Transmisión análoga y Transmisión digital

Presentación del tema: "Transmisión análoga y Transmisión digital"— Transcripción de la presentación:

1 Transmisión análoga y Transmisión digital
AM (modulación de amplitud) FM (modulación de frecuencia) PM (modulación de fase) PAM (modulación por amplitud de pulso) PCM (modulación por codificador de pulso)

2 Transmisión de datos: Transmisión analógica
Los principios de la transmisión analógica La transmisión analógica de datos consiste en el envío de información en forma de ondas, a través de un medio de transmisión físico. Los datos se transmiten a través de una onda portadora: una onda simple cuyo único objetivo es transportar datos modificando una de sus características (amplitud, frecuencia o fase). Por este motivo, la transmisión analógica es generalmente denominada transmisión de modulación de la onda portadora.

3 Transmisión analógica
Estas señales se caracterizan por el continuo cambio de amplitud de la señal. En la ingeniería de control de procesos la señal oscila entre 4 a 20 miliamperios, y es transmitida en forma puramente analógica. En una señal analógica el contenido de información es muy restringida; tan solo el valor de la corriente y la presencia o no de esta puede ser determinado.

4 Se definen tres tipos de transmisión analógica, según cuál sea el parámetro de la onda portadora que varía:

5 Transmisión por modulación de la amplitud de la onda portadora (AM)
Modulación de amplitud es el proceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal modulante. Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagarse por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias. Con la modulación de amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud.

6 Transmisión a través de la modulación de frecuencia de la onda portadora (FM)
Teóricamente la modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia. En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora.

7 Transmisión por modulación de la fase de la onda portadora-----PM
Este también es un caso de modulación donde las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia. En este caso el parámetro de la señal portadora que variara de acuerdo a señal moduladora es la fase.

8 ventajas: Desventajas:
El procesamiento es relativamente más simple (comparado con digital) su transmisión también es más simple. Desventajas: Susceptibles de interferencias y de generar interferencias.

9 Transmisión analógica de datos analógicos
Este tipo de transmisión se refiere a un esquema en el que los datos que serán transmitidos ya están en formato analógico. Por eso, para transmitir esta señal, el DCTE (Equipo de Terminación de Circuito de Datos) debe combinar continuamente la señal que será transmitida y la onda portadora, de manera que la onda que transmitirá será una combinación de la onda portadora y la señal transmitida. En el caso de la transmisión por modulación de la amplitud, por ejemplo, la transmisión se llevará a cabo de la siguiente forma:

10 Modulación PAM. La modulación por amplitud de pulso(PAM) es un término que se utiliza para describir la conversión de señales analógicas en señales de pulsos donde la amplitud del impulso denota la información analógica. PAM usa una técnica llamada: Probada y tomada, se le conoce con este nombre porque se dice que en un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente.

11 Uso de PAM. Dado a la multíplices facilidades que ofrece la modulación, PAM se usa como una forma intermedia de modulación, con PSK, QAM y PCM aunque raramente se use sola. Los sistemas PCM se están convirtiendo cada vez más en un sistema de modulación indispensables.

12 Muestreo de una señal Analógica.

13 Características de PAM.
Normalmente se le conoce como una sucesión de pulsos. Es una señal de banda lateral doble de modo que se requiere dos veces el ancho de banda requerido para la transmisión banda base. La amplitud de pulsos es cuantizada y representada por un patro binario Se encarga de recoger información análoga.

14 Modulación de amplitud por pulso en banda base.
Este es un sistema sin memoria ya que la posición de los pulsos transmitidos varía de acuerdo a los datos digitales de entrada. Sin embargo, para la transmisión en banda de datos digitales, el uso de PAM es mucho mejor en términos de utilización de potencia y ancho de banda.

15 Teorema de Muestreo. El proceso de muestreo es común a todos los sistemas de modulación de pulsos y por lo general, su descripción se hace en el dominio del tiempo. Mediante el muestreo, una señal analógica continua en el tiempo, se convierte en una secuencia de muestras discretas de la señal, a intervalos regulares. El teorema de muestreo establece que: Una señal continua, de energía finita y limitada en banda, sin componentes espectrales por encima de una frecuencia fmax, queda descrita completamente especificando los valores de la señal a intervalos de 1/2fmax segundos. La señal así muestreada puede recuperarse mediante un filtro de paso bajo. La frecuencia 2fmax se designa como frecuencia de Nyquist.

16 Ventajas de la modulación PAM.
Una de las ventajas mas importantes es la sencillez de los circuitos moduladores que usa PAM, ya que basta con que muestren la señal. Un tren de pulsos es más inmune al ruido que una señal analógica, puesto que si hay un pico de ruido entre 2 pulsos consecutivos el ruido no afectaría al tren de pulsos, mientras que sí afectaría a la señal analógica.

17 Desventajas: Una de las desventajas que se toma en cuenta es la ineficiencia en las comunicaciones ya que a pesar de que traduce la forma actual de la onda a una serie de pulsos, sigue teniendo la amplitud de pulsos de señal analógica y no digital.

18 Demodulación . Se refiere a la recuperación de la señal mediante un filtrado a paso bajo el cual se da cuando las trasmisiones de la señal PAM imponen condiciones severas respecto a las respuestas de magnitud y fase del sistema a causa de la corta duración de los pulso.

19

20 Modulación por codificación de pulsos (PCM)

21 Concepto La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglas en inglés de Pulse Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec Reeves en Una trama o flujo PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados. Los flujos PCM tienen dos propiedades básicas que determinan su fidelidad a la señal analógica original: la frecuencia de muestreo, es decir, el número de veces por segundo que se tomen las muestras; y la profundidad de bit, que determina el número de posibles valores digitales que puede tomar cada muestra.

22 Teorema De muestro (Nysquist)
El muestreo es el proceso de tomar medidas instantáneas de una señal análoga cambiante en el tiempo, tal como la amplitud de una forma de onda compleja. La información muestreada permite reconstituir más o menos una representación de la forma de onda original. Sin embargo, si las muestras son relativamente escasas (o infrecuentes), la información entre las muestras se perderá. El teorema de muestreo o Teorema de Nyquist establece que es posible capturar toda la información de la forma de onda si se utiliza una frecuencia de muestreo del doble de la frecuencia más elevada contenida en la forma de onda. En los sistemas telefónicos la velocidad de muestreo ha sido establecida a 8000 muestras por segundo. Una vez que la muestra y su valor han sido obtenidos, la cuantificación es el siguiente proceso para la reducción de la señal análoga compleja; éste permite aproximar la muestra a uno de los niveles de una escala designada.

23 Cuantificación y codificación
La señal muestreada se aplica a través de una cadena de divisores de voltaje a una serie de comparadores, cuyo número es igual al de niveles de cuantificación. La otra entrada a los comparadores procede de un voltaje de referencia preciso, aplicado a un divisor de voltaje similar al anterior, con tantas resistencias como niveles de cuantificación haya. Así por ejemplo, para codificación a 8 Bits se requieren 28 = 256 niveles de cuantificación y, por tanto 256 comparadores. N= numero de niveles M= numero de bits por muestra

24 Modulación por Codificación de Pulsos
Se basa como la anterior en el teorema de muestreo: " Si una señal f(t) se muestrea a intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que el doble de la frecuencia significativa más alta de la señal, entonces las muestras así obtenidas contienen toda la información de la señal original. La función f(t) se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante la utilización de un filtro paso - bajo". Es decir, se debe muestrear la señal original con el doble de frecuencia que ella, y con los valores obtenidos, normalizándolos a un número de bits dado (por ejemplo, con 8 bits habría que distinguir entre 256 posibles valores de amplitud de la señal original a cuantificar) se ha podido codificar dicha señal.

25 Relación señal a ruido para diferentes niveles de cuantificación

26 Proceso de Conversión analógica – digital

27 Ventajas de transmisión pcm
La modulación por codificación de pulsos está presente, bien sea en la forma tratada antes, o en alguna de sus variantes, en la mayoría de las aplicaciones para transmitir o procesar información analógica en forma digital. Sus ventajas se resumen en el hecho de emplear codificación de pulsos para la representación digital de señales analógicas, característica que lo distingue de todos los demás métodos de modulación analógica. Algunas de sus ventajas más importantes son: - Robustez ante el ruido e interferencia en el canal de comunicaciones. - Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo de la trayectoria de transmisión. -Formato uniforme de transmisión para diferentes clases de señales en banda base, lo que permite integrarlas con otras formas de datos digitales en un canal común mediante el multiplexado en tiempo. - Facilidad de encriptar la información para su transmisión segura.

28 Desventajas transmisión pcm
- Mayor costo del sistema. - Mayor complejidad del sistema. - Mayor ancho de banda necesario.

29 Métodos de modulación pcm
PCM Diferencial Cuando se muestrea una señal a una frecuencia ligeramente superior a la frecuencia de Nyquist, como ocurre en casi todos los casos prácticos, la señal muestreada presenta una elevada correlación entre muestras adyacentes, es decir que, en promedio, la señal no cambia substancialmente entre muestras sucesivas. Como resultado de esto la varianza de la diferencia entre muestras adyacentes es menor que la de la señal en sí. Por consecuencia, la señal codificada en PCM contiene información redundante que no es indispensable para su adecuada recuperación en el receptor, de modo que si se elimina esta redundancia antes de la codificación, se tendrá una señal codificada más eficiente.

30 .Modulación Delta En la Modulación Delta, la señal de entrada se sobre muestrea a una frecuencia mucho mayor que la de Nyquist para aumentar deliberadamente la correlación entre muestras adyacentes de la señal. Esto se hace para permitir una estrategia simple de cuantificación en la reconstrucción de la señal. En su forma básica, la modulación delta proporciona una aproximación en escalera de la versión sobre muestreada de la señal. .Modulación Sigma- Delta La entrada al cuantificador de un modulador delta convencional puede verse como una aproximación de la derivada de la señal de entrada, este tipo de modulación se obtiene integrando la señal original antes de la modulación delta. Este proceso tiene los siguientes efectos: - Refuerzo o pre acentuación de los componentes de baja frecuencia de la señal de entrada. - Aumento de la correlación entre muestras adyacentes, con lo que se reduce la varianza de la señal de error a la salida del cuantificador. - Mayor simplicidad en el receptor.