puede observarcada una de las combinacionesposibles con 2 bits, cada una deellas separadas por un ángulo deπ/2 (90°) entre cada uno de ellos.

Y en la tabla observamos losvalores de los ángulos de salidapara cada una de lascombinaciones.



PSK multiniveles

La utilización de varios niveles se puede extender para

transmitir mas de dos bits de una vez. Por ejemplousando ocho ángulos de fase diferentes es posibletransmitir de una vez tres bits (2n, donde n es el númerode bits).

Número de bits Número de fases

3 23 = 8

4 24 =16

5 25 =32



3. Datos analógicas, señales digitalesLa conversión analógica-digital (CAD) consiste en latranscripción de señales analógicas en señales digitales,con el propósito de facilitar su procesamiento(codificación, compresión, etc.) y hacer la señalresultante (la digital) más inmune al ruido y otrasinterferencias a las que son más sensibles las señalesanalógicas.Es más concreto referirse a este proceso como laconversión de datos analógicos a datos digitales: esteproceso se denomina también digitalización.



3. Datos digitales, señales analógicasEl dispositivo que se utiliza para la conversión de losdatos analógicos en digitales, y que posteriormenterecupera los datos analógicos iniciales de los digitales sedenomina CODEC (codificador - decodificador). Existendos técnicas utilizadas por el CODEC que son:

Modulación por Codificación de impulsosModulación delta



4. Datos analógicos, señales analógicasLos datos analógicos de naturaleza eléctrica se puedentransmitir fácilmente y de una forma poco costosa enbanda base.

La modulación se usa frecuentemente para desplazar elancho de banda de la señal en banda base hacia otra zonadel espectro.

De esta manera se permite que varias señales, cada una enuna posición diferente del espectro, compartan el mismomedio de transmisión. Este procedimiento se denominamultiplexación por división en frecuencias.



4. Datos analógicos, señales analógicas

Esquemas de Codificación

Modulación en Amplitud (AM)Modulación en Frecuencia (FM)Modulación en Fase (PM)

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