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Comunicaciones analógicas y digitales

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Comunicaciones analógicas y digitales Powered By Docstoc
					Comunicaciones analógicas y digitales
Al hablar con una persona cara a cara, se están emitiendo unas señales, si se dibujasen es fácil imaginar cual sería el resultado, unas curvas con unas características y unos valores en continua variación, sin que tengan una limitación, esa sería una señal analógica. Se dice que la señal que transporta la información por este sistema es "continua", en tanto que la referida a la digital es "discreta". La primera, que es la clásica, puede tener una cantidad de estados o valores ilimitados mientras que en la digital no es así, depende del tipo de técnica que se use, si es la más simple, la binaria, tan solo puede tener dos estados, 0 y 1. Cuando hablamos por teléfono, la onda necesita de una línea para transmitirse. Esta puede ser un cable, una señal de radio, un láser, etc. Como cuando se es niño y se unen dos botes con un hilo tenso, si se habla en un bote se escucha en el otro, porque la voz provoca unas vibraciones que se propagan por el hilo. Claro, si está flojo la propagación se pierde y no se oye nada. Si en lugar de un medio mecánico como ese lo trasladamos a uno eléctrico tenemos el mismo resultado, el aparato telefónico convertirá nuestra voz, por medio de unas membranas que van a vibrar por las ondas que emitimos al hablar, en impulsos eléctricos y se transmitirán por la línea en forma de ondas, que tendrán una fase, una amplitud y una frecuencia determinada y que el teléfono receptor retornará, por otro sistema parecido de membranas, en sonido. Pero entonces, si hay una onda con un número de valores ilimitado ¿cómo obtener una con una cantidad de ellos muy inferior? A este proceso se le conoce como Digitalización, es decir, la conversión de analógico a digital. Imaginemos que practicamos senderismo y subimos una montaña por un lateral y descendemos por el contrario. Andamos siempre a la misma velocidad, no nos importa cual sea. Y además llevamos un cronómetro que nos avisa cada X periodos de tiempo, por ejemplo cada minuto, de manera que en el momento en que se produce un aviso, simplemente colocamos una señal, como un banderín. Cuando terminemos nuestra andadura tendremos N banderines colocados. Bien, pues hacemos un plano y unimos la posición en la que se encuentra cada uno por una línea recta ¿qué obtendríamos? que los infinitos valores que tiene la montaña, cada inclinación, cada accidente del terreno, se han convertido en un "esquema" en el que el perfil se mantiene, pero con una cantidad de puntos ya no infinita, tan solo N. Si la montaña es nuestra señal analógica, la resultante es la digital.

Ese sería el primer paso, pero en él hemos puesto el cronómetro a un minuto. No sabemos si es válido para que la montaña se refleje en un número de valores finitos sin perder sus características, o por el contrario, nos puede interesar conseguir una imagen menos fiel pero más útil, con una cantidad de valores muy inferior, tal vez N sea un número excesivamente amplio. Así estamos en el segundo paso de la Digitalización, es decir, evaluar cual es el período de tiempo al cual tenemos que ajustar nuestro cronómetro, lo que se denomina "señal de muestra" y eso tan sólo lo podemos saber si conocemos cual va a ser el motivo final del proceso. Lo que es válido para la conversión de datos, no lo es para voz, o para audio o para imágenes, se precisan que las velocidades sean muy variables. Una señal telefónica permite utilizar intervalos de 8.000 muestras por segundo, en tanto que si se pretende lo mismo en sistemas de visualización ha de ser muchísimo más alta. Hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea el número N (que he inventado como ejemplo) mayor ha de ser la cantidad de bits que los representan, y también es mas fiel la señal digital a su origen analógico. Es a lo que se le denomina "niveles de cuantización". En el gráfico que acompaño creo que se puede imaginar lo que esto significa.

Señal analógica Señal digital Teniendo en cuenta lo hablado, la imagen que en general tenemos de lo binario se vendría abajo, pero es tan solo por un error de concepto. Binario significa que hay dos estados, pero ¿cuántos niveles o qué amplitud pueden tener estos? Si las transmisiones se efectuasen a base del concepto puro de bits 0 y 1 clásico, sería imposible, por lo que se utilizan sistemas de codificación que se conocen como dibits, tribits, etc. Es decir, si se envía por un sistema tribits, que sería 2 elevado a 3, ya no existe tan solo la posibilidad de los dos valores en el sentido estricto, sino que entran a la vez 8 posibilidades de 0 y 1, y así sucesivamente. Como en una línea de teléfono no es una sola persona la que habla, sino un montón a la vez (una señal a través de satélite o fibra óptica que generan un ancho de banda capaz de millones de transmisiones a la vez) pues las señales se modulan, es decir, que sobre la portadora o señal que se envía para "aguantar" a las demás (en plan coloquial, la que se oye cuando se descuelga

el teléfono) se modifican uno de los valores dando lugar a que la frecuencia, por ejemplo, de cada onda sea distinta, de la misma manera que hay cantidad de ondas de radio en el espacio con distintas frecuencias y no se mezclan. Por supuesto se puede modificar igual la amplitud o la fase, son los sistemas denominados "multiplexación", que si bien no entrarían en lo que estamos tratando, sí los incluyo para intentar hacer notar las diferencias, pues en las digitales se consideran la amplitud, duración y período. Esta es una de las que resultan significativas, en una central analógica estándar, de las que se conocen como centrales de tránsito, se ha de multiplexar y demultiplexar . Hago constar para entenderlo que en comunicaciones telefónicas se utiliza comunmente las distintas frecuencias para estos fines, y por lo tanto las centrales tienen sus equipos para ello. En las digitales no es así, se modulan por lo que se denomina "codificación de pulsos" (MCP). Para entenderlo tendremos que incluir unas explicaciones más al sistema de digitalización. Hemos dicho anteriormente que se produce un muestreo con un nivel de cuantificación, pero lo que no se menciona es que el muestreo no se hace sobre una sola onda, sino sobre varias a la vez. Supongamos que se interviene simultáneamente en 24 canales, de manera que se le da paso en secuencias a cada uno de ellos, de manera que se obtiene una "trama" de períodos de tiempo muy cortos y esta contiene ya los 24 a la vez. El último paso, que tan solo se ha esbozado hablando de los distintos niveles binarios que pueden participar, es la "codificación", el más complejo, creo que basta con decir que lo que se pretende es reducir la cuantificación al mínimo sin perder fidelidad. De manera que se utilizan dos sistemas: 1. Que la cuantificación no sea uniforme 2. Que se comprima la señal antes de codificarla y el resultado se cuantifica de manera uniforme. Todo ello tiene que ver con el voltaje que permita el canal, y con la calidad de la señal, es decir, con la distorsión que pueda sufrir en la transmisión. Dependiendo de ello se aplican unas formas de codificación u otras. Las diferencia entre los multiplexadores de sistemas analógicos y digitales hacen que este último sistema permita más transmisiones en el mismo ancho de banda, con el consiguiente abaratamiento. Además, el mas grave problema de las transmisiones analógicas es el "ruido" en las líneas, es muy difícil separar éste de la señal en sí (el ruido es analógico),

en cambio en digital es muy fácil, con lo que la calidad de la información está asegurada. De paso esto lleva a permitir velocidades mucho más altas.

Se debe tener en cuenta la naturaleza de los datos, como se propagan físicamente, y que procesamientos o ajustes se necesitan a lo largo del camino para asegurar que los datos que se reciban sean inteligibles.. Para todas estas consideraciones, el punto crucial es si se tratan de entidades digitales o analógicas. En las comunicaciones estos dos términos se usan con frecuencia como caracterización de los siguientes tres conceptos: Datos: entidad que transporta información. codificaciones eléctricas o electromagnéticas Las señales son

Señalización: es el acto de propagar la señal a través de un medio adecuado Transmisión: es la comunicación de datos, mediante la propagación y el procesamiento de señales.

Datos
Los datos analógicos pueden tomar valores en cierto intervalo contínuo. Los datos digitales toman valores discretos.

Un dato analógico puede ser la voz, que es un valor de intensidad que varía continuamente. Y un dato digital sería un texto. Tomamos como ejemplo de dato analógico la voz. En el espectro acústico de la voz humana, se pueden encontrar componentes en frecuencia entre 20 Hz y 20 KHz. Aun que la mayor parte de la energía de la voz está encontrada en las frecuencias bajas, mediante experimentos se ha demostrado que las frecuencias por debajo de 600700 Hz contribuyen poco a la inteligibilidad de la voz en el oído humano. El ejemplo más típico de datos digitales son las cadenas de textos o caracteres. Mientras que los textos son más adecuados para los seres humanos, en general no se pueden transmitir o almacenar fácilmente (en forma de caracteres) en los sistemas de procesamiento o comunicación. Tales sistemas están diseñados para datos binarios. Por esto se han diseñado un buen número de códigos mediante los cuales los caracteres se representan por secuencia de bits. Quizá el primer ejemplo más conocido es el código Morse y actualmente es el código ASCII.

Señales
En un sistema de comunicaciones, los datos se propagan de un punto a otro mediante señales eléctricas. Una señal analógica es una onda electromagnética que varía contínuamente. Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión que se pueden transmitir a través de un cable; po ejemplo, un nivel de tensión positiva constante puede representar un 1 binario y un nivel de tensión negativa constante puede representar un 0.

Ejemplos En el caso de la voz, los datos se pueden representar directamente mediante una señal electromagnética que ocupe el mismo espectro

Electronica de Comunicaciones:
Tipos de modulación Amplitud modulada
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 una antena y propagase por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias (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 video. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. Un modulador AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada de información: una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia sencilla, y la 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.

Frecuencffffkljndf Frecuencia modulada
Sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula de forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida.

La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre el sistema de modulación de amplitud (AM) utilizado alternativamente en radiodifusión. La más importante es que al sistema FM apenas le afectan las interferencias y descargas estáticas. Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas por tormentas o sistemas de encendido de los automóviles, producen señales de radio de amplitud modulada que se captan como ruido en los receptores AM. Un equipo de FM bien diseñado no es sensible a tales perturbaciones cuando se sintoniza una señal FM de suficiente potencia. Además, la relación señal-ruido en los sistemas FM es mucho mayor que en los AM. Por último, las emisoras de FM pueden trabajar en bandas de frecuencias muy altas, en las que las interferencias en AM son importantes; las estaciones o emisoras comerciales de radio FM tienen frecuencias entre 88 y 108 Mhz. El alcance en estas bandas está limitado para que pueda haber emisoras de la misma frecuencia situadas a unos cientos de kilómetros sin que se interfieran entre ellas. Debido a la saturación en la banda de emisión AM y a la incapacidad de los receptores AM para eliminar los ruidos, la fidelidad tonal de las estaciones normales se limita intencionadamente. La FM no presenta estos inconvenientes y por tanto puede utilizarse para transmitir reproducciones musicales de actuaciones en directo con un grado de fidelidad inalcanzable en la banda AM.

Modulación de fase
Sistema de modulación en el cual la fase de la señal portadora varía o es modulada conforme al valor instantáneo de la amplitud de la señal moduladora.

Basada en variaciones instantáneas de la fase de la portadora en relación a un ángulo de fase de referencia. Una onda senoidal normal empieza con una amplitud nula y un ángulo de fase nulo, aumenta hasta una amplitud positiva de pico a 90 grados, disminuye a cero a los 180 grados y pasa por un mínimo negativo a los 270 grados antes de volver a pasar por cero a los 360 grados. Un nivel lógico "1" puede representarse como una señal que tiene un determinado ángulo de fase, y un nivel lógico "0", con una portadora de la misma frecuencia y amplitud pero con una fase desplazada 180 grados. Para detectar la fase de la portadora puede emplearse un circuito detector de fase y, por tanto, puede determinar si existe un nivel lógico "1" o un nivel lógico "0". Esta técnica se denomina PSK (phase-Shlft Keying = Variación de fase mediante una señal digital).

Telecomunicaciones:
En telecomunicación el término modulación engloba el 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. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir. Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos de modulación:


Modulación en doble banda lateral (DSB)

        

Modulación de amplitud (AM) Modulación de fase (PM) Modulación de frecuencia (FM) Modulación banda lateral única (SSB, ó BLU) Modulación de banda lateral vestigial (VSB, VSB-AM, ó BLV) Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM), también conocida como 'Modulación por multitono discreto' (DMT) Modulación por longitud de onda Modulación en anillo

Cuando la OFDM se usa en conjunción con técnicas de codificación de canal, se denomina Modulación por división ortogonal de frecuencia codificada (COFDM). También se emplean técnicas de modulación por impulsos, pudiendo citar entre ellas:
    

Modulación Modulación Modulación Modulación Modulación

por por por por por

impulsos codificados (PCM) anchura de pulsos (PWM) duración de pulsos (PDM) amplitud de pulsos (PAM) posición de pulsos (PPM)

Cuando la señal moduladora es una indicación simple on-off a baja velocidad, como una transmisión en código Morse o radioteletipo (RTTY), la modulación se denomina manipulación, modulación por desplazamiento, así tenemos:
   

Modulación Modulación Modulación Modulación

por por por por

desplazamiento desplazamiento desplazamiento desplazamiento

de de de de

amplitud (ASK) frecuencia (FSK) fase (PSK) amplitud y fase (APSK o APK)

La transmisión de radioteletipo (RTTY) puede ser considerada como una forma simple de Modulación por impulsos codificados Cuando se usa el código Morse para conmutar on-off la onda portadora, no se usa el término 'manipulación de amplitud', sino operación en onda continua (CW). La modulación se usa frecuentemente en conjunción con varios métodos de acceso de canal. Otras formas de modulación más complejas son (PSK),(QAM),(I/Q),(QFSK),etc. Señales ópticas son moduladas aplicándole una corriente electromagnética (Electromagnetismo) que varia la intensidad del rayo láser.


				
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posted:10/26/2009
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