TRANSMISION DE DATOS

Velocidades en un sistema de transmisión

Velocidad de modulación

Se define como la inversa del tiempo más corto entre dos instantes significativos de la señal.

Esta velocidad está dada por la velocidad de cambio de la señal y por lo tanto dependerá del

esquema de codificación elegido.

Velocidad de transmisión

Está dada por la cantidad de bits que se transmiten por segundo independientemente de si

los mismos contienen información o no.

La velocidad de transmisión esta dada por:

Donde ni es la cantidad de niveles del canal i-ésimo que transmite en paralelo; siendo por lo

tanto n la cantidad de canales.

es la velocidad de modulación del i-ésimo canal.

Si tenemos un solo canal y trabajando con dos niveles como sucede con el sistema binario, la

velocidad de transmisión resulta

La unidad de medida de la velocidad de transmisión es bits/segundo.

Si se tiene un sistema multinivel, se puede incrementar la velocidad de transmisión sin

cambiar la velocidad de modulación.

Por ejemplo:

Si ni = 4

Si ni = 8

Si tenemos dos bits, las posibles combinaciones serán:

0 0

0 1

1 0

1 1

Si establecemos un nivel para cada combinación obtendremos una señal multinivel

Si aplicamos lo anterior a una secuencia binaria la señal que se transmite tendrá la siguiente

forma

Secuencia binaria: 101101001001

La señal anterior, si bien posee la misma velocidad de modulación que una señal binaria

tiene mayor velocidad de transmisión puesto que cada nivel significa la transmisión de 2 bits

(dibit).

El concepto de velocidad de modulación se emplea en transmisiones sincrónicas, puesto que

en transmisiones asincrónicas carece de sentido ya que no se tiene en cuenta la duración de

los bits de arranque y parada.

Velocidad de transferencia de datos

Está dad por la cantidad media de bits que se transmiten entre dos sistemas de datos.

Velocidad real de transferencia de datos

Se denomina así a la cantidad de bits transmitidos en la unidad de tiempo, con la condición

que el receptor los considere válidos.

VT > VTransf > VR.Transf

Relación entre el ancho de banda y la velocidad de transmisión

Si se tiene un sistema de comunicaciones a través del cual se transmiten datos binarios,

señal cuadrada, y considerando que la frecuencia de dicha señal es de 1 MHz.

De acuerdo al desarrollo de Fourier, por ser la señal cuadrada, solo tendremos armónicas

impares y si aceptamos una deformación que permita despreciar a las señales más allá de la

5ª armónica, el ancho de banda necesario para transmitir dicha señal será:

BW = 5f – f = 4f

BW = 5MHz – 1MHz = 4MHz

Ahora bien, si consideramos que a dicha frecuencia estamos transmitiendo ceros y unos, el

periodo resultara t = 1 ms, razón por la cual el tiempo de duración de cada bit será 0,5ms y

ello implica una velocidad de modulación de 2MBaudios. Si consideramos que se trata de un

solo canal y por ser la señal cuadrada tenemos 2 niveles, resulta que la velocidad de

transmisión y la velocidad de modulación coinciden numéricamente, resultando la velocidad

de transmisión VT = 2Mbits/seg.

Si ahora consideramos tener una señal cuya frecuencia es de 2MHz y aceptamos una

distorsión, al igual que en e caso anterior, que permita despreciar a las señales más allá de la

5ª armónica, el ancho de banda resultará

f = 2MHz

BW = 5 – 2MHz – 2MHz =10 MHz – 2 MHz = 8MHz

En este caso la duración de cada bit es de 0,25 ms, por lo tanto, siguiendo el mismo

razonamiento del caso anterior, la velocidad de transferencia resultara de 4Mbits/seg.

Si en un tercer análisis consideramos que la frecuencia de la señal es de 2MHz pero

aceptamos una distorsión en la cual se desprecian las señales cuya frecuencia esté más alla

de la tercera armónica, el ancho de banda resultara

f = 2MHz

BW = 3 – 2MHz – 2 MHz = 4MHz

y para la frecuencia dada la velocidad de transmisión es, igual que en el caso anterior, de 4

Mbits/seg.

Del análisis anterior podemos obtener las siguientes conclusiones

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.

Capacidad de un canal

Nyquist determinó que la máxima velocidad alcanzable para un ancho de banda dado es dos

veces dicho ancho de banda si no existe ruido.

Si se tienen señales de más de dos niveles, es decir que cada elemento de las señales

representa más de un bit, la fórmula de Nyquist resulta

C = 2 BW log2M

donde M es la cantidad de niveles.

Si existe ruido, la velocidad de transmisión debe disminuir pues se corre el riesgo de

aumentar la taza de errores ya que mayor cantidad de bits pueden verse afectados en el

mismo tiempo.

Solo es posible incrementar la velocidad de transmisión por medio de una transmisión

multinivel.

Capacidad de un canal con ruido

Teniendo en cuenta que el ruido es un parámetro fundamental y que el mismo se evalúa en

potencia

Shannon estableció que la capacidad de un canal de comunicaciones esta dada por la

siguiente expresión

La expresión de Shannon indica el máximo límite teórico que puede obtenerse y a dicha

capacidad se la denomina capacidad libre. En forma práctica la capacidad de un canal es

siempre menor que la capacidad libre.

Modos de transmisión de datos

La comunicación en los medios informáticos se realiza de dos maneras

Paralelo

Todos los bits se transmiten simultáneamente, existiendo luego un tiempo antes de la

transmisión del siguiente boque.

Este tipo de transmisión tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas cuando

la distancia es muy corta. La principal ventaja de esto modo de transmitir datos es la

velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo.

También puede llegar a considerarse una transmisión en paralelo, aunque se realice sobre

una sola línea, al caso de multiplexación de datos, donde los diferentes datos se encuentran

intercalados durante la transmisión.

Transmisión en paralelo

Serie

En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la

misma línea.

Transmisión en serie

A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos

se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los

datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y

generalmente el último bit es de paridad.

In aspecto fundamental de la transmisión serie es el sincronismo, entendiéndose como tal al

procedimiento mediante el cual transmisor y receptor reconocen los ceros y unos de los bits

de igual forma.

El sincronismo puede tenerse a nivel de bit, de byte o de bloque, donde en cada caso se

identifica el inicio y finalización de los mismos.

Dentro de la transmisión serie existen dos formas:

Transmisión asincrónica

Es también conocida como Stara/stop. Requiere de una señal que identifique el inicio del

carácter y a la misma se la denomina bit de arranque. También se requiere de otra señal

denominada señal de parada que indica la finalización del carácter o bloque.

Formato de un carácter

Generalmente cuando no hay transmisión, una línea se encuentra en un nivel alto. Tanto el

transmisor como el receptor, saben cual es la cantidad de bits que componen el carácter (en

el ejemplo son 7).

Los bits de parada son una manera de fijar qué delimita la cantidad de bits del carácter y

cuando e transmite un conjunto de caracteres, luego de los bits de parada existe un bit de

arranque entre los distintos caracteres.

A pesar de ser una forma comúnmente utilizada, la desventaja de la transmisión asincrónica

es su bajo rendimiento, puesto que como en el caso del ejemplo, el carácter tiene 7 bits pero

para efectuar la transmisión se requieren 10. O sea que del total de bits transmitidos solo el

70% pertenecen a datos.

Transmisión sincrónica

En este tipo de transmisión es necesario que el transmisor y el receptor utilicen la misma

frecuencia de clock en ese caso la transmisión se efectúa en bloques, debiéndose definir dos

grupos de bits denominados delimitadores, mediante los cuales se indica el inicio y el fin de

cada bloque.

Este método es más efectivo por que el flujo de información ocurre en forma uniforme, con lo

cual es posible lograr velocidades de transmisión más altas.

Para lograr el sincronismo, el transmisor envía una señal de inicioi de transmisión mediante

la cual se activa el clock del receptor. A partir de dicho instante transmisor y receptor se

encuentran sincronizados.

Otra forma de lograr el sincronismo es mediante la utilización de códigos auto sincronizantes

los cuales permiten identificar el inicio y el fin de cada bit.

Canal de Comunicación

Se denomina así al recurso físico que hay que establecer entre varios medios de transmisión

para establecer la comunicación.

Al canal de comunicación también se lo denomina vínculo o enlace.

Tipos de comunicación

En los canales de comunicación existen tres tipos de transmisión.

Simplex

En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es

unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de

radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor.

Duplex o Semi-duplex

En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor

y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este tipo

de comunicación se utiliza habitualmente en la interacción entre terminales y un computador

central.

Full Duplex

El sistema es similar al duplex, pero los datos se desplazan en ambos sentidos

simultáneamente. Para ello ambos transmisores poseen diferentes frecuencias de

transmisión o dos caminos de comunicación separados, mientras que la comunicación semi-

duplex necesita normalmente uno solo.

Para el intercambio de datos entre computadores este tipo de comunicaciones son más

eficientes que las transmisiones semi-duplex. 

Modulación

Se denomina modulación al proceso de colocar la información contenida en una señal,

generalmente de baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.

Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominada portadora, sufrirá la

modificación de alguna de sus parámetros, siendo dicha modificación proporcional a la

amplitud de la señal de baja frecuencia denominada moduladora.

A la señal resultante de este proceso se la denomina señal modulada y la misma es la señal

que se transmite.

Es necesario modular las señales por diferentes razones:

1) Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o moduladora, no será

posible reconocer la información inteligente contenida en dicha señal, debido a la

interferencia entre las señales transmitidas por diferentes usuarios.

2) A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al medio que

se emplee.

3) Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la multiplexación por

frecuencias.

4) En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables.

En resumen, la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya que

posibilita transmitir más información en forma simultánea por un mismo canal y/o proteger la

información de posibles interferencias y ruidos.

Demodulación

Es el proceso mediante el cuál es posible recuperar la señal de datos de una señal modulada.

Un MODEM es un dispositivo de transmisión que contiene un modulador y un demodulador.

Señales de transmisión y señales de datos

Las señales de transmisión corresponden a la portadora, mientras que las señales de datos

correspondes a la moduladora.

De acuerdo al sistema de transmisión, se pueden tener los siguientes casos.

Señal de transmisión Señal de Datos

Analógica Analógica

Analógica Digital

Digital Analógica

Digital Digital

Señales de transmisión analógicas y señales de datos analógicas

Señales de transmisión analógicas y señales de datos digitales

Señales de transmisión digitales y señales de datos analógicas

Señales de transmisión digitales y señales de datos digitales

Señales de transmisión analógicas y señales de datos analógicas

Dentro de este grupo tenemos los siguientes casos

Modulación de amplitud

Modulación exponencial

Dentro de este caso existen dos posibilidades

o Modulación de frecuencia

o Modulación de fase

Señales de transmisión analógicas y señales de datos digitales

Dentro de este caso la situación más conocida es la transmisión de datos digitales a través

de la red telefónica. Esta red se diseño originalmente para recibir, conmutar y transmitir

señales analógicas en el rango de frecuencias de vos (300 a 3400Hz). Por lo tanto esta red no

era del todo adecuada para la transmisión de señales digitales. No obstante se pueden

conectar dispositivos digitales mediante el uso de módems (modulador-demodulador), los

cuales convierten los datos digitales en señales analógicas y viceversa.

Los módems telefónicos, se utilizan en la red telefónica para producir señales en el rango de

frecuencias de voz, los módems de banda ancha, por ejemplo los módems ADSL y los

módems de cable o cablemodems, utilizan las mismas técnicas pero a frecuencias más altas

que las de la voz humana.

Dentro del grupo de transmisiones con señales de transmisión analógicas y datos digitales

tenemos los siguientes casos de técnicas de modulación o codificación dependiendo del

parámetro de la señal portadora que es afectado.

Desplazamiento de amplitud – ASK (Amplitudes-shift keying)

Desplazamiento de frecuencia – FSK (Frequency-shift keying)

Desplazamiento de fase – PSK (Phase-shift keying)

ASK - Desplazamiento de amplitud

ASK (Amplitudes-shift keying), es una modulación de amplitud donde la señal

moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes

diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos

binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro

dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora. En este caso la señal

moduladora vale

Mientras que el valor de la señal de transmisión (señal portadora) es dado por

vp(t) = Vp sen(2π fp t)

Donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora.

Como es una modulación de amplitud, la señal modulada tiene la siguiente expresión

v(t) = Vp vm(t) sen(2π fp t)

como ya vimos la en señal moduladora vm(t) al ser una señal digital toma únicamente los

valores 0 y 1, con lo cual la señal modulada resulta

La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera

Debido a que la señal moduladora es una secuencia periódica de pulsos, su espectro de

frecuencias obtenido por medio del desarrollo en serie compleja de Fourier tiene la

característica de la función sen x/x.

Este caso es similar a la modulación de amplitud para señales analógicas, o sea que se

produce un desplazamiento de frecuencias, que en este caso traslada todo el espectro de

frecuencias representativo de la secuencia de pulsos periódicos.

Por lo tanto concluimos que el ancho de banda necesario para esta transmisión es mayor que

el requerido para modulación de amplitud, debido a que la cantidad de señales de

frecuencias significativas (las del primer tramo) que contiene el espectro, dependiendo dicha

cantidad de la relación entre el período y el tiempo de duración de los pulsos.

ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de modulación

ineficaz.

La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas, en los

transmisores con LED, la expresión de la señal modulada sigue siendo válida. Es decir, un

elemento de señal se representa mediante un pulso de luz, mientras que el otro se

representa mediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienen normalmente un valor

de desplazamiento, "bias", que hace que el dispositivo emita una señal de alta intensidad

para representar un elemento y una señal de menor amplitud para representar al otro.

ASK - Desplazamiento de amplitud

ASK (Amplitudes-shift keying), es una modulación de amplitud donde la señal

moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes

diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos

binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro

dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora. En este caso la señal

moduladora vale

Mientras que el valor de la señal de transmisión (señal portadora) es dado por

vp(t) = Vp sen(2π fp t)

Donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora.

Como es una modulación de amplitud, la señal modulada tiene la siguiente expresión

v(t) = Vp vm(t) sen(2π fp t)

como ya vimos la en señal moduladora vm(t) al ser una señal digital toma únicamente los

valores 0 y 1, con lo cual la señal modulada resulta

La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera

Debido a que la señal moduladora es una secuencia periódica de pulsos, su espectro de

frecuencias obtenido por medio del desarrollo en serie compleja de Fourier tiene la

característica de la función sen x/x.

Este caso es similar a la modulación de amplitud para señales analógicas, o sea que se

produce un desplazamiento de frecuencias, que en este caso traslada todo el espectro de

frecuencias representativo de la secuencia de pulsos periódicos.

Por lo tanto concluimos que el ancho de banda necesario para esta transmisión es mayor que

el requerido para modulación de amplitud, debido a que la cantidad de señales de

frecuencias significativas (las del primer tramo) que contiene el espectro, dependiendo dicha

cantidad de la relación entre el período y el tiempo de duración de los pulsos.

ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de modulación

ineficaz.

La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas, en los

transmisores con LED, la expresión de la señal modulada sigue siendo válida. Es decir, un

elemento de señal se representa mediante un pulso de luz, mientras que el otro se

representa mediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienen normalmente un valor

de desplazamiento, "bias", que hace que el dispositivo emita una señal de alta intensidad

para representar un elemento y una señal de menor amplitud para representar al otro.

PSK - Desplazamiento de fase

PSK (Phase-shift keying), es una modulación de fase donde la señal moduladora

(datos) es digital.

Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se tienen en cuenta los

desplazamientos de fase y PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones.

Las consideraciones que siguen a continuación son válidas para ambos casos.

En PSK el valor de la señal moduladora está dado por

mientras que la señal portadora vale:

vp(t) = Vp cos(2π fp t)

En donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora.

La modulación PSK está caracterizada por

v(t) = vp(t) . vm(t)

o sea

v(t) = Vp . Vm cos(2π fp t)

Luego para Vm = 1

v(t) = Vp cos(2π fp t)

y para Vm = -1

v(t) = -Vp cos(2π fp t) = Vp cos(2π fp t + π)

Entre las dos últimas expresiones de v(t), existe una diferencia de fase de 180º, y la señal

varia entre dos fases, es por ello que se denomina 2PSK.

Al sistema modulador de 2PSK se lo suele comparar con una llave electrónica controlada por

la señal moduladora, la cual conmuta entre la señal portadora y su versión desfasada 180º.

Esquema para 2 PSK

El radio de la circunferencia es igual a 1 y representa la amplitud normalizada de la portadora.

En el sistema PSK convencional es necesario tener una portadora en el receptor para

sincronización, o usar un código autosincronizante, por esta razón surge la necesidad de un

sistema PSK diferencial. Es diferencial puesto que la información no esta contenida en la fase

absoluta, sino en las transiciones. La referencia de fase se toma del intervalo inmediato

anterior, con lo que el detector decodifica la información digital basándose en diferencias

relativas de fase.

Modulación MPSK (Multi-PSK)

En este sistema la fase de la señal portadora puede tomar secuencialmente N valores

posibles separados entre sí por un ángulo definido por

Este es un caso de transmisión multinivel, donde la portadora tomará los N valores posibles

de acuerdo a los niveles de amplitud de la señal moduladora.

Dado que la cadencia de una transmisión de datos binarios está dada por la cantidad de

veces que una señal cambia de nivel, observaremos como podemos enviar dos unidades de

información (dos bits), mediante un solo cambo de nivel.

Tengamos la siguiente secuencia de bits

Si a los bits de la cadena de información los tomamos de a dos, tendremos

10 | 11 | 01 | 00 | 10 | 01

O sea que al tomar los bits de a dos de una señal binaria unipolar, hay solo cuatro

combinaciones a la cuales se las denomina dibits.

00

01

10

11

Si a cada par de bits, le asignamos diferentes niveles o amplitudes de señal, se obtiene la

siguiente tabla.

Dibit Nivel Asignado

00 0

01 1

10 2

11 3

Los cuales se pueden representar de la siguiente manera

A los pulsos de las señales multinivel se los denomina dibits, puesto que en cada uno de ellos

se envían dos bits. En forma similar se pueden obtener tribits, cuadribits, etc.

Este tipo de señales son las que se emplean en MPSK. Para el caso particular de N = 4, se

tiene 4PSK o QPSK.

Como la señal portadora toma 4 valores posibles, se deberán producir 4 desplazamientos de

fase que nos proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit

diferente. Para este caso, gráficamente tendremos los siguientes desplazamientos de fase:

Si recordamos que la velocidad de transmisión Vt está dada por

Al aumentar N estamos incrementando la velocidad de transmisión para el mismo ancho de

banda, puesto que no hemos aumentado la velocidad de modulación.

Por otra parte el periodo de un dibit será el doble del periodo de un bit, o sea

Tdibit = 2 Tbit

De donde se deduce que el ancho de banda para cada caso será

En consecuencia para la misma velocidad de transmisión Vt cuando se transmiten dibits, se

requerirá la mitad del ancho de banda que para la transmisión de los bitts individuales.

En el sistema 4PSK las señales son más sensibles a los efectos de interferencias y ello

provoca un aumento en la tasa d error. Si se desea transmitir 4PSK con la misma tasa de

error que en 2PSK, se debe aumentar en 3dB la relación señal ruido.

Señales de transmisión digitales y señales de datos analógicas

Modulaciones de pulsos

Consiste en tomar muestras de la señal moduladora de datos a intervalos regulares, de modo

que el receptor a través de dichas muestras pueda reconstruir la señal de datos original.

En modulación de pulsos la información no está contenida en toda la señal moduladora, sino

que la información está codificada en forma digital mediante un muestreo adecuado. En la

demodulación, en general es suficiente con detectar la existencia o no de un pulso.

En la modulación de pulsos algún parámetro de pulso varía de acuerdo a un valor muestra de

la información.

Los pulsos representativos de la señal moduladora son de muy corta duración en

comparación al tiempo entre ellos. Debido a esta circunstancia, la potencia transmitida se

puede concentrar en ráfagas cortas, en lugar de ser enviada en forma continuada.

La modulación de pulsos es más un técnica de procesamiento de información que una

modulación, puesto que no hay traslación de fase.

Muestreo

Una aproximación simple del muestreo, se consigue por medio de la operación de

conmutación.

 

El conmutador contacta periódicamente entre 1 y 2 con una frecuencia fs = 1/Ts, y

permanece en contacto con el Terminal 1 de la señal de entrada un tiempo T, para luego

estar contactado a masa el resto del tiempo Ts, A fs se la denomina frecuencia de muestreo,

siendo Xs (t) la señal modulada (muestreada).

Si llamamos S(t) a la función de conmutación (forma de variación de la conmutación), siendo

al misma una secuencia periódica de pulsos de muestreo de amplitud unitaria, podemos

considerar a la modulación como el producto de la señal moduladora de datos por la función

S(t).

XS(t) = X(t) S(t) (1)

Como S(t) es una función periódica de pulsos, haciendo un adecuado cambio de variables y

aplicando la serie de Fourier, tenemos:

y como W1 = WS resulta f1 = fS

resulta:

Llamando:

a0=2C0 y an=2Cn

reemplazando en el desarrollo de Fourier, resulta:

(2)

reemplazando (2) en (1) tenemos:

Si X(t) = sen 2pft reemplazando resulta

como sen x cos y = ½ [sen (x+y) + sen (x-y)], resulta

La expresión anterior indica que la operación de muestreo ha dejado al espectro del mensaje

de datos intacto (primer término), repitiéndolo periódicamente en un espaciamiento fs.

Si el ancho de banda de la señal de datos (el ancho de banda necesario para que la señal

recibida se corresponda con la señal emitida, o sea para que la deformación sea mínima) es

W, para que las bandas laterales no se solapen, la frecuencia de muestreo fs, deber ser como

mínimo:

fs - W = W de donde obtenemos la frecuencia de muestreo mínima

fs = 2 W

a esta frecuencia se la denomina velocidad de Nyquist y una demostración más rigurosa se

obtiene por medio de la teoría del muestreo.

Por lo tanto, la velocidad de muestreo debe ser fs > 2W

Y por lo tanto el período del muestreo resulta Ts = 1 / fs = 1/2W

Y cuando esto satisface, en el receptor se filtra Xs(t) por medio de un filtro pasabajos,

obteniéndose a la salida del mismo una señal que será proporcional a X(t), resultando de

esta la recuperación de la señal de datos.

Si fs < 2W, la señal obtenida no responde exactamente a la señal muestreada, debido al

efecto de interferencia de las coles espectrales (aliasing).

Hay dos técnicas de modulación de pulsos

Modulación analógica de pulsos

Modulación de pulsos codificados

Señales de transmisión digitales y señales de datos digitales

En este caso tanto la señal de datos como la señal de transmisión son digitales y se

utilizan las mismas codificaciones que en la transmisión en banda base.

Perturbaciones en una transmisión

Hay tres tipos de perturbaciones

Ruido

Distorsión

Interferencia

Ruido

Son señales no deseadas que ingresan al sistema de comunicaciones y que no pueden

evitarse. Generalmente se deben a las características eléctricas del sistema de

comunicaciones o del medio a través del cual se transmite. Dichas señales producen

variaciones en la amplitud de la señal de datos. Se define como relación señal/ruido y se

expresa en decibeles a la relación entre la potencia de la señal y la potencia del ruido.

Cuanto más alta sea la relación anterior mejor calidad tendrá la transmisión.

Las señales de ruido tienen determinadas frecuencias que dependen de los dispositivos

eléctricos del sistema. Cuando las señales de ruido abarcan todo el espectro de frecuencias

se denomina ruido blanco.

Según su origen se puede clasificar al ruido en las siguientes categorías:

Ruido térmico

Ruido de intermodulación

Ruido impulsivo

Ruido Térmico

Se debe a la agitación térmica de los electrones dentro del conductor y es función de la

temperatura. Este tipo de ruido se encuentra presente en todos los dispositivos electrónicos

y medios de transmisión. El ruido térmico no se puede eliminar por lo que representa un

límite superior a las prestaciones que pueden alcanzarse con los sistemas de

comunicaciones.

Ruido de Intermodulación

Cuando señales de diferentes frecuencias comparten un mismo medio de transmisión puede

producirse un ruido de intermodulación. Este tipo de ruido genera señales a frecuencias que

son suma o diferencia de las dos frecuencias originales, o múltiplos de éstas. Por ejemplo si

se tienen dos frecuencias f1 y f2 la mezcla de las mismas puede producir energías a

frecuencias f1 + f2 y éstas frecuencias pueden interferir con una señal de frecuencia f1 + f2.

El ruido de intermodulación se produce cuando existe alguna "no linealidad" en el transmisor,

receptor o en el sistema de transmisión. Estos sistemas, normalmente, se comportan como

sistemas lineales, es decir, la salida es igual a la entrada multiplicada por un valor constante.

En cambio en los sistemas no constantes la salida es una función más compleja de la

entrada. Estas componentes pueden aparecer a causa de de un funcionamiento incorrecto de

los sistemas o por el uso de excesiva energía en la señal.

Ruido impulsivo

El ruido impulsivo es no continuo y está constituido por pulsos o picos irregulares de corta

duración y amplitud relativamente grande, en contraste con los tipos de ruidos anteriores

que son razonablemente predecibles y de magnitud constante. Estos pulsos se generan por

diversas causas, por ejemplo son generados perturbaciones electromagnéticas exteriores

producidas por tormentas atmosféricas o fallos y defectos en los sistemas de comunicación.

Distorsión

Es una perturbación que produce la deformación de la señal en un sistema de

comunicaciones. Dado que por las características físicas el sistema de comunicaciones está

restringido a determinadas frecuencias y recordando el desarrollo de Fourier resulta que la

distorsión estará dada por la falta de las señales de frecuencias no aceptadas por el sistema

de comunicaciones.

Interferencia

Dicha perturbación es debida a señales provenientes de otras transmisiones, las cuales

debido a la proximidad de las frecuencias se mezclan con las de la señal que se transmite.

Señales en banda base

Banda Base

Se denomina banda base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de

modulación a la salida de la fuente que las origina, es decir son señales que son transmitidas

en su frecuencia original. Dichas señales se pueden codificar y ello da lugar a los códigos de

banda base.

Las señales empleadas en banda base se pueden clasificar de la siguiente forma:

Unipolares

En este caso un 1 siempre toma una polaridad, positiva o negativa, mientras que un 0 vale

siempre 0.

Polares

En este caso la señal tomara valores positivos para un 1 lógico y negativos para un 0 lógico

pero nunca toma el valor 0.

Bipolares

En este caso un dígito toma valor con polaridad alternada mientras que el otro permanece

siempre en 0.

Transmisión en banda base

Es utilizada para cortas distancias debido a su bajo costo. El MODEM no efectúa modulación

alguna sino que solo las codifica.

Los datos se codifican para solucionar los siguientes aspectos inherentes a la banda base:

Disminuir la componente continua

Proveer sincronismo entre transmisor y receptor

Permitir detectar la presencia de la señal en la línea

Como se está trabajando con pulsos, de acuerdo al desarrollo de Fourier, se puede tener un

valor importante de la componente continua. Al codificar se trata de disminuir dicho valor

pues el sistema de transmisión puede poseer amplificadores y/o transformadores que no

tendían en cuenta la componente continua y ello provocaría una deformación de la señal.

Es posible utilizar banda base en redes LAN y en otro tipo de redes siempre y cuando no se

emplee la red pública de comunicaciones.

Características de la transmisión en banda base

La señal más simple que se emplea es la NRZL (NonReturn to Zero Level)

La señal no retorna a 0 y el pulso de tensión tiene la duración de 1 bit.

Generalmente un 1 lógico es un pulso de tensión mientras que un 0 lógico es la ausencia de

dicho pulso de tensión.

Técnicamente se las conoce como señales on/off y las mismas tienen una alto valor de

componente continua.

La mayor parte de la potencia transmitid se encuentra en las primeras armónicas puesto que

el desarrollo de la serie de Fourier da un espectro de la forma sen(x)/x

En esta transmisión está limitado el uso de transformadores puesto que los mismos no

permiten el paso de la corriente continua, únicamente funcionan con corriente alterna.

No es posible enviar junto con los datos una señal de sincronismo. El receptor se sincroniza

por medio de las transiciones de pulsos recibidos. Pero si se tiene una larga secuencia de

ceros o de unos, la señal permanece constante durante un tiempo bastante largo en la línea

y el receptor no puede identificar el principio y fin de cada bit. Este inconveniente se resuelve

con la codificación.

En transmisiones en banda base puede producirse una deformación por interferencia entre

símbolos (intersímbolos), la cual es debida a la superposición parcial de señales que

corresponde a cada bit.

 

Códigos

Códigos Usados en Banda Base

La codificación en banda base debe ser considerada como una disposición diferente de los

bits de la señal on/off a fin de adaptar la misma al sistema de transmisión utilizado.

Los códigos que se utilizan son:

NRZ

Se pueden utilizan los código NonRetourn to Zero Level (NRZ-L), de los cuales los más

empleados son el unipolar y el bipolar.

NRZ Unipolar

 

NRZ bipolar

En el receptor y el transmisor se debe efectuar un muestreo de igual frecuencia.

Este código no es autosincronizante, y su principal ventaja es que al emplear pulsos de larga

duración requiere menor ancho de banda que otros sistemas de codificación que emplean

pulsos más cortos.

 

RZ

Se emplea el RZ (Retourn to Zero) polar. En este caso se tiene tensión positiva en una parte

de la duración de un 1 lógico, y cero tensión durante el resto del tiempo. Para un 0 lógico se

tiene tensión negativa parte del tiempo y el resto del tiempo del pulso la tensión es cero.

RZ Polar

Este código si es autosincronizante debido a que en reloj (clock) del receptor queda

sincronizado por la cadencia de los pulsos que llegan del transmisor puesto que todos los bits

tienen una transición, esto permite identificar a cada bit en una larga cadena de unos o

ceros.

RZ Biolar

A la ventaja de ser autosincronizante se le contrapone el hecho de requerir mayor ancho de

banda, pues los pulsos son de menor duración que en otros códigos, por ejemplo NRZ, lo cual

es una gran desventaja.

Codificación diferencial

En una codificación diferencial en lugar de determinar el valor absoluto, las señal se

decodifica comparando la polaridad de los bits con la los bits adyacentes.

Tiene dos etapas.

1) Formar la señal diferencial en el transmisor, siendo la misma la que va a ser transmitida.

2) En el receptor se debe recuperar la señal original.

El procedimiento es el siguiente:

En el transmisor se debe muestrear una señal NRZ. En el instante del muestreo en que se

detecta un 1 se produce una transición mientras que si es detectado un 0 no se produce

ninguna transición.

En el receptor se realiza también un muestreo de la señal recibida pero desfasado en un 50%

del tiempo con respecto al muestreo realizado por el transmisor. A la señal recibida

muestreada se la compara con las muestras adyacentes. Si hay transición se decodifica un 1

si no hay transición se decodifica un 0.

Una ventaja de la codificación diferencial es que en presencia de ruido puede ser más seguro

detectar una transición en lugar de comparar un valor con un umbral. Otra ventaja es que

aún si se pierde la polaridad de la señal, por ejemplo invirtiendo los cables de un par

trenzado, los 0 y 1 no se invertirán; a diferencia de lo que ocurre en códigos no diferenciales

como NRZ.

Código Manchester

En este código siempre hay una transición en la mitad del intervalo de duración de los bits.

Cada transición positiva representa un 1 y cada transición negativa representa un 0.

Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transición en el inicio del

segundo bit la cual no es tenida en cuanta en el receptor al momento de decodificar, solo las

transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el

receptor.

En está codificación no se tienen en cuanta los niveles de tensión sino que solo se consideran

las transiciones positivas y negativas.

Esta técnica posibilita una transición por bit, lo cual permite autosincronismo.

Se puede eliminar la componente continua si se emplean valores positivos y negativos para

representar los niveles de la señal.

Código Manchester diferencial

Durante la codificación todos los bits tienen una transición en la mitad del intervalo de

duración de los mismos, pero solo los ceros tienen además una transición en el inicio del

intervalo.

En la decodificación se detecta el estado de cada intervalo y se lo compara con el estado del

intervalo anterior. Si ocurrió un cambio de la señal se decodifica un 1 en caso contrario se

decodifica un 0.

El código Manchester diferencial tiene las mismas ventajas de los códigos Manchester con la

adición de las ventajas derivadas de la utilización de una aproximación diferencial.

Código HDB3

Este es un sistema de codificación utilizado en Europa, Asia y Sudamérica. La denominación

HDB3 proviene del nombre en ingles High Density Bipolar-3 Zeros que puede traducirse

como código de alta densidad bipolar de 3 ceros.

En el mismo un 1 se representa con polaridad alternada mientras que un 0 toma el valor 0.

Este tipo de señal no tiene componente continua ni de bajas frecuencias pero presenta el

inconveniente que cuando aparece una larga cadena de ceros se puede perder el

sincronismo al no poder distinguir un bit de los adyacentes.

Para evitar esta situación este código establece que en las cadenas de 4 bits se reemplace el

cuarto 0 por un bit denominado bit de violación el cual tiene el valor de un 1 lógico.

En las siguientes violaciones, cadenas de cuatro ceros, se reemplaza por una nueva

secuencia en la cual hay dos posibilidades

000V

R00V

Donde V es el bit de violación y R es un bit denominado bit de relleno.

Para decidir cual de las dos secuencias se debe utilizar se deben contar la cantidad de unos

existentes entre la última violación y la actual. Si la cantidad es par se emplea la secuencia

R00V y si es impar la secuencia 000V.

El primer pulso de violación lleva la misma polaridad del último 1 transmitido de forma de

poder detectar que se trata de un bit de violación.

En la combinación R00V el bit de violación y el de relleno poseen la misma polaridad.

Esta codificación es la interfaz de línea estándar para E1.