Introducción a La Transmisión Digital y conceptos básicos REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica Introducción a La Transmisión Digital y conceptos básicos TEMA I Hnas. Manzanilla

Conceptos de Análisis de señales Señal Periódica: es aquella que posee un patrón que se repite en el tiempo, puede ser contínua o discreta. Una Señal No Periódica se puede considerar como una señal periódica de período infinito.

Conceptos de Análisis de señales Señal Contínua Señal Discreta

Conceptos de Análisis de señales Longitud de Onda de la Señal: es la distancia en metros entre dos puntos en fase de dos ciclos consecutivos. Se representa con la letra griega donde: c: Velocidad de la Luz, 3x108 m/s f :frecuencia de la señal.

Conceptos de Análisis de señales Señal en el Dominio de la Frecuencia: Representación de la señal utilizando como variable independiente la frecuencia. Frecuencia Fundamental: es el primer armónico de la señal y está representado por la frecuencia natural de la misma.

Conceptos de Análisis de señales Espectro Discreto y Contínuo: el espectro de la señal, es el conjunto de frecuencias que la constituyen. Conocer el espectro de la señal facilita el análisis de los sistemas de comunicaciones, fundamentalmente en lo que respecta a su ancho de banda. El análisis espectral está basado en el uso de las herramientas series y transformadas de Fourier.

Modelo de un Sistema de Comunicación

Modulaciones Analógicas Técnicas de Modulación analógicas: Modulación en amplitud Modulación en Frecuencia Modulación de Fase Modulación de amplitud de pulsos Modulación de ancho de pulsos Modulación de posición de pulsos

Modulaciones Digitales Técnicas de Modulación Digitales: Modulación por conmutación de amplitud Modulación por conmutación de frecuencia Modulación por conmutación de fase Modulación 4PSK, 8-PSK y 16_PSK e. Modulación 8-QAM y 16_QAM

Modulaciones MODULACION AFECTADA SEÑAL MODULANTE AM ANALOGICO FM PM ASK FSK PSK DIGITAL QAM

Datos y Señales

Datos y Señales

Transmisión digital Se tiene en cuenta el contenido de la señal La integridad de los datos se daña con el ruido, la atenuación, etc. Se usan repetidores Se produce regeneración: Los repetidores reciben la señal Extraen el patrón de bits Lo retransmiten

Transmisión digital La atenuación se elimina El ruido no se amplifica ni se acumula Una señal analógica se puede aprovechar de estas ventajas si se convierte previamente a digital

Bits y Baudio Razón de Bits: es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps) Razón de Baudio: es la razón de cambio en la salida del modulador y es igual al reciproco del tiempo de un elemento de señalización de salida.

Velocidad de Transmisión Es el número de bits transmitidos por segundo cuando se envía un flujo continuo de datos.

Velocidad de Transmisión Estándar 75 150 300 600 1200 19200 9600 1800 4800 2400 bps

Espectro y Ancho de Banda Margen de frecuencias contenidas en la señal Ancho de Banda absoluto Anchura del espectro Ancho de Banda efectivo A menudo es el mismo que el Ancho de Banda Banda de frecuencias que contienen la mayor parte de la energía Componente continua (DC) Componente de frecuencia cero

Relación entre Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión El medio de transmisión de las señales limita mucho las componentes de frecuencia a las que puede ir la señal , por lo que el medio sólo permite la transmisión de cierto ancho de banda . En el caso de ondas cuadradas ( binarias ) , estas se pueden simular con ondas senoidales en las que la señal sólo contenga múltiplos impares de la frecuencia fundamental .

Relación entre Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión Cuanto más ancho de banda , más se asemeja la función seno (multifrecuencia ) a la onda cuadrada . Pero generalmente es suficiente con las tres primeras componentes . Al considerar que el ancho de banda de una señal está concentrado sobre una frecuencia central , al aumentar esta , aumenta la velocidad potencial de transmitir la señal . Pero al aumentar el ancho de banda , aumenta el coste de transmisión de la señal aunque disminuye la distorsión y la posibilidad de ocurrencia de errores .

ANCHO DE BANDA (Hz)<= 2·VELOCIDAD (bps)

Debemos tomar cuenta: 1. Para transmitir una señal sin deformación se requiere un ancho de banda infinito. 2. Todo medio de transmisión disminuye el ancho de banda, razón por la cual todas las señales sufren alguna deformación. 3. Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la velocidad de transmisión que puede obtenerse. 4. Cuanto mayor es la frecuencia de la señal, mayor es la velocidad de transmisión puesto que cada bit tiene un menor tiempo de duración y ello hace que sea posible enviar mayor cantidad de bits en el mismo tiempo.

Efecto del ancho de banda en las señales digitales

Capacidad del Canal de Transmisión Es La velocidad a la que se pueden transmitir los datos en un canal de comunicación. Tiene relación con la velocidad de transmisión, el ancho de banda, el ruido y La tasa de errores que es la razón a la que ocurren errores . Nyquist determinó que la máxima velocidad alcanzable para un ancho de banda dado es dos veces dicho ancho de banda si no existe ruido.

Capacidad del Canal de Transmisión Canal con ruido: C= 2B log2 M Donde, según Nyquist: C: Capacidad del Canal B : Ancho de Banda M : Cantidad de Niveles

Capacidad del Canal de Transmisión Canal sin ruido: C= B log2 ( 1+S/N ) Donde, según Shanon: C: Capacidad del Canal B : Ancho de Banda S : Potencia de la señal N : Potencia del Ruido

Cociente Eb/No Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio, Eb/No. Este es un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisión

Relación Eb/No siendo S potencia señal, Tb tiempo de un bit, R bits/sg Se define como el margen que hay entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios. Eb : energía de señal por bit (Eb=S·Tb=S/R) siendo S potencia señal, Tb tiempo de un bit, R bits/sg N0 : densidad de potencia de ruido por Hz

Se demuestra fácilmente que: O bien: siendo k la constante de Boltzmann, cuyo valor es y siendo T la temperatura absoluta en grados Kelvin

Multiplexión Digital Tiene como tarea combinar un número de flujos de impulsos de entrada, en un solo flujo de impulsos de salida, con una velocidad digital que es algo mayor que la suma de las velocidades de los imulsos de entrada y viceversa. N=30 N=24 Múltiplex Primario MIC N 1 Digital de Segundo Orden 2 3 4 2048 kbit/s 1544 kbit/s 8448 kbit/s 6312 kbit/s

Perturbaciones en la transmisión La señal recibida puede diferir de la señal transmitida Analógico - degradación de la calidad de la señal Digital – Errores de bits, causado por: Atenuación y distorsión de atenuación Distorsión de retardo Ruido

Efecto del ruido en señal digital

Códigos de Comunicación de Datos Los tres códigos más utilizados en el campo de la transmisión de datos, son: Código Baudot Código Estándar Americano para el Intercambio de Información, ASCII Código de Intercambio de Decimal Codificado en Binario Extendido, EBCDIC

CODIGO IRA Uno de los códigos más utilizados, es el Alfabeto de Referencia Internacional (IRA), también conocido como Alfabeto Internacional número 5, (IA5). Posee 7 bits, pudiendo representar hasta 128 caracteres. Los 128 caracteres están formando 4 grupos.

CODIGO IRA Grupo: Control de Formato: 6 caracteres. Grupo: Control de Transmisión: 9 caracteres Grupo: Separadores de Información: 4 caracteres Grupo: Miscelánea: 15 caracteres

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA. CODIFICACIÓN DE LÍNEA: es el proceso de asignación de formas de ondas arbitrarias para los unos y ceros. Para mejorar las prestaciones del sistema de transmisión, se debe utilizar un buen esquema de codificación, que establece una correspondencia entre los bits de los datos y los elementos de señal. Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema de codificación: Espectro de la señal: La ausencia de componentes de altas frecuencias, disminuye el ancho de banda. La presencia de componente continua en la señal obliga a mantener una conexión física directa (propensa a algunas interferencias). Se debe concentrar la energía de la señal en el centro de la banda para que las interferencias sean las menores posibles. 2. Sincronización: para separar un bit de otro, se puede utilizar una señal separada de reloj (lo cuál es muy costoso y lento) o bien que la propia señal porte la sincronización, lo cuál implica un sistema de codificación adecuado.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA. 3. Detección de errores: es necesaria la detección de errores ya en la capa física. 4. Inmunidad al ruido e interferencias: hay códigos más robustos al ruido que otros. 5. Coste y complejidad: Cuanto mayor es la velocidad de elementos de señal para una velocidad de transmisión dada, mayor es el Coste. – Algunos códigos implican mayor velocidad de elementos de señalización que de transmisión de datos

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA. TÉCNICAS DE ALTIBAJOS O NRZ-L: No Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level NRZ-I: No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero (NRZ) Non Return to Zero AMI Bipolar (Alternate Mark Inversion) Binario Multinivel PSEUDOTERNARIO MANCHESTER BIFASE MANCHESTER DIFERENCIAL B8ZS (Bipolar con 8 ceros de sustitución) HDB3 (Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros) TÉCNICAS DE ALTIBAJOS O SCRAMBLING

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA NRZ-L: No Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA NRZ-I: No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero En esta codificación el bit ‘1’ se representa con la inversión del nivel de voltaje. Lo que representa el bit ‘1’ es la transición entre un voltaje positivo y un voltaje negativo, o al revés, no los voltajes en sí mismos. Un bit ‘0’ no provoca un cambio de voltaje en la señal. Así pues, el nivel de la señal no solo depende del valor del bit actual, sino también del bit anterior.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA. • VENTAJAS: – Fáciles de implementar. – Utilización eficaz del ancho de banda. • DESVENTAJAS: – Presencia de una componente continua. – Ausencia de capacidad de sincronización. • Se usan con frecuencia en las grabaciones magnéticas. • No se suelen utilizar en la transmisión de señales.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA. Binario Multinivel.  • Usan más de dos niveles de señal • Bipolar-AMI: (Alternate Mark Inversion) 0: No hay señal 1: Pulso positivo o negativo, polaridad alternante • PSEUDOTERNARIO: 0: Pulso positivo o negativo, polaridad alternante 1: No hay señal

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA Bipolar-AMI: (Alternate Mark Inversion) Ventajas: Para la cadena de “1” se tiene sincronismo. No hay componente CD El ancho de banda es, menor que para NRZ Se puede usar la alternancia para los “1” como una forma de detectar errores. Desventajas: Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA PSEUDOTERNARIO Ventajas Se puede enviar la señal de sincronismo con la información. No se tiene componente contínua. Se disminuye el ancho de banda Desventajas Una larga cadena de “1” hace perder el sincronismo. El sistema receptor se ve obligado a distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA BIFASE. MANCHESTER Siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización. Regla: a) “1” lógico: transición de bajo a alto. b) “0” lógico: transición de alto a bajo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA La transición en mitad del intervalo se utiliza tan solo para proporcionar sincronización. La codificación de “0” se representa por la presencia de una transición al principio del intervalo del bit. Si es un 1 se representa mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA DESVENTAJAS Al menos una transición por cada bit pudiendo ser hasta dos Velocidad de modulación máxima doble que en NRZ Necesita más ancho de banda VENTAJAS Sincronización: el receptor se sincroniza con la propia señal (auto-sincronizados) Ausencia de componente continua Detección de errores, si hay una ausencia de la transición esperada

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA TÉCNICAS DE ALTIBAJOS O SCRAMBLING Usada para reemplazar secuencias que producirían una tensión constante por otras secuencias con transiciones para mantener el sincronismo. La secuencia de relleno debe Producir suficientes transiciones para sincronizar Ser reconocida por el receptor y reestablecer la original Tener la misma longitud que la original OBJETIVOS: Eliminar la componente continua Evitar que las secuencias largas sean señales de tensión continua No reducir la velocidad de transmisión de datos Tener cierta capacidad de detectar errores

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA B8ZS (Norteamérica) Se basa en un AMI bipolar. • Se fuerzan dos violaciones del código AMI • Probabilidad muy baja de haber sido causa por el ruido u otros defectos en la transmisión • El receptor identificará ese patrón y lo interpretará convenientemente como un octeto todo ceros.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA • Se sustituyen los grupos de 8 ceros por un patrón: – 000+-0-+ : si el último valor de tensión fue positivo – 000-+0+- : si el último valor de tensión fue negativo B = Señal bipolar válida V = Violación bipolar

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA HDB3 (Europa y Japón) Alta Densidad Bipolar 3 Ceros Basado en AMI bipolar Si aparece un cuarteto con todo ceros y el último valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue negativo, se codifica dicho cuarteto como 000- o bien +00+ Si aparece un cuarteto con todo ceros y el último valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue positivo, se codifica dicho cuarteto como 000+ o bien –00- En las violaciones siguientes se alternan las polaridades de las violaciones para evitar la componente continua Adecuado para transmisión a altas velocidades

Impar Par - 000- +00+ + 000+ -00- TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA HDB3 (Europa y Japón) Se basa en la codificación AMI. Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. El cuarto cero se sustituye por una violación del código. Numero de Pulsos Bipolares (unos) desde la última sustitución Polaridad del pulso anterior Impar Par - 000- +00+ + 000+ -00-

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA La sustitución dependerá: a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar. b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de los cuatro ceros.

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