Introducción a la transmisión digital y conceptos básicos.

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1 Introducción a la transmisión digital y conceptos básicos.
Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Vice-Rectorado Puerto Ordaz. Ingeniería Electrónica. Transmisión de Datos. Introducción a la transmisión digital y conceptos básicos. Integrantes: Jesús Rodríguez. Génesis Pinto. Julio Morey.

2 Sumario Introducción a la comunicación digital El mundo analógico
El mundo digital Características resaltantes Representación binaria de señales Proceso de digitalización o conversión analógica-digital Velocidad de transmisión El baudio Tasa de baudio Razón de bits Técnicas de modulación digital Técnicas de modulación uni-bit Modulación por conmutación de amplitud (ask) Modulación por conmutación de frecuencia (fsk) Modulación por conmutación de fase (psk)

3 Sumario Técnicas de modulación multi-bit
(cont.) Técnicas de modulación multi-bit Manipulación del desplazamiento cuaternario de fase (qpsk) Modulación de amplitud en cuadratura (qam) Ancho de banda de una señal digital Ancho de banda del canal Relación señal/ruido Longitud de onda Multiplexión digital Capacidad del canal Perturbación en la transmisión Ruido Distorsión de retardo Atenuación y distorsión de atenuación Coeficientes de energía y ruido Codificación de datos

4 el mundo analógico Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo.

5 Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc., son señales que tienen una variación continua.

6 Características resaltantes
Ventajas: La principal ventaja es que tiene el potencial de una cantidad infinita de resolución de la señal. En comparación con las señales digitales, las señales analógicas son de mayor densidad. Otra de las ventajas con las señales analógicas es que su tratamiento se puede lograr más sencillo que con el equivalente digital.

7 Desventajas: Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida. cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico. Un sistema de control (sea un computador, etc.) no tiene capacidad alguna para trabajar con señales analógicas, de modo que necesita convertirlas en señales digitales para poder trabajar con ellas.

8 el mundo digital La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango.

9 Características resaltantes
Ventajas: Ante la atenuación, puede ser amplificada y reconstruida al mismo tiempo, gracias a los sistemas de regeneración de señales. Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, en la recepción. Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal. Las señales digitales se ven menos afectadas a causa del ruido ambiental en comparación con las señales analógicas.

10 Características resaltantes
Desventajas: Necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior en el momento de la recepción. Requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj del transmisor con respecto a los del receptor. La señal digital requiere mayor ancho de banda que la señal analógica para ser transmitida.

11 Representación binaria de señales
Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no puede interpretar señales analógicas, ya que solo utiliza señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales BINARIAS, lo que se denomina proceso de digitalización de señales analógicas a digitales.

12 Proceso de digitalización o conversión analógica-digital
La digitalización o conversión analógica-digital: Consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud de una señal, redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte.

13 Muestreo: el muestreo consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo. Retención: las muestras tomadas han de ser retenidas por un circuito de retención, el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas.

14 Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son utilizados. Durante el muestreo y la retención, la señal aún es analógica, puesto que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la señal ya es digital.

15 Velocidad de transmisión
La velocidad de transmisión es la relación entre la información transmitida a través de una red de comunicaciones y el tiempo empleado para ello. Cuando la información se transmite digitalizada, esto implica que está codificada en bits (unidades de base binaria), por lo que la velocidad de transmisión también se denomina a menudo tasa binaria o tasa de bits.

16 Velocidad de transmisión
La unidad para medir la velocidad de transmisión es el bit por segundo (bps) pero es más habitual el empleo de múltiplos como kilobit por segundo (Kbps, equivalente a mil bps) o megabit por segundo (Mbps, equivalente a un millón de bps). Es importante resaltar que la unidad de almacenamiento de información es el byte, que equivale a 8 bits, por lo que a una velocidad de transmisión de 8 bps se tarda un segundo en transmitir 1 byte.

17 El baudio El baudio (en inglés baud) es una unidad de medida, usada en telecomunicaciones, que representa la cantidad de veces que cambia el estado de una señal en un periodo de tiempo, tanto para señales digitales como para señales analógicas.

18 Es importante resaltar que no se debe confundir el baud rate o velocidad en baudios con el bit rate o velocidad en bits por segundo, ya que cada evento de señalización (símbolo) transmitido puede transportar uno o más bits. Sólo cuando cada evento de señalización (símbolo) transporta un solo bit coinciden la velocidad de transmisión de datos baudios y en bits por segundo. Las señales binarias tienen la tasa de bit igual a la tasa de símbolos (rb = rs), con lo cual la duración de símbolo y la duración de bit son también iguales (Ts = Tb).

19 Razón de bits Es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps). Por ejemplo Si se tienen símbolos de 4 bits cada uno y la velocidad de transmisión de un módem de baudios/seg, ¿cual es la razón de bits a la entrada del modem? 2400 X 4 = bits/seg = bps

20 Técnicas de modulación digital
Las técnicas de modulación digital se caracterizan porque la PORTADORA es una SEÑAL ANALÓGICA y la MODULANTE es una SEÑAL DIGITAL.

21 Técnicas de modulación digital
Se clasifican en: Técnicas de modulación uni-bit Técnicas de modulación multi-bit Se considera un solo bit para modular la portadora. Se emplea un arreglo de más de un bit para modular la portadora. ASK FSK PSK nQAM nPSK

22 Modulación por conmutación
de amplitud (ask) En esta modulación la amplitud de una señal portadora se conmuta entre DOS valores, en respuesta a un código binario de entrada, manteniendo constante la frecuencia y la fase.

23 Modulación por conmutación de frecuencia (fsk)
Consiste en variar la frecuencia de la portadora entre dos valores diferentes, de acuerdo a los datos de entrada. Manteniéndose constante la amplitud y la fase de la señal portadora.

24 Modulación por conmutación de fase (psk)
Consiste en variar la fase de la portadora de acuerdo con la modulante. Manteniendo igual la Amplitud y la Frecuencia.

25 Manipulación del desplazamiento cuaternario de fase (qpsk)
Es otra forma de manipulación digital angular de amplitud constante. La QPSK es una técnica M-aria de modulación con M=4. Con esta codificación, son posibles cuatro fases de salida para la señal portadora. Como hay cuatro fases distintas de salida, debe haber 4 condiciones distintas de entrada.

26 Manipulación del desplazamiento cuaternario de fase (qpsk)

27 Modulación de amplitud en cuadratura (qam)
Es posible modificar dos parámetros simultáneamente en una portadora: la AMPLITUD y la FASE. Cuando este proceso se produce la modulación que se produce se llama Modulación de Amplitud en Cuadratura debido a que los fasores resultantes forman ángulo de 90º entre ellos.

28 Modulación de amplitud en cuadratura (qam)

29 Ancho de banda de una señal digital
Es la medida de datos y recursos de comunicación disponible o consumida expresados en bit/s o múltiplos de él (kbit/s, Mbit/s, entre otros).

30 Ancho de banda del canal
Se llama capacidad de un canal a la velocidad, expresada en bps (bits por segundo), a la que se pueden transmitir los datos en un canal o ruta de comunicación Relación señal/ruido 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.

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32 Longitud de onda La longitud de onda de la señal es la distancia que ocupa un ciclo completo de la señal que viaja a una velocidad "v". Donde: c: Constante de la velocidad de la luz (3*10^8 m/s) f: Frecuencia de la señal

33 Longitud de onda Ejemplo: La profundidad en el océano a la que se detectan las señales electromagnéticas generadas desde aeronaves crece con la longitud de onda. Por tanto, los militares encontraron que usando longitudes de onda muy grandes, correspondientes a 30 Hz, podrían comunicarse con cualquier submarino alrededor del mundo. La longitud de antena es deseable que sea del orden de la mitad de la longitud de onda. ¿Cuál debería ser la longitud típica de las antenas para operar a esas frecuencias?

34 Multiplexión digital La multiplexión es la transmisión de información proveniente de varias fuentes, a través de un mismo medio de transmisión a diferentes destinos.

35 Multiplexión digital El objetivo de los multiplexores digitales es combinar un numero de flujos de impulsos de entrada, tributarios, en un solo flujo de impulsos de salida, con una velocidad digital bruta que es algo mayor que la suma de las velocidades de los tributarios y viceversa.

36 El mayor inconveniente para conseguir esto es el RUIDO.
Capacidad del canal Es la cantidad de información que puede ser relativamente transmitida sobre canales de comunicación. Lo deseable es conseguir la mayor velocidad posible dado un ancho de banda limitado, no superando la tasa de errores permitida. El mayor inconveniente para conseguir esto es el RUIDO.

37 Capacidad del canal La capacidad del canal se inicio según la:
Ley de Hartley que desarrollo una relación donde tomo en cuenta el ancho de banda, la línea de transmisión y la capacidad de información. I: Es la capacidad del canal de información del sistema B: Es el ancho de banda disponible (Hz) T: Línea de transmisión (s)

38 Capacidad del canal Luego Shannon, relacionó la capacidad de información de un canal de comunicación al ancho de banda y a la relación señal-ruido Esta relación, mucho mas útil que la anterior, es conocida como Limite Shannon Donde: I: Capacidad de información (bps) B: Ancho de banda (Hz). S/N: Relación señal a ruido (no posee unidades).

39 Perturbaciones en la transmisión
Las perturbaciones en una transmisión de señales analógicas o digitales es inevitable, pues existen una serie de factores que afectan a la calidad de las señales transmitidas por lo que nunca serán iguales a las señales recibidas. Las principales perturbaciones son: Ruido Distorsión de Retardo Atenuación y Distorsión de Atenuación

40 Perturbaciones en la transmisión
RUIDO Es el conjunto de señales extrañas a la transmisión que se introduce en el medio de transmisión provocando alteraciones Esta Clasificado por: Ruido Térmico Ruido de Intermodulación Diafonía Ruido Impulsivo

41 Perturbaciones en la transmisión
Ruido Térmico Es provocado por la excitación de electrones debido al incremento de temperatura y se mantiene uniforme en el rango de frecuencia a la cual se transmite el mensaje. Se Puede calcular mediante la formula: N=KT(w/Hz) Donde: N=Densidad de potencia de ruido térmico(w/Hz) K=Constante de Boltzmann (1.3803x10^23 J/K) T=Temperatura(absoluta), en kelvin

42 Perturbaciones en la transmisión
Ruido de Inter modulación Este tipo de ruido se produce en sistemas de transmisiones no lineales produciéndose la inserción de nuevas frecuencias las cuales se adicionan o se restan con las frecuencias de la señal mensaje degenerándola.

43 Perturbaciones en la transmisión
Diafonía Se produce cuando las señales de transmiten en medios adyacentes donde parte de las señales de uno, producto del acoplamiento magnético que produce la corriente de la mensaje, perturba la señal en el otro.

44 Perturbaciones en la transmisión
Ruido Impulsivo Este tipo de ruido es impredecible puesto que siempre esta presente en forma de sobresaltos o picos de amplitud de pequeña duración. Este tipo de ruidos no es muy notable en la transmisión de señales analógicas pero en las digitales podría provocar perdida de datos.

45 Perturbaciones en la transmisión
Distorsión de Retardo Es un método indirecto para evaluar las características de retardo de un circuito, es decir , evalúa la relación entre la fase y frecuencia de un circuito. Para que la transmisión de datos no tenga errores se requiere una relación lineal entre la fase y la frecuencia.

46 Perturbaciones en la transmisión
Atenuación: Es la reducción de la densidad de potencia de una onda electromagnética. Tipo de atenuación: Atenuación en el vacío: La que se produce cuando las ondas se propagan por el espacio y tienden a dispersarse. Atenuación por pérdida de absorción: Ocasionada por partículas que pueden absorber energía electromagnética. Ocurre cuando las ondas viajan en la atmósfera terrestre.

47 Perturbaciones en la transmisión
Distorsión de Atenuación Es la diferencia entre la ganancia del circuito a determinada frecuencia, entre la ganancia correspondiente a una frecuencia de referencia.

48 Coeficiente energía a ruido
Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio. Este resulta ser un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisión. Es medido en decibelios. Donde: Eb: Es la energía de señal por bit (Eb = S*Tb = S/R) Siendo S la potencia de señal, Tb el tiempo de un bit, y R vendría siendo bits/seg No: Densidad de potencia de ruido por Hz.

49 Coeficiente energía a ruido
En donde se demuestra que: O en otras palabras: y T la temperatura absoluta en grados Kelvin

50 Codificación de datos Es un código utilizado en un sistema de comunicaciones para propósitos de transmisión. Los códigos en línea son frecuentemente usados para el transporte digital de datos. Estos códigos consisten en representar la señal digital transformada a su amplitud respecto al tiempo.

51 Codificación de datos Los tipos mas comunes: Códigos NRZ. Bipolar.
Pseudo-ternario. Manchester. Manchester diferencial.

52 Codificación de datos Códigos NRZ
Se denomina NRZ porque el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos de valor 1. Dentro de los códigos NRZ se establece una clasificación NRZ-L (No se retorna a nivel cero) NRZ-I (No se retorna a 0 y se invierte al transmitir el 1) Al transmitir un 0 no se produce transición y en cambio al enviar un 1 se produce una transición a nivel positivo o negativo.

53 Codificación de datos Bipolar o AMI 0 No hay señal
1 nivel positivo o negativo alternante

54 Codificación de datos Pseudoternario 1 No hay señal
0 nivel positivo o negativo alternante

55 Codificación de datos Manchester
0 Transición de alto a bajo en mitad del intervalo 1 Transición de bajo a alto en mitad del intervalo Manchester diferencial Siempre hay una transición a mitad del intervalo 0 Transición al principio del intervalo 1 no hay transición al principio del intervalo

56 Codificación de datos

57 Codificación de datos B8ZS: La sustitución bipolar de 8 ceros, también llamada la sustitución binaria de 8 ceros, el canal claro, y 64 claros. Es un método de codificación usado sobre circuitos T1, que inserta dos veces sucesivas al mismo voltaje - refiriéndose a una violación bipolar - en una señal donde ocho ceros consecutivos sean transmitidos. Es decir, cuando aparecen 8 "ceros" consecutivos, se introducen cambios artificiales en el patrón basados en la polaridad del último bit 'uno' codificado: V: Violación, mantiene la polaridad anterior en la secuencia. B: Transición, invierte la polaridad anterior en la secuencia. Los ocho ceros se sustituyen por la secuencia: 000V B0VB B8ZS está basado en el antiguo método de codificación llamado Alternate Mark Inversion ( AMI).

58 Codificación de datos

59 Codificación de datos El código HDB3 es un buen ejemplo de las propiedades que debe reunir un código de línea para codificar en banda base: -El espectro de frecuencias carece de componente de corriente continua y su ancho de banda está optimizado. -El sincronismo de bit se garantiza con la alternancia de polaridad de los "unos", e insertando impulsos de sincronización en las secuencias de "ceros". En HDB3 se denomina impulso a los estados eléctricos positivos o negativos, distintos de "cero". (0 voltios). Cuando aparecen más de tres ceros consecutivos, estos se agrupan de 4 en 4, y se sustituye cada grupo 0000 por una de las secuencias siguientes de impulsos: B00V ó 000V. -B indica un impulso con distinto signo que el impulso anterior. Por tanto, B mantiene laley de alternancia de impulsos, o ley de bipolaridad, con el resto de impulsos transmitidos. -V indica un impulso del mismo signo que el impulso que le precede, violando por tanto la ley de bipolaridad. El grupo 0000 se sustituye por B00V cuando es par el número de impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir. El grupo 0000 se sustituye por 000V cuando es impar el número de impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir.

60 Codificación de datos

61 Gracias por su atención