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OTROS APUNTES

CODIFICACIÓN DE LÍNEA

Teniendo ya la señal discretizada en tiempo(muestreo) y discretizada en amplitud(cuantificación), se dispone de una señal de M símbolos cuya tasa de transmisión se mide en baudios. Si se quiere una transmisión binaria, faltaría convertir los símbolos a bits. Esto implica que los unos y ceros resultantes deben ser representados con formas de onda específicas que influirán en:
Potencia de transmisión, ancho de banda, facilidad de recuperación del reloj en el receptor, detección y corrección de errores, etc.

A la asignación de formas de ondas arbitrarias para los unos y ceros se le llama Codificación de línea. Como uno de los efectos mas importantes de la codificación de línea es el ancho de banda, a continuación deduciremos el espectro de la señal aleatoria que resulta al aplicar sobre la señal muestreada y cuantificada un proceso de codificación de línea.

Codificación digital unipolar: La codificación unipolar usa una sola polaridad, codificando únicamente uno de los estados binarios, el 1, que toma una polaridad positiva o negativa, es decir, toman un mismo valor dentro de un tren de pulso. El otro estado, normalmente el 0, se representa por 0 voltios, es decir, la línea ociosa.

Codificación digital polar: La codificación polar utiliza dos niveles de voltaje, positivo y negativo.

  1. NRZ (No retornó a cero): El nivel de la señal es siempre positivo o negativo. Los dos métodos más utilizados son:
  • NRZ-L (Non Return to Zero-L): Un voltaje positivo significa que el bit es un ‘0’, y un voltaje negativo que el bit es un ‘1’.
  • NRZ-I (Non Return to Zero, Invert on ones): 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.
  1. RZ (Retorno a cero): Utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. Un bit ‘1’ se representa por una transición de positivo a cero y un bit ‘0’ se representa con la transición de negativo a cero, con retorno de voltaje 0 en mitad del intervalo.
  1. Bifase (autosincronizados): En este método, la señal cambia en medio del intervalo del bit, pero no retornó a cero, sino que continua el resto del intervalo en el polo opuesto. Hay dos tipos de codificación Bifase:
  • Manchester: Una transición de polaridad de positiva a negativa representa el valor binario ‘0’, y una transición de negativa a positiva representa un ‘1’.
  • Manchester Diferencial: Necesita dos cambios de señal para representar el bit ‘0’, pero solo ‘1’ para representar el bit ‘1’. Es decir, una transición de polaridad inversa a la del bit previo, para representar el ’0′ y una transición igual para el ’1′.

Codificación digital bipolar: La codificación digital bipolar, utiliza tres valores: Positivo, Negativo y Cero. El nivel de voltaje cero se utiliza para representar un bit “cero”. Los bits “uno” se codifican como valores positivo y negativo de forma alternada. Si el primer “uno” se codifica con una amplitud positiva, el segundo lo hará con una amplitud negativa, el tercero positiva y así sucesivamente. Siempre se produce una alternancia entre los valores de amplitud para representar los bits “uno”, aunque estos bits no sean consecutivos.

AMI (“Alternate Mark Inversion”)

Corresponden a un tipo de codificación que representa a los “unos” con impulsos de polaridad alternativa, y a los “ceros” mediante ausencia de pulsos.

El código AMI genera señales ternarias (+V -V 0), bipolares( + – ), y del tipo RZ o NRZ ( con o sin vuelta a cero ). La señal AMI carece de componente continua y permite la detección de errores con base en la ley de formación de los “unos” alternados.En efecto, la recepción de los “unos” consecutivos con igual polaridad se deberá a un error de transmisión.
Tal y como muestra la figura, la señal eléctrica resultante no tiene componente continua porque las marcas correspondientes al “1″ lógico se representan alternativamente con amplitud positiva y negativa. Cada impulso es neutralizado por el del impulso siguiente al ser de polaridad opuesta.

Codificando los “ceros” con impulsos de polaridad alternativa y los “unos” mediante ausencia de impulsos, el código resultante se denomina pseudoternario.

Los códigos AMI ( inversión de marcas alternadas) se han desarrollado para paliar los inconvenientes que presentan los códigos binarios NRZ y RZ ( el sincronismo y la corriente continua).

El código AMI consigue anular la componente continua de la señal eléctrica. Sin embargo no resuelve la cuestión de cómo evitar la pérdida de la señasl de reloj cuando se envían largas secuencias de ceros. Este problema lo solucionan los códigos bipolares de alta densidad de orden N, HDBN ( High Density Bipolar ) que pertenecen a la familia de los códigos AMI, y que evitan la transmisión de secuencias con más de N “ceros” consecutivos. El HDB3 es un código bipolar de orden 3.

B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution)

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. El dispositivo que recibe la señal interpreta la violación bipolar como una señal de engranaje de distribución, que guarda(mantiene) la transmisión y dispositivos de encubrimiento sincronizados. Generalmente, cuando sucesivos “unos” son transmitidos, uno tiene un voltaje positivo y el otro tiene un voltaje negativo.

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).

HDB3 (High Density Bipolar 3)

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”.

Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan el número de ceros consecutivos que se pueden transmitir: -HDB3 no admite más de 3 ceros consecutivos. Colocan un impulso (positivo o negativo) en el lugar del 4º cero.

-El receptor tiene que interpretar este impulso como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de los impulsos normales que representan a los “unos”.

-El impulso del 4º cero se genera y transmite con la misma polaridad que la del impulso precedente. Se denomina por ello V “impulso de violación de polaridad” ( el receptor reconoce esta violación porque detecta 2 impulsos seguidos con la misma polaridad).

-Para mantener la componente de corriente continua con valor nulo, se han de transmitir alternativamente tantas violaciones positivas como negativas ( V+ V- V+ V- … ).

-Para mantener siempre alternada la polaridad de las violaciones V, es necesario en algunos casos insertar un impulso B “de relleno” ( cuando la polaridad del impulso que precede a la violación V, no permite conseguir dicha alternancia). Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones de polaridad V del 4º cero serían obligatoriamente del mismo signo.

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.

Así se logra mantener la ley de bipolaridad de los impulsos correspondientes a los “unos”, y también la bipolaridad de las “violaciones” mediante los impulsos B y los impulsos V.

Reglas De  Codificación HDB3

1.     Se codifica en AMI al 50 % o (100%)

a.     Un 1 se alterna

b.     Un cero es cero

2.     Con cuatro ceros seguidos el cuarto se sustituye por una violación de polaridad igual a la del último 1:

3.     Si no se quebranta la bipolaridad por parte del pulso de violación se debe hacer un relleno en el primer cero del cuarteto de ceros (El número de pulsos entre 2 violaciones consecutivas siempre es un número impar)

a.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número impar pero negativo  el código de sustitución es 000-  (000V)

b.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número impar pero positivo  el código de sustitución es 000+  (000V)

c.      Sí # de pulsos desde la última violación es un número par pero negativo  el código de sustitución es +00+  (B00V)

d.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número par pero positivo  el código de sustitución es -00-  (B00V)

4.     En cadenas largas de ceros asuma número de pulsos como par

La detección elemental de los errores de transmisión típicos del ruido (inversión, duplicación o pérdida de impulsos), se realiza simplemente comprobando que los impulsos recibidos por el receptor cumplen las reglas de polaridad establecidas porla codificación HDB3.

Los errores se suelen detectar en el caso de que aparezcan los 4 ceros consecutivos que no permite el HDB3 o en el caso de la inserción de un “uno” y que las dos violaciones V+ queden con la misma polaridad. Sin embargo exiten casos en los cuales hay errores que son imposibles de detectar y que incluso se propagan generando aún más errores.

 

CÓDIGOS DE BLOQUES LINEALES

Codigo De Bloques: Los códigos de bloque son técnicas utilizadas para transformar un conjunto de datos binarios “N” en otro un poco más largo “K” donde se agregan unos bits de más para dar redundancia al código saliente K, donde (K>N). El número de dígitos de comprobación o redundancia será M=K-N; donde M son la cantidad dígitos adicionados.

El principio que se utiliza en los códigos de bloque consiste en estructurar los datos en bloques de longitud fija y añadir a cada bloque un cierto número de bits llamados bits de redundancia. Sólo ciertas combinaciones de bits son aceptables y forman una colección de palabras de código válidas. Cuando los datos se transmiten y llegan al receptor hay dos posibilidades:

  • Que la palabra que se recibe sea una palabra de código válido.
  • Que la palabra que se recibe no sea un código válido, en cuyo caso hay dos posibilidades:
    • El receptor puede recrear el bloque original FEC (código auto corrector).
    • El receptor puede pedir que se retransmita el bloque ARQ(código de autochequeo)

La idea generalde estos bloques es: 1.Sustituir a los caracteres por un código binario (por ejemplo el código ASCII basa 2). él obtiene así una larga cadena de 0 y de 1.

2.Recortar esta cadena en bloques de longitud dada, por ejemplo 64 bites.

3.Calcular un bloque el “añadiendo” bit por bit a una clave.

4.Desplazar algunos bites del bloque.

5.Reiniciar eventualmente una serie de veces la operación 3. llama eso una ronda.

Matriz Generadora de la matriz: Dado que el código lineal podría ser considerado como un subespacio lineal de Códigos   (Y por lo tanto una palabra de código es un vector en este subespacio lineal), cualquier palabra en clave   puede ser representada como una combinación lineal de un conjunto de vectores de la base   de tal manera que , Donde   es el mensaje y   es la matriz generadora.

Por otra parte, para cualquier subespacio lineal   , Hay una dimensión n – nulo el espacio k   de tal manera que   . Los vectores de la base del espacio nulo   otra forma de matriz   de tal manera que   , Donde   se llama la matriz del cheque de paridad.

Procedimiento para realizar la decodificación de bloque en un bloque recibido de símbolos codificados previamente de columna en columna con un código de bloque lineal (N, K), y de fila en fila con un código de detección de errores.

Clases de códigos lineales

1. Códigos Hamming: Un código Hamming (n, k) se caracteriza por una matriz H cuyas columnas son todas las posibles secuencias de n- k dígitos binarios excepto el vector 0. Los códigos Hamming son perfectos.

2. Códigos Hamming Extendidos: Estos códigos se obtienen añadiendo un símbolo adicional que computa todos los anteriores n símbolos de la palabra código.

3. Códigos Duales: Dos códigos se dice que son duales cuando la matriz de comprobación de paridad H de uno es la matriz generadora del otro.

4. Códigos Maximal-Length: Son los duales de los códigos HAMMING, por lo que la matriz de comprobación H de un código Hamming es la matriz generadora de uno maximal-length.

5. Códigos Reed-Muller: Son una familia de códigos que cubre un amplio rango de tasas y distancias mínimas. Para cualquier valor de m, y fijando un r < m, hay un código Reed-Muller con n=2^m

 

CODIFICACIÓN DEL CANAL

La codificación del canal consiste en introducir redundancia, de forma que     sea posible reconstruir la secuencia de datos original de la forma más fiable posible.

Hay dos técnicas de corrección de errores:

–  Detección de errores o corrección hacia atrás o ARQ (Automatic Repeat Request): Cuando el receptor detecta un error solicita al emisor la repetición del bloque de datos transmitido. El emisor retransmitirá los datos tantas veces como sea necesario hasta que los datos se reciban sin errores.

– Corrección de errores o corrección hacia delante o FEC(Forward Error Correction): Se basa en el uso de códigos autocorrectores que permiten la corrección de errores en el receptor.

Códigos Cíclicos: Son uno de los tipos de códigos lineales mas fáciles de implementar. Un código lineal es llamado cíclico si cumple las siguientes propiedades:

1) Linealidad: La suma de 2 palabras códigos es otra palabra código
2) Desplazamiento cíclico: Cualquier desplazamiento cíclico de una palabra código es otra palabra código.

3) Las componentes de un vector de código C0, C1, C2,       … Cn-1, pueden ser tratadas como un polinomio.

Códigos De Redundancia Cíclica: Son códigos cíclicos usados para detectar errores no para corregirlos. En este tipo de codificación se toma el mensaje m(x) y se modifica de acuerdo a un polinomio g(x); esto se logra 1) multiplicando o desplazando m(x) por el orden de g(x) 2) dividiendo m(x) desplazado entre g(x) 3) agregando el residuo de la división al final de m(x) para conformar el mensaje codificado. En el receptor se divide el mensaje codificado entre g(x); si no hay residuo es porque no hubo errores. La división puede efectuarse fácilmente con registros de desplazamiento y sumadores.

 

PDH: JERARQUÍA DIGITAL PLESIÓCRONA

Es una tecnología usada en telecomunicación tradicionalmente para telefonía que permite enviar varios canales telefónicos sobre un mismo medio (ya sea cable coaxial, radio o microondas) usando técnicas de multiplexación por división de tiempo y equipos digitales de transmisión. También puede enviarse sobre fibra óptica, aunque no está diseñado para ello y a veces se suele usar en este caso SDH (Sinchronous Digital Hierarchy).

PDH se basa en canales de 64 kbps. En cada nivel de multiplexación se van aumentando el número de canales sobre el medio físico. Es por eso que las tramas de distintos niveles tienen estructuras y duraciones diferentes. Además de los canales de voz en cada trama viaja información de control que se añade en cada nivel de multiplexación, por lo que el número de canales transportados en niveles superiores es múltiplo del transportado en niveles inferiores, pero no ocurre lo mismo con el régimen binario.

Distintas jerarquías de transmisión: Existen tres jerarquías plesiócronas diferentes: Europea, Americana y Japonesa. La Europea se basa en una señal de 2 Mbit/s, mientras que la Americana y la Japonesa se basan en la de 1,5 Mbit/s. La velocidad básica de transferencia de información, o primer nivel jerárquico, es un flujo de datos de 2,048 kbps (generalmente conocido de forma abreviada por “2 megas”).

Para transmisiones de voz, se digitaliza la señal mediante MIC usando una frecuencia de muestreo de 8 kHz (una muestra por cada 125 μs) y cada muestra se codifica con 8 bits con lo que se obtiene un régimen binario de 64 kbps (abreviado como “64K”). Agrupando 30 canales de voz más otros 2 canales de 64 kbps, utilizados para señalización y sincronización, formamos un flujo PDH E1. De forma alternativa es posible también utilizar el flujo completo de 2 megas para usos no vocales, tales como la transmisión de datos.

La velocidad del flujo de datos 2 megas es controlada por un reloj en el equipo que la genera. A esta velocidad se le permite una variación, alrededor de la velocidad exacta de 2,048 Mbps, de ±50 ppm (partes por millón). Esto significa que dos flujos diferentes de 2 megas pueden estar (y probablemente lo están) funcionando a velocidades ligeramente diferentes uno de otro.

Al fin de poder transportar múltiples flujos de 2 megas de un lugar a otro, estos son combinados, o multiplexados en grupos de cuatro en un equipo multiplexor. La multiplexación se lleva a cabo tomando un bit del flujo 1, seguido por un bit del flujo 2, luego otro del 3 y finalmente otro del 4. El multiplexor además añade bits adicionales a fin de permitir al demultiplexor del extremo distante decodificar qué bits pertenecen a cada flujo de 2 megas y así reconstituir los flujos originales. Estos bit adicionales son, por un lado, los denominados bits de justificación o de relleno y por otro una combinación fija de unos y ceros que es la denominada palabra de alineamiento de trama que se transmite cada vez que se completa el proceso de transmisión de los 30+2 canales de los 4 flujos de 2 megas, que es lo que constituye una trama del orden superior (8 megas).

La necesidad de los bits de relleno o justificación es que como cada uno de los flujos de 2 megas no está funcionando necesariamente a la misma velocidad que los demás, es necesario hacer algunas compensaciones. Para ello el multiplexor asume que los cuatro flujos están trabajando a la máxima velocidad permitida, lo que conlleva que, a menos que realmente esté sucediendo esto, en algún momento el multiplexor buscará el próximo bit, pero este no llegará, por ser la velocidad del flujo inferior a la máxima. En este caso el multiplexor señalizará (mediante los bits de justificación) al demultiplexor que falta un bit. Esto permite al demultiplexor reconstruir correctamente los flujos originales de los cuatro 2 megas y a sus velocidades plesiócronas correctas.

La velocidad del flujo resultante del proceso antes descrito es de 8,448 Mbps (8 megas) que corresponde al segundo nivel jerárquico. Por procedimientos similares se llega a los niveles tercero, constituido por 4 flujos de 8 megas y una velocidad de 34,368 Mbps (34 megas) y cuarto, formado por 4 flujos de 34 megas y una velocidad de 139,264 Mbps (140 megas).

De la misma forma, mediante la multiplexación de 4 flujos de 140 megas, se forma un flujo de 565 Mbit/s, pero su estructura y proceso de multiplexación, al contrario de lo que sucede con los cuatro niveles precedentes, no han sido normalizados por los organismos de normalización especializados UIT y CEPT, por lo que los flujos generados por los equipos de un fabricante pueden ser, y de hecho lo son, incompatibles con los de otro fabricante, lo que obliga a que el enlace completo de 565 Mbps esté constituido con terminales del mismo fabricante.

La velocidad de 565 Mbps es la típica de los sistemas de transmisión por fibra óptica, aunque en el pasado se ha utilizado, aunque con escaso éxito por sus estrictos requerimientos, sobre cables coaxiales.

Los equipos PDH están siendo actualmente reemplazados por equipos de tecnología SDH en la mayoría de las redes de telecomunicación debido a las mayores capacidades de transmisión de estos y a sus mejores condiciones para la operación y mantenimiento centralizado.

Equipos Múltiplex PDH de la Jerarquía de Transmisión Europea

Modelos:

  • Equipo Múltiplex digital plesiócrono de 2/8 Mbit/s: Equipo que en transmisión combina 4 señales tributarias a 2,048 Mbit/s, de forma que a la salida se obtiene una señal múltiplex de 8,448 Mbit/s. En recepción lleva a cabo la función complementaria.
  • Equipo Múltiplex digital plesiócrono de 8/34 Mbit/s: Equipo que en transmisión combina 4 tributarios de 8,448 Mbit/s, de forma que a la salida se obtiene una señal múltiplex de 34,368 Mbit/s. En recepción lleva a cabo la función complementaria.
  • Equipo Múltiplex digital plesiócrono de 34/140 Mbit/s: Equipo que en transmisión combina 4 tributarios de 34,368 Mbit/s, de forma que a la salida se obtiene una señal múltiplex de 139,264 Mbit/s. En recepción lleva a cabo la función complementaria.
  • Equipo Múltiplex digital plesiócrono de 140/565 Mbit/s: Equipo que en transmisión combina 4 tributarios de 139,264 Mbit/s, de forma que a la salida se obtiene una señal múltiplex de 564,992 Mbit/s. En recepción lleva a cabo la función complementaria. No está normalizado por la ITU-T. También se denomina múltiplex digital 4 x 140 Mbit/
  •  

Características:  Multiplexan 4 tributarios, N = 4.

El tipo de multiplexación de los tributarios es bit a bit.

Los bits de cada tributario no se presentan en la entrada en una posición fija (señales plesiócronas), ya que están controlados por relojes diferentes, que son a su vez distintos del reloj que controla la señal múltiplex, por lo que puede darse una superposición de bits al constituir la trama. Para resolver este problema se emplea la justificación positiva.

La ITU-T define en la G.701 que dos señales digitales que tengan la misma velocidad nominal V (bit/s), que mantengan sus desviaciones máximas respecto a esta cadencia dentro de límites especificados ±ΔV (bit/s) y que no provengan del mismo reloj son señales digitales plesiócronas.

Estructura de trama: La trama de un equipo múltiplex digital plesiócrono estará formada por:

bits de alineación de trama para la sincronización de la parte receptora del equipo múltiplex JDP distante.

  • bit de alarma (A). Indicación de alarma a la parte receptora del múltiplex JDP distante, cuando A=1.
  • bits de servicio (S) de uso nacional.
  • bits de información (Ii) de cada tributario (i), multiplexados bit a bit.
  • bits de control de justificación (Ci1 …CiN ). Son de 3 a 5 bits por cada tributario i, que están situados en posiciones fijas de la trama. Para cada tributario, indica al receptor distante que sí hay / no hay justificación para ese tributario en esa trama.
  • bits de justificación (Ji). Es 1 bit por cada tributario i, que está situado en una posición fija de la trama. Para cada tributario, puede ser un bit de justificación (valor 1) o un bit de información (valor 0 ó 1), dependiendo del valor de los bits de control de ese tributario:
  • si Ci1….CiN = “11…1″, será un bit de justificación valor 1
  • si Ci1….CiN = “00…0″, será un bit de información valor 0 ò 1

Trama De 2048 Kb/S: La organización temporal de los canales digitales se realiza mediante la Multitrama MFR (MultiFrame) consistente en 16 Tramas FR (Frame) numeradas desde fila 0 a 15. Cada trama tiene 32 columnas o Intervalos de Tiempo TS (Time Slot), numerados de 0 a 31. Cada intervalo de tiempo lleva un Octeto o Byte de un canal de 64 kb/s. Los tiempos la trama tienen una duración de 125 μseg, correspondiente al período de muestreo de una señal telefónica (8 kHz). Cada uno de los 32 intervalos de tiempo dura entonces 3,9 μseg y cada bit tiene una duración de 488 nseg. Una multitrama ocupa un tiempo de 2 mseg.

 

MAS informacion:

Diapositivas vacacional comunicaciones 1- 2011 I

CAPITULO 5: MODULACION POR PULSOS

INTRODUCCION

Las modulaciones de amplitud, frecuencia y fase se designan genéricamente como modulaciones de onda continua, en las cuales se varían los parámetros de una portadora senoidal continua de acuerdo a una señal moduladora de información (señal mensaje). En la modulación de pulsos, lo que se varía es alguno de los parámetros de un tren de pulsos uniformes, bien sea su amplitud, duración o posición. En este tipo de  modulación se distinguen dos clases:

-Modulación analógica de pulsos, donde la información se transmite básicamente en forma analógica, pero la transmisión tiene lugar a intervalos discretos de tiempo. En la modulación analógica de pulsos, la señal no necesariamente es de dos niveles, sino que el nivel de la señal puede tener cualquier valor real, si bien la señal es discreta, en el sentido de que se presenta a intervalos definidos de tiempo, con amplitudes, frecuencias, o anchos de pulso variables

-Modulación digital de pulsos, en que la señal de información es discreta, tanto en amplitud como en tiempo, permitiendo la transmisión digital como una secuencia de pulsos codificados, todos de la misma amplitud. Este tipo de transmisión no tiene contraparte en los sistemas de onda continua. En la modulación digital, la señal de información es un flujo binario compuesto por señales binarias, es decir cuyos niveles de voltaje sólo son dos y corresponden a ceros y unos.

 

TEOREMA DE MUESTREO

En el mundo digital, el muestreo es una de las partes que intervienen en la digitalización de las señales que consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de una señal analógica, siendo el intervalo entre las muestras constante. El ritmo de este muestreo, se denomina frecuencia o tasa de muestreo y determina el número de muestras que se toman en un intervalo de 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 ½ fmax segundos.

La señal así muestreada puede recuperarse mediante un filtro pasabajo. La frecuencia 2fmax se designa como frecuencia de Nyquist. Si una señal x(t), limitada en banda, es decir, que no tiene componentes espectrales por encima de una cierta frecuencia fmax se multiplica por un tren de impulsos con intervalo constante T. En el dominio de frecuencia, la operación anterior equivale a la convolución del espectro de la señal con el del tren de impulsos.

 Si el período de los impulsos es T = π /ωmax = ½  fmax , los espectros no se traslapan. Cuando la frecuencia de muestreo fo = ωo /2π es menor que la máxima frecuencia de la señal, el intervalo de muestreo T aumenta y los espectros se traslapan.  Al recuperar la señal en banda base mediante un filtro de paso bajo, con señales analógicas, se produce, distorsión en altas frecuencias y, con señales digitales, interferencia entre símbolos.

Si por otra parte, la frecuencia de muestreo es mayor que 2fmax, los espectros quedan separados por una banda de guarda que será mayor cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo y que garantiza la posibilidad de recuperar el espectro de la señal original sin distorsión.

Si la frecuencia de muestreo es inferior a la frecuencia de Nyquist (2fmax) se produce solapamiento de las bandas adyacentes, lo que produce un tipo de distorsión designado como aliasing. Para evitarlo, antes del muestreo se inserta un filtro de paso bajo (filtro antialiasing) con atenuación grande a frecuencias superiores a fmax  y el muestreo se realiza a una frecuencia ligeramente mayor que la de Nyquist, lo que produce una banda de guarda entre los espectros.

 

PAM: MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSOS

Las amplitudes de pulsos espaciados regularmente se varían en proporción a los valores de muestreo correspondiente de una señal de mensaje continua. Los pulsos pueden ser de la forma rectangular o de alguna otra forma apropiada; esta modulación es un poco similar al muestreo natural, donde la señal mensaje se multiplica por un tren periódico de pulsos rectangulares; sin embargo, en el muestreo natural la parte superior de cada pulso rectangular modulado varia con la señal del mensaje, en tanto que en la señal PAM esa parte se mantiene plana.

Este tipo de modulación es la consecuencia inmediata del muestreo de una señal analógica. Si una señal analógica, por ejemplo de voz, se muestrea a intervalos regulares, en lugar de tener una serie de valores continuos, se tendrán valores discretos a intervalos específicos, determinados por la, que debe ser como mínimo del doble de la frecuencia máxima de la señal muestreada.

La transmisión de las señales moduladas por amplitud de pulsos impone condiciones severas respecto a las respuestas en magnitud y fase del sistema, a causa de la corta duración de los pulsos. Por otra parte, el comportamiento de un sistema PAM respecto al ruido nunca puede ser superior al de transmisión en banda base. Sin embargo, la modulación por amplitud de pulsos es el primer paso indispensable en la conversión de señales analógicas a digitales, entendiéndose aquí por señal digital aquélla que solamente tiene dos niveles. La señal PAM es una señal discreta, no necesariamente digital.

La señal PAM s(t) se puede desmodular de forma sencilla utilizando un filtro paso bajo con frecuencia de corte igual al ancho de banda de la señal moduladora m(t). La señal recuperada tendrá una componente continua, debido a que la señal PAM contiene la señal portadora, que se puede eliminar de forma sencilla mediante un condensador de desacople. Además la señal recuperada tiene una ligera distorsión en amplitud debido al efecto apertura causado por el alargamiento de las muestras que se puede corregir utilizando un ecualizador.

 

OTRAS FORMAS DE MODULACIÓN POR PULSOS

Además de la modulación por amplitud de pulsos, pueden variarse otros parámetros del tren de pulsos sin modulación: la duración o el ancho de los pulsos y su posición relativa.

En la modulación por duración del pulso o PDM, las muestras de la señal moduladora m(t) se utilizan para modificar la duración de los pulsos individuales. La señal moduladora m(t) modifica el instante de tiempo del flanco de subida, del flanco de bajada o de ambos.

En PDM los pulsos largos gastan una cantidad considerable de potencia durante el pulso mientras que no añaden información adicional. Si dicha potencia adicional se elimina de la señal PDM y se conserva únicamente los instantes de las transiciones, se obtiene un tipo ms eficiente de modulación de pulsos denominado modulación por posición de pulsos o PPM. En PPM la posición relativa del pulso respecto a su posición sin modular varía de acuerdo con la señal moduladora m(t).

El análisis espectral de señales PDM y PPM es complicado.  Sea Ts el periodo de muestreo Ts es también la separación entre los flancos de subida de la señal PDM. La señal PDM se ha obtenido mediante muestreo natural en los flancos de bajada. Vamos a suponer también que la señal moduladora m(t) es sinusoidal con frecuencia fm. Bajo estos supuestos la señal PDM tiene las  siguientes componentes frecuenciales:

Componente continua a frecuencia cero igual al valor medio de la señal modulada. Componentes a frecuencias múltiplos enteros de la de muestreo fs = 1/Ts que corresponden a líneas espectrales en ±nfs para n = 1, 2, 3, . . . Estas componentes así como la componente continua son debidas al tren de pulsos sin modular que se puede considerar como señal portadora.

Componente a la frecuencia fm en fase con la señal moduladora que da lugar a las líneas espectrales ±fm. Componentes frecuenciales correspondientes a productos de modulación cruzados entre la señal moduladora sinusoidal y la señal portadora. Dan lugar a las líneas espectrales ±nfs ± mfm, para n,m =1, 2, 3, . . . Son pares de bandas laterales para cada componente de la señal portadora, excepto para frecuencia cero.

 

COMPROMISO ANCHO DE BANDA-RUIDO

En el contexto del desempeño ante el ruido, un sistema PPM constituye la forma óptima de modulación analógica por pulsos. El análisis de ruido de un sistema PPM revela que estos sistemas de modulación y los de modulación en frecuencia exhiben un desempeño ante el ruido similar.

1. Ambos sistemas tienen una figura de merito proporcional al cuadrado del ancho de banda de transmisión normalizado con respecto al ancho de banda del mensaje.

2. Ambos sistemas presentan un efecto umbral cuando se reduce la relación señal a ruido.

 

PCM: MODULACION POR PULSOS CODIFICADOS

En los sistemas PAM, PDM y PPM solo se expresa el tiempo de forma discreta, mientras que los parámetros de modulación: amplitud, duración y posición varían de acuerdo con el mensaje. En estos sistemas, la transmisión de la información es analógica en instantes discretos. Por otro lado, en PCM (Pulse Code Modulation), la señal es muestreada y cada muestra se redondea al más cercano de un conjunto finito de posibles valores. Así tanto la amplitud como el tiempo son discretos. De esta forma la información se puede transmitir con impulsos codificados.

La utilización de señales digitales en lugar de analógicas tiene tres ventajas:

-Robustez frente al ruido y las interferencias.

-Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo del camino de transmisión.

-Formato uniforme para diferentes tipos de señales banda base.

-Como inconveniente se puede citar el incremento del ancho de banda, así como el incremento de la complejidad. Con el incremento de disponibilidad de sistemas de banda ancha y la mejora de las tecnologías, los sistemas digitales se han puesto en práctica en muchos casos.

 

MODULACIÓN DELTA  

Es una modulación donde se convierte una señal analógica en una señal digital. La modulación delta consiste en comparar la señal dada con una sucesión de pulsos de amplitud los cuales son crecientes mientras la amplitud de esta sucesión se encuentra por debajo de la amplitud de la señal dada y es decreciente cuando la amplitud de los pulsos de muestreo supera la amplitud de la señal.

Ventajas Modulación Delta: Esta modulación permite seguir señales de cualquier amplitud, además el equipo transmisor y el    receptor son muy sencillos, no se requiere sincronismo de palabra.

Desventajas De Modulación Delta: Presenta ruido granular, sobrecarga de pendiente, transitoria, necesita una frecuencia de muestreo varias veces superior a la de Nyquist, esto es para que la predicción del valor anterior sea apropiada y por último, si se realiza TDM, cada canal requerirá un receptor separado.

Modulación Delta Adaptativa: Para mejorar el comportamiento del modulador delta se puede adaptar el tamaño del escalón en el tiempo.

CAPITULO 4: RUIDO

Se denomina ruido  a toda señal no deseada que se mezcla con la señal útil que queremos transmitir. Es el resultado de diversos tipos de perturbación que tiende a enmascarar la información cuando se presenta en la banda de frecuencias del espectro de la señal, es decir, dentro de su ancho de banda.

El ruido se debe a múltiples causas: a los componentes electrónicos (amplificadores), al ruido térmico de las resistencias, a las interferencias de señales externas, etc. Es imposible eliminar totalmente el ruido, ya que los componentes electrónicos no son perfectos. Sin embargo, es posible limitar su valor de manera que la calidad de la comunicación resulte aceptable.

Para medir la influencia del ruido sobre la señal se utiliza la relación señal/ruido, que generalmente se maneja en decibelios(dB). Como potencia de la señal se adopta generalmente la potencia de un tono de pruebas que se inyecta en el canal. La potencia del ruido suele medirse a la entrada del receptor, cuando por él no se emite dicho tono. Cuando se transmiten señales digitales por un canal, el efecto del ruido se pone de manifiesto en el número de errores que comete el receptor. Se deduce inmediatamente que dicho número es tanto mayor cuanto más grande sea la probabilidad de error.

La probabilidad de error depende del valor de la relación señal/ruido. Cuanto mayor sea esta relación, más destaca la señal sobre el ruido y, por tanto, menor es la probabilidad de error. Cuando el ruido se añade a una señal con distorsión, la probabilidad de error crece rápidamente.

La distorsión que produce el ruido en una determinada comunicación depende de su potencia, de su distribución espectral respecto al ancho de banda de la señal, y de la propia naturaleza de la señal y de la información que transporta. El ruido afecta de diferente manera a la información que transportan las señales analógicas que a la codificada mediante señales digitales

 

TIPOS DE RUIDO

Ruido de disparo: El ruido de disparo es un ruido electromagnético no correlacionado, también llamado ruido de transistor, producido por la llegada aleatoria de componentes portadores (electrones y huecos) en el elemento de salida de un dispositivo, como ser un diodo, un transistor (de efecto de campo o bipolar) o un tubo de vacío. El ruido de disparo está yuxtapuesto a cualquier ruido presente, y se puede demostrar que es aditivo respecto al ruido térmico y a él mismo.

Ruido de Johnson-Nyquist: También conocido como ruido termal es el ruido generado por el equilibrio de las fluctuaciones de la corriente eléctrica dentro de un conductor eléctrico, el cual tiene lugar bajo cualquier voltaje, debido al movimiento térmico aleatorio de los electrones.

Ruido de parpadeo: Es una señal o proceso con una frecuencia de espectro que cae constantemente a altas frecuencias con un espectro rosa.

Ruido a ráfagas: Éste ruido consiste en una sucesiones de escalones en transiciones entre dos o más niveles (no Gaussianos), tan altos como varios cientos de milivoltios, en tiempos aleatorios e impredecibles.

El ruido de tránsito: Está producido por la agitación a la que se encuentra sometida la corriente de electrones desde que entra hasta que sale del dispositivo, lo que produce una variación aleatoria irregular de la energía con respuesta plana.

El ruido de intermodulación: Es la energía generada por las sumas y las diferencias creadas por la amplificación de dos o más frecuencias en un amplificador no lineal.

 

MEDIDA  Y FACTOR DE RUIDO

Es medido en vatios de potencia. Como el ruido es un proceso aleatorio, puede ser caracterizado por variables como varianza, distribución y destino espectral. La distribución espectral del ruido puede variar por la frecuencia, y su densidad de potencial es medida en vatios por herzio . Como la potencia de un elemento resistivo es proporcional a la raíz cuadrada del voltaje alrededor del elemento, la densidad de voltaje del ruido podría escribirse como . Interferencia de una cosa a otra.

La magnitud del ruido generado por un dispositivo electrónico, por ejemplo un amplificador, se puede expresar mediante el denomnador factor del ruido (F), que es el resultado de dividir la relación señal/ruido en la entrada (S/R)ent por la relación señal/ruido en la salida (S/R)sal, cuando los valores del señal y el ruido se expresan en número simples: F= (S/R)ent / (S/R)sali

Por otro lado, con los valores de relación señal/ruido suelen expresarse en forma logarítimica, normalment en decibelios, el factor del ruido en decibelios será, por lo tanto, la diferencia entre las relaciones S/R en la entrada i en la salida del elemento bajo esta prueba: 

El factor del ruido se expresa en decibelios; es un parámetro importante en los sistemas de transmisión, ya que mientras el ruido externo nunca se podrá eliminar totalmente, la reducción del ruido generado por los equipos dependen de su diseño.

Una de las formas más usuales de medir los niveles de ruido, es comparándolos con los niveles de la señal. De este modo, nos independizamos de sus valores absolutos para ponerlo en comparación con la señal.

 

RUIDO EN RECEPTORES AM Y FM

La señal viene siendo la información deseada en una transmisión, y el ruido viene siendo como la información no-deseada. Generalmente las señales no deseadas son clasificadas como ruido. De aquí en adelante vamos a emplear el termino ruido para señales no deseadas de fuentes naturales, y el termino interferencia para señales no deseadas de fuentes hechas por el hombre. (aunque existe interferencia también por fuentes naturales).

Los receptores de FM tienen menor ruido que los receptores de AM. La razón es que existe mayor ruido e interferencia en la señal portadora modulada en amplitud, y los sistemas FM están diseñados para eliminar las señales no deseadas de la portadora en amplitud modulada.

Las señales pueden ser tanto de fuentes internas como externas. Las fuentes internas usualmente están presentes de un modo u otro existan señal o no, y no cambian abruptamente al menos que suceda algo extraño dentro del equipo o en las interconexiones. Las fuentes externas tienen dos formas para ser introducidas dentro del sistema. Una es a través de la antena y la otra es a través de la potencia de entrada. Las señales no deseadas pueden estar o presentes todas las veces. Estas pueden ocurrir momentáneamente, intermitentemente o periódicamente. Es importante cuando se trata de eliminar las señales no deseadas para conocer si están entrando al sistema de fuentes externas o si están presentes sin cualquier entrada externa

 

RUIDO EN LOS CANALES TELEFÓNICOS

Diafonía o cruce aparente: es ocasionada por las interferencias que producen otros pares de hilos telefónicos próximos (conocida como cruce de líneas o crosstalk). Es un fenómeno mediante el cual una señal que transita por un circuito se induce en otro que discurre paralelo, perturbándolo. Si las señales inducidas se pueden entender, se denomina diafonía inteligible. Este es un fenómeno muy perjudicial ya que afecta al secreto de las telecomunicaciones. La diafonía próxima se denomina paradifonía y la que se observa en el extremo remoto telediafonía.

Eco: Es una señal de las mismas características que la original, pero atenuada y retardada respecto a ella. El efecto nocivo del eco afecta tanto a las conversaciones telefónicas como a las transmisión de datos y es mayor cuanto menos “atenuada” y más “retardada” llega la señal del eco. El eco puede ser del que habla y del que escucha, según el modo de afectar a los interlocutores. El eco del que escucha es el que más perjudica a las comunicaciones de datos. Para que las señales del eco reflejadas se reciban con un retardo “apreciable” han de recorrer grandes distancias, por ejemplo, en las comunicaciones intercontinentales o vía satélite. Una solución que se implantó en los circuitos telefónicos para evitar el eco en estos casos consistió en instalar un elemento denominado “supresor de eco”, que era un dispositivo que impedía la transmisión simultánea en ambos sentidos. Evidentemente, era necesario inhibir estos dispositivos cuando se establecían por canales telefónicos circuitos de datos en modo dúplex mediante módem. Los propios módem inhibían a los supresores de eco emitiendo un tono especial.

 

FUENTES DE RUIDO

Ruido térmico (Thermal Noise): Todos los objetos cuya temperatura esta por encima del cero absoluto (0 grados Kelvin) generan ruido eléctrico en forma aleatoria debido a la vibración de las moléculas dentro del objeto. Este ruido es llamado ruido térmico. La potencia de ruido generada depende solo de la temperatura del objeto, y no de su composición. Ya que esta es una propiedad fundamental, el ruido frecuentemente definido por su temperatura equivalente de ruido. La temperatura de ruido puede darse tanto en grados Kelvin como en decibeles. A continuación se presenta una formula para convertir grados Kelvin a dB. T (dB)= 10*log10(1+K/120) donde T es la temperatura equivalente de ruido en dB, K es la temperatura en grados Kelvin.

La temperatura del aire alrededor de nosotros es aproximadamente 300 K (27C ), y la temperatura del sol es muy alta (alrededor de 5,700 K). Es posible construir un amplificador cuya temperatura equivalente de ruido este por debajo de su actual temperatura, y para así agregar el menor ruido posible al receptor.

 

Ruido Atmosférico (Atmospheric Noise): Existe un ruido que es interceptado por la antena llamado ruido atmosférico. El ruido atmosférico es muy alto para bajas frecuencias, y decrece cuando se incrementa la frecuencia. Esta presente en toda la banda de radiodifusión AM y este no puede ser eliminado con el amplificador y el diseño de la antena. El ruido atmosférico decrece bastante en frecuencias de TV y FM.

 

FUENTES DE INTEFERENCIA

La interferencia básicamente es hecha por el hombre excepto por condiciones atmosféricas y del clima. La mas notable son las descargas eléctricas (rayos). A continuación se mencionan algunos ejemplos de fuentes de interferencia:

  • Sistema de encendido de vehículos,
  • Motores eléctricos, líneas de alta tensión,
  • luces de neón y fluorescentes
  • Computadoras,
  • Otros tipos de transmisión, tales como la radio amateur, CB (Banda Civil), radio de la policía y otros servicios públicos, inclusive otras estaciones de FM o TV.

Generalmente las fuentes que radian señales periódicas e intermitentes son llamadas fuentes de impulso. Algunos ejemplos son: interruptores eléctricos, luces de neón destellando, encendido de automóvil, rayos, etc. Los impulsos son de corta duración (microsegundos) y frecuentemente tienen amplitudes mas grandes que la señal que esta siendo recibida. La interferencia puede ser radiada como interferencia electromagnética (EMI), o conducida sobre las líneas eléctricas, en el caso del equipo con alimentación de Corriente alterna (AC).

Ruido blanco: El ruido blanco es una señal aleatoria (proceso estocástico) que se caracteriza por el hecho de que sus valores de señal en dos tiempos diferentes no guardan correlación estadística. Como consecuencia de ello, su densidad espectral de potencia (PSD, siglas en inglés de power spectral density) es una constante, es decir, su gráfica es plana. Esto significa que la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas muestran la misma potencia. Igual fenómeno ocurre con la luz blanca, de allí la denominación.

CAPITULO 3: MODULACION DE ONDA CONTINUA

El proposito de un sistema de comunicaciones es transmitir señales de informacion o bandabase a traves de un canal de comunicaciones que separa al transmisor del receptor. La utilizacion adecuada del canal de comunicación implica un desplazamiento del rango de frecuencias bandabase a otros rangos adecuados para transmision, y luego un desplazamiento hacia la frecuencia original despues de la recepcion.

Este desplazamiento en el rango de frecuencias de una señal se logra aplicando modulación y  se define como el proceso por el cual alguna caracteristica de la portadora es variada de acuerdo con una onda modulante (señal). Una forma comun para esta portadora es la onda sinusoidal, y en tal caso hablariamos de un proceso de modulacion de onda continua.

Aunque el requerimiento primario del proceso de modulación es el de traslación o conversión de frecuencias, hay además algunos propósitos adicionales para modular. Estos son:

Aumento de la frecuencia para facilidad de irradiación: Si el canal es el espacio libre, se necesita antenas para irradiar y recibir las ondas electromagnéticas de las señales mensaje.  

Cambio del ancho de banda: El comportamiento de los dispositivos de procesamiento de señales, tales como los filtros y amplificadores, y la facilidad con la cual pueden instrumentarse, dependen de la ubicación de la señal en el dominio de la frecuencia, es decir, de la relación entre las frecuencias altas y bajas de la señal mensaje.

Reducción del ruido y la interferencia: El efecto del ruido y de las interferencias no puede ser eliminado completamente en un sistema de comunicación.  sin embargo, es posible minimizar sus efectos utilizando determinados esquemas de modulación, los cuales generalmente necesitan anchos de banda muy superiores al ancho de banda de la señal mensaje.  Hay entonces un intercambio o compromiso entre el ancho de banda y la relación señal/ruido.

 

ESQUEMAS DE MODULACIÓN ANALÓGICA DE ONDAS CONTINUAS

La modulación continua de una portadora de alta frecuencia es el proceso mediante el cual un parámetro (amplitud o ángulo) de la portadora se varía en forma instantánea proporcionalmente a una señal mensaje de baja frecuencia.

Generalmente se supone que la portadora es una señal sinusoidal, pero ésta no es una condición necesaria. Si la portadora es sinusoidal, la señal modulada se puede expresar mediante la expresión general:

Donde a(t) es la “amplitud instantánea” de la portadora, fc la frecuencia de portadora, φ(t) la “desviación de fase instantánea” de la portadora, y θ(t) el “ángulo o fase instantánea” de la portadora. Estos son los parámetros de la señal modulada xc(t) . A(t) es la envolvente natural de xc (t) , mientras que φ(t) es su fase natural.

En el estudio de los diferentes tipos de modulación de ondas continuas se le da gran importancia a tres parámetros fundamentales de los sistemas de comunicación:  Las relaciones señal/ruido, El ancho de banda de transmisión, La complejidad de los dispositivos de modulación y demodulación. Estos parámetros permiten la comparación entre los diferentes tipos de modulación, no solamente de ondas continuas, sino también en relación con los sistemas de modulación de señales digitales.

 

MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM)

Es el 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 o simplemente 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 vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. La radiodifusión comercial de tv se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF). 

Los canales de la banda 1 entre 2 y 6 (54 a 88 MHz), los canales de banda alta de VHF son entre 7 MHz) y los canales de UHF son entre 14 a 83 (470 a 890 MHZ). La modulación de amplitud también se usa para las comunicaciones de radio móvil de dos sentidos tal como una radio de banda civil (CB) (26.965 a 27.405 MHz).

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.

  

Modulador Conmutado Y Detector De Envolvente

La generacion de una onda am se puede lograr de muchas formas; una de esas formas es mediante el uso de un modulador conmutado.

Se asume que la onda portadora aplicada al diodo es de gran amplitud, por lo que oscila plenamente a traves de la curva caracteristica del diodo. Este diodo actua como un switch ideal, presentando impedancia cero al estar polarizado directamente. El voltaje v2(t) varia entre los valores v1(t) y cero a una tasa igual a la frecuencia de portadora fc. Asi lo que se logra es linealizar  el comportamiento del diodo. V2(t)=[ac*cos(2πfct)+ m(t)]*g(t), donde g(t) es un tren de pulsos periodico con ciclo de trabajo igual  a  ½  y periodo to=1/fc. Sustituyendo esta señal g(t) por sus series de fourier y combinandola con la expresion para v2  hallamos que el voltaje de carga consiste de la suma de dos componentes. La onda am deseada con sensibilidad de amplitud ka=4/πac.

 Por otra parte existe alguna version de este dispositivo es usada en casi todos los receptores comerciales de radio am. Para que funcione apropiadamente, la onda am debe ser de banda estrecha para lo cual fc debe ser mucho mayor que el bw del mensaje. Sin embargo el porcentaje de modulacion se debe mantener menor al 100%.

En el ciclo positivo de la señal de entrada el diodo se polariza directamente y el capacitor se carga rapidamente al valor pico de la señal de entrada.  en el caso contrario el condensador se descarga hasta el siguiente ciclo positivo. La constante de tiempo de carga relaciona la resistencia en el diodo y la de la fuente de voltaje aplicada (rd +rs)c y debe ser pequeña al compararse con el periodo de la portadora: (rd +rs)c<<1/fc

De otro lado la constante de descarga rlc debe ser suficientemente grande para asegurar que el capacitor se descargue lentamente a traves de la resistencia de carga rl pero que no sea tan lento que c no se descargue a la maxima tasa de cambio de la onda modulante. 1/fc<<rlc <<1/w. El resultado que se obtiene es que el voltaje del capacitor o detector de salida es cercano a la envolvente de la onda am.

 

ESQUEMAS DE MODULACION LINEAL 

Modulación DSB-SC

La multiplicación de una señal por una senoidal traslada en frecuencia su densidad espectral. Este efecto, conocido como propiedad de modulación, puede usarse para generar señales de amplitud modulada y para demodularlas. La modulación con portadora suprimida proporciona un medio conveniente para observar el espectro de frecuencias completo de una señal f(t). Todo lo que hay que hacer es trasladar la señal por medio de una frecuencia portadora Wc, mayor que las cotas espectrales (ancho de banda) de la señal. Este principio es muy utilizado en el análisis espectral.

El hecho de que haya dos bandas laterales y no aparezca portadora separada en f(t) sugiere la siguiente designación conveniente para este tipo de modulación: doble banda lateral con portadora suprimida.

La recuperación de la señal original f(t) de la señal f(t) DSB-SC, requiere otra traslación de frecuencia que desplace al espectro a su posición original, para luego recuperarla con un filtro pasa bajo. Este proceso de retraslación del espectro se llama demodulación o detección.

Modulación SSB

La modulación en banda lateral única es una evolución de la AM. La banda lateral unica es muy importante para la rama de la electrónica basica ya que permite transmitir señales de radio frecuencia que otras modulaciones no pueden transmitir.

En la transmisión en Amplitud Modulada se gasta la mitad de la energía en transmitir una onda de frecuencia constante llamada portadora, y sólo un cuarto en transmitir la información de la señal moduladora (normalmente voz) en una banda de frecuencias por encima de la portadora. El otro cuarto se consume en transmitir exactamente la misma información, pero en una banda de frecuencias por debajo de la portadora.

Es evidente que ambas bandas laterales son redundantes, bastaría con enviar una sola, y la portadora tampoco es necesaria. Por medio de filtros colocados en el circuito de transmisión, el transmisor BLU elimina la portadora y una de las dos bandas. El receptor, para poder reproducir la señal que recibe, genera localmente -mediante un oscilador- la portadora no transmitida, y con la banda lateral que recibe, reconstruye la información de la señal moduladora original.

 

 

 

Modulación de banda lateral vestigial

En inglés Vestigial Side Band (VSB), es una modulación lineal que consiste en filtrar parcialmente una de las dos bandas laterales resultantes de una modulación en doble banda lateral o de una modulación AM.

Esta modulación se utiliza en la transmisión de la componente de luminancia en los sistemas PAL, SECAM y NTSC de televisión analógica. La banda lateral que es parcialmente filtrada constituye un vestigio de la banda lateral original y porta habitualmente del 5% al 10% de la potencia total transmitida, mejorando la relación señal a ruido en las bajas frecuencias de la señal moduladora.

Las principales ventajas de este sistema son:

·        Ocupa menor ancho de banda que la modulación en AM de Doble Banda Lateral DSB-LC

·        Puede ser demodulada usando demoduladores síncronos de AM

·        No requiere de filtros tan abruptos (filtros mas realizables en la realidad)





 TRASLACIÓN DE FRECUENCIA

 La conversion, mezcla o heterodinacion de frecuencias es una operación clave en los sistemas de transmision y procesamiento de señales. Esta operación permite desplazar el espectro de una señal bandabase hacia arriba o hacia abajo a una nueva banda de frecuencias.

 El dispositivo que realiza la operación es llamado convertidor o mezclador y es primordialmente un modulador balanceado seguido de un filtro pasabanda centrado en la gama de frecuencias a la que queremos desplazar la señal mensaje. A las frecuencias de entrada no deseadas que producen interferencias en la frecuencia f2, se las conoce con el nombre de “frecuencias imagen” y pueden constituir una interferencia muy molesta si no son adecuadamente filtradas antes del mezclador.

 

MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA

Es una operación mediante la cual una cantidad de señales diferentes son transmitidas conjunta y simultáneamente por un mismo canal mediante el empleo de subportadoras y traslación de frecuencias.

En efecto, el espectro de cada señal es trasladado a una banda diferente y el espectro compuesto o señal fdm forma una banda de base que se puede transmitir utilizando cualquiera de los esquemas de modulación ya vistos.  En tdm todas las señales utilizan la misma banda de frecuencias pero operan en tiempos diferentes, mientras que en fdm todas las señales operan al mismo tiempo pero utilizan bandas de frecuencia diferentes.



En el transmisor, cada señal individual se aplica a un modulador con una subportadora diferente.  Estas subportadoras generalmente son de b.f y no son normalmente  apropiadas para la transmisión directa  en rf.  Las señales moduladas se combinan en un circuito sumador, algunas veces denominado “combinador”, cuya salida compuesta, la señal de banda de base, modula un transmisor de rf. La parte de entrada es el receptor de rf cuyo ancho de banda debe ser suficiente para acomodar la señal de banda de base multicanal. En el receptor de rf la señal compuesta es recibida, demodulada y aplicada a una batería de filtros pasabanda centrados en las frecuencias de las subportadoras.  El ancho de banda de cada filtro debe ser diseñado cuidadosamente para que deje pasar solamente el espectro de la señal correspondiente. Finalmente, cada mensaje individual es detectado y recuperado según el tipo de modulación empleado en el transmisor.

 



MODULACIÓN ANGULAR

El También llamada exponencial o no lineal.

• La amplitud de la onda se mantiene constante, mientras que se varía el ángulo de la portadora de forma proporcional a la información.

El ángulo está formado por la fase    y por la frecuencia  multiplicada por el tiempo:

Esto da dos posibilidades de modulación: haciendo variar la fase o la frecuencia de manera proporcional a la señal de información .

La amplitud de la onda permanece constante.

Entre sus ventajas se destacan:

1.     La amplitud constante la hace menos susceptible a las no linealidades

2.     La amplitud constante le proporcionan inmunidad contra el desvanecimiento rápido.

3.     Menos sensible a la interferencia de canales adyacentes

4.     La Fm intercambia la relación señal ruido por ancho de banda

 

MODULACIÓN EN FRECUENCIA (FM)

Podemos transmitir información modulando la amplitud de una onda portadora con una onda moduladora que contenga dicha información. Otra forma muy utilizada es modular la frecuencia de la onda portadora, a este proceso se le denomina modulación en frecuencia (F.M.). La modulación de amplitud o A.M. tiene varios inconvenientes. El primero de ellos es que la banda útil de la que disponemos para mandar información es bastante pequeña. El segundo es que son ondas muy sensibles al ruido exterior, que se va adicionando a la onda modulada y cuando es recogida por el receptor la información puede estar distorsionada por los ruidos.

Otro de los tipos de modulación que podemos usar para mandar una información de un sitio a otro es la modulación en frecuencia o F.M.. Al modular en frecuencia vamos a tener una onda portadora como en el caso de la modulación A.M. en la cual vamos a imprimir la información que queremos enviar. En este caso lo que varía es que la información se imprime en la frecuencia de la señal portadora. La frecuencia de la señal portadora fp va a ser variada al ritmo de la tensión de baja frecuencia, Vbf, de la onda moduladora. Si aumenta la tensión de baja frecuencia va a aumentar el valor de la frecuencia de la portadora y al disminuir la tensión de baja frecuencia la frecuencia de la portadora va a disminuir. La amplitud de las ondas va a ser constante en este proceso de modulación de baja frecuencia.

Las ventajas de la modulación en frecuencia sobre la modulación en amplitud son bastantes. Las modulaciones en frecuencia necesitan una potencia de modulación mucho menor que las de amplitud. Su mayor ventaja consiste en que las señales moduladas en frecuencia son mucho menos afectadas por los ruidos y señales externas. El motivo por el que las perturbaciones afectan mucho menos a una modulación en frecuencia es porque dichas perturbaciones afectan a la amplitud de la onda produciendo una modulación adicional en amplitud, en el caso de las modulaciones en frecuencia como la amplitud debe ser constante es bastante fácil de filtrar en el receptor la modificación de la amplitud; sin embargo, en la modulación en amplitud se confunde con la modulación de la propia onda y puede dificultar en gran medida a la hora de demodular la información ya que se puede confundir la modulación producida por la información y la producida por el ruido. Otra de las ventajas es el aumento en el ancho de banda de las señales moduladas en frecuencia como luego veremos.



 

 

MODULACIÓN EN FASE (PM)

Este tipo de modulación está muy ligado a la modulación en frecuencia, tanto que mucha gente lo considera un caso específico de ésta. El modulador de fase está formado por un oscilador de alta frecuencia que genera la tensión Vaf de la frecuencia portadora. Esta tensión es enviada por una parte a un desfasador que la gira 90º obteniéndose a su salida una tensión que vamos a denominar V1 y, por otro lado, a un modulador donde es modulada en amplitud por un oscilador de baja frecuencia, obteniéndose otra tensión a la salida a la que llamaremos V2. Después estas dos tensiones, V1 y V2, van a ser compuestas en una sola. El resultado final va a ser una señal cuya magnitud y fase van a depender de Vbf. A la salida del modulador se ha producido una modulación de fase y una modulación de amplitud, aunque esta última puede eliminarse.

RECEPTOR SUPERHETERODINO

El receptor superheterodino lleva a cabo casi toda la amplificacíon de la frecuencia constante denominada Frecuencia intermedia, o FI, utilizando una frecuencia fija, con lo que se consiguen ajustes más precisos en los circuitos y se aprovecha todo lo que puede dar el componente utilizado (válvula termoiónica, transistor o circuito integrado). Fue inventado por Edwin Howard Armstrong, inventor también del circuito regenerativo, del receptor superregenerativo y de la radiodifusión de frecuencia modulada (FM).

 

Los receptores superheterodinos mezclan o heterodinan una frecuencia generada en un oscilador local (Floc), contenido en el receptor, con la señal entrante en antena (Fant).  De esta heterodinación resultan dos frecuencias: una superior (Fant + Floc) y otra inferior (Fant – Floc) a la frecuencia entrante. Una de ellas, normalmente la inferior, es elegida como FI (frecuencia intermedia), filtrada con un filtro de alto Q factor de calidad, amplificada y posteriormente detectada o demodulada para obtener la audiofrecuencia que se oirá, después de convenientemente amplificada, a través de un altavoz.

 

El usuario sintoniza el receptor mediante el ajuste de la frecuencia del oscilador local (Floc) y la sintonización de las señales entrantes (Fant).

En la mayoría de los receptores estos ajustes se realizan de forma simultánea, actuando sobre un condensador variable con dos secciones en tándem, esto es, acopladas en el mismo eje. Una de las secciones de este condensador forma parte del circuito oscilador local y la otra del de sintonía de la señal entrante, de tal forma que cuando se varía la frecuencia sintonizada en la entrada, se varia también la frecuencia del oscilador local, manteniendo constante la diferencia entre ambas, que es la Frecuencia intermedia) (FI).

 

Actualmente, casi todos los receptores utilizan este método. El diagrama siguiente muestra los elementos básicos de un receptor superheterodino de conversión simple. En la práctica no todos los diseños tendrán todos los elementos de este esquema, ni este cubre la complejidad de otros, pero los elementos esenciales de: un oscilador local, un mezclador seguido por un filtro y un amplificador de FI, son comunes a todos los receptores superheterodinos

CAPITULO 2: REPRESENTACION DE SEÑALES Y SISTEMAS

TEOREMA DE LA ENERGÍA DE RAYLEIGH

La potencia total de una señal periódica se puede asociar con la suma de las potencias contenidas en cada componente de frecuencia (teorema de parseval). La misma clase de resultado es de esperar en el caso de señales no periódicas representadas por sus transformadas de fourier. Con esta definición el integrando se expresa como una intensidad de energía variante en el tiempo.

 Este es el “teorema de rayleigh”; también conocido como “teorema de plancherel”. Establece que la energía contenida en una señal x(t) es igual al área bajo el cuadrado del módulo de la transformada de x(t), es decir, |x(f)|2.

La cantidad |x(f)|2 se denomina “espectro de energía” o “densidad espectral de energía” de la señal x(t), y  |x(f)|2 df es la energía contenida en un ancho de banda infinitesimal df. Para poder aplicar este teorema solo necesitamos conocer el espectro de amplitud |x(f)|  de la señal. El espectro de energía, más que el espectro de potencia, es la caracterización más apropiada para señales que poseen una transformada de fourier.

 En el sentido físico, el teorema de rayleigh indica que “la energía de una señal no depende del modo de representación de la señal”. La energía es un invariante y es la misma así se tenga una representación temporal o una representación espectral de la señal.

 

DUALIDAD ENTRE LOS DOMINIOS DEL TIEMPO Y LA FRECUENCIA

Si la descripción en el tiempo de una señal es cambiada su descripcion en la frecuencia es alterada en forma inversa.

Si una señal es estrictamente limitada en frecuencia, su definicion en el tiempo se puede expandir indefinidamente. Una señal es estrictamente limitada en frecuencia o de banda limitada si su transformada de fourier es exactamente cero fuera de una banda finita de frecuencias. En el caso contrario (señal estrictamente limitada en tiempo) sucede lo mismo.  Una señal no puede ser estrictamente limitada en tiempo y en frecuencia simultáneamente.

 

FILTROS

Es un dispositivo selectivo en frecuencia que se usa para limitar el espectro de una señal a una banda de frecuencias específicas. Su respuesta se caracteriza por una banda de paso y una de rechazo. Estos en una forma u otra representan un importante bloque funcional en la construcción de un sistema de comunicaciones.

 Un filtro puede ser caracterizado especificando su respuesta al impulso h(t) o su función de transferencia h(f). Pero el diseño de un filtro es usualmente realizado en el dominio de la frecuencia. Las dos etapas clave del diseño de un filtro son:

  • La aproximación de una respuesta en frecuencia indicada (amplitud, fase) mediante una función de transferencia realizable.
  • La realización de la función de transferencia aproximada mediante un dispositivo físico.

Para que una función de transferencia sea realizable físicamente debe representar un sistema estable. La estabilidad se define en términos del criterio bibo. Teniendo en cuenta la realización física de los filtros se puede hablar de:

Filtros análogos: se construyen usando inductores y capacitores; o capacitores, resistencias y opamps.

Filtros de tiempo discreto: para estos las señales son muestreadas en tiempo pero su amplitud es continua. Ej: filtros de capacitor conmutado y filtros de onda acústica superficial (saw).

Filtros digitales: para estos las señales son muestreadas en tiempo y en amplitud son cuantizadas; los cuales se construyen con dispositivos digitales y una de sus principales características es que es programable, ofreciendo mucha flexibilidad en el diseño.

 

TRANSFORMADA DE HILBERT

Esta transformada puede interpretarse como una convolución de la función con la función de tiempo. El análisis de Fourier nos ha permitido hasta el momento separar señales en base a sus contenidos frecuenciales, especialmente util como base matemática para el diseño de filtros selectivos.

Otra forma de separar señales es basarse en la selectividad en fase que usa desplazamientos de fase entre las señales de estudio para lograr la separación deseada. Para lograr esto se necesita el uso de un transformador ideal, que en el caso de un desplazamiento de ±90 grados da como resultado una función del tiempo conocida como la transformada de hilbert de la señal.

 A pesar de los desfases de 90 grados aplicados, las amplitudes de todas las componentes de frecuencia en la señal no son afectadas por un sistema con esta función de transferencia. Este sistema ideal se llama transformador hilbert y tiene aplicaciones como:

Se puede utilizar para realizar selectividad en fase en la generación de un tipo especial de modulación en amplitud denominado  modulación en banda lateral única o ssb. Proporciona la base matemática necesaria para representar señales pasabanda. La transformada de hilbert se puede aplicar a cualquier señal que tenga transformada de fourier y por lo tanto a señales de potencia y de energia de las usadas en sistemas de comunicaciones.

 

PREENVOLVENTE

Si g(t) es una señal real se define la señal analitica positiva o preenvolvente con esta funcion de valor complejo. La utilizacion de señales analiticas simplifica el trabajo con señales pasabanda. Una de las caracteristicas mas importantes de la preenvolvente es su comportamiento en frecuencia.

Esto significa que la preenvolvente no tiene contenido frecuencial para todas las frecuencias negativas. Dada una señal g(t) se puede calcular la preenvolvente de dos formas: 1. Calcular su transformada hilbert y entonces utilizar la ecuacion dada y 2. Calcular g(f) y determinar  g+(f) luego calcular la transformada de fourier inversa.

  

REPRESENTACIÓN CANÓNICA DE SEÑALES PASABANDA

Si g(t) es una señal pasabanda  de ancho de banda 2w  y centrada en ±fc. Esta frecuencia fc es llamada frecuencia portadora. En la mayoria de los sistemas de comunicaciones encontramos que el ancho de banda 2w es pequeño comparado con el valor de fc. Debido a esto este tipo de señales se llaman de banda estrecha (narrow band). Si se puede expresar la preenvolvente de una senal banda estrecha la cual se denomina envolvente compleja de la señal.

Si g+(t) esta limitada a la banda de frecuencias fc−w≤f ≤fc+w. Aplicando la propiedad de desplazamiento en frecuencia de la transformada de Fourier y se puede apreciar que la transformada de la envolvente compleja esta limitada a la banda de frecuencias −w ≤ f ≤w. Asi la envolvente compleja es una señal pasabajo.

 Se denomina forma canonica. A gc(t) se le denomina componente en fase de la señal original y a gs(t) se le denomina componente en cuadratura. En general a(t) y ф(t) son funciones reales a a(t) se le llama envolvente natural o envolvente de la señal original mientras que a ф(t) se le denomina fase. Es evidente que tanto si se usa la representacion en fase y cuadratura como la de amplitud y fase, toda la informacion contenida en g(t) esta completamente representada por la envolvente compleja. La ventaja de usar la envolvente compleja para expresar señales pasabanda es analitica.

 

SISTEMAS PASABANDA

El analisis de sistemas pasabanda puede ser simplificado al establecer una analogia o isomorfismo entre sistemas pasabajo y pasabanda.  Esta analogia se basa en el uso de la transformada hilbert para la representacion de señales pasabanda.

Si se considera una señal banda estrecha x(t) con transformada de fourier x(f), asumimos que el espectro esta limitado a las frecuencias ±w hz alrededor de la frecuencia de portadora ±fc. Tambien asumimos que w<fc. Asi la señal se puede representar de forma canonica en terminos de sus componentes de fase y cuadratura se aplica esta señal como entrada a un sistema lti pasabanda con respuesta al impulso h(t) y funcion de transferencia h(f). Suponemos que la respuesta en frecuencia del sistema esta limitada a las bandas ±b en torno a ±fc.

En general el ancho de banda del sistema (2b) es usualmente mas estrecho o igual que el de las señales de entrada 2w. Se puede representar la respuesta al impulso h(t) en funcion de su componente de fase hc(t) y la componente en cuadratura hs(t) según su forma canonica. El analisis de un sistema pasabanda que se complica por la presencia del factor e(j2fct), es sustituido por otro analisis paso bajo que mantiene la esencia del proceso de filtrado.

 

RETRASO DE FASE Y DE GRUPO

Cuando una señal es transmitida a traves de un dispositivo dispersivo (selectivo en frecuencia) como un filtro o canal de comunicaciones, algun retraso es agregado a la señal de salida en relacion a la de entrada.

En un filtro pasabajo o pasabanda ideal, la respuesta en fase varia linealmente con la frecuencia dentro de la banda de paso del filtro, por lo cual el filtro introduce un retardo constante igual a t0. Asi ese retardo controla la pendiente de la respuesta de fase lineal del filtro; sin embargo hay que tener en cuenta que el retardo de fase no es el retardo real de la señal. Esto es debido a que una señal sinusoidal de estado estable no lleva ninguna informacion, y por lo tanto, no se puede deducir que el retardo de fase sea el retardo real de la señal.

La informacion se puede transmitir modificando cierto parametro de la señal sinusoidal segun la informacion a transmitir (modulacion).  Suponiendo que una señal sinusoidal de variacion lenta se multiplica por una señal sinusoidal portadora. La señal resultante se denomina señal modulada y consiste en un grupo de frecuencias estrecho en torno a la frecuencia portadora.

Cuando esta señal modulada se transmite por el canal, se puede ver que existe un retardo entre la envolvente de la señal de entrada y la de la señal de salida. Este retardo se denomina retardo de grupo o retardo de envolvente, y representa el retardo real de la señal de informacion.

AMPLIFICADOR DE BAJO RUIDO (LNA)

Es un amplificador electrónico utilizado para amplificar señales débiles por ejemplo, aquellas capturadas por una antena. Por lo general se encuentran muy cerca del dispositivo de detección para reducir las pérdidas en la línea de alimentación. Este arreglo activo de antenas es de uso frecuente en sistemas de microondas como el GPS, ya que el cable coaxial de línea de transmisión es de mucha pérdida en frecuencias de microondas, (una pérdida del 10% procedentes de unos pocos metros de cable podría causar una degradación del 10% de la señal-ruido- (SNR)).

El uso de una LNA, el efecto de ruido de las etapas posteriores de la cadena que recibe, se reduce por el aumento de la LNA, mientras su propio ruido se inyecta directamente  a la señal recibida. Por tanto, es necesario que la LNA para aumentar la potencia de la señal deseada al tiempo que añade el menor ruido y la distorsión posible, de manera que la recuperacion de esta señal sea posible en las etapas posteriores del sistema. Una buena LNA tiene una figura de ruido baja, como de 1 dB, una ganancia lo suficientemente grande, como de 20 dB y debe tener intermodulacion lo suficientemente grande asi como el punto de compresion. Otros criterios de opreración, como el ancho de banda de funcionamiento, la ganacia, la estabilidad y la VSWR de entrada y de salida.

Por lo tanto el JFET y HEMT son de uso frecuente, y pueden ser utilizados como amplificadores de distribucion. Son conocidos en un regimen de corrientes altas, que no es energéticamente eficiente pero reduce la cantidad relativa de ruido de disparo.

De entrada y salida se pongan en venta los circuitos para los circuitos de banda estrecha mejorar la ganancia (ver ancho de banda de ganancia del producto ) y no utilizar resistencias, ya que aumentaría el ruido. Polarización es realizada por grandes resistencias, ya que la eficiencia energética no es necesaria, y una gran resistencia evita las fugas de la salida de la señal débil de la ruta de señal o ruido en la señal.

 

Mas informacion:

http://en.wikipedia.org/wiki/Low-noise_amplifier

http://www.rfmd.com/low-noise-amplifier.aspx

 

 

 



SELECTIVIDAD Y SENSIBILIDAD DE UN RX

LA SELECTIVIDAD mide la habilidad de un receptor, para aceptar una banda de frecuencias determinada y rechazar las otras. Se define como la medida de la extensión que un receptor es capaz de diferenciar entre las señales de información deseada y las perturbaciones o señales de información en otras frecuencias. Puede expresarse cuantitativamente como el ancho de banda y la relación del ancho de banda del receptor en algún factor de atenuación predeterminado (comúnmente -60 dB) al ancho de banda en los puntos de -3 dB (media potencia) Esta relación frecuentemente se llama el factor de figura (SF) y se determina por el número de polos y los factores Q de los filtros de entrada del receptor.

 El factor de figura define la forma de la ganancia contra el trazo de frecuencia para un filtro y se expresa matemáticamente como SF= B(-60dB)/(-3dB). Para una filtración perfecta, el factor de atenuación es infinito y el ancho de banda en las frecuencias de -3 dB es igual al ancho de banda en las frecuencias de -60 dB. Por lo tanto, el factor de figura es unitario. La selectividad frecuentemente se da en porcentajes y se expresa matemáticamente como %Selectividad = SF x 100

LA SENSIBILIDAD de un receptor es el nivel mínimo de señal de radio frecuencia que puede detectarse en la entrada del receptor y todavía producir una señal de información demodulada que pueda ser util.

Es algo arbitrario, lo que constituye una señal de información utilizable. Generalmente, la relación de señal a ruido y la potencia de la señal en la salida de la sección de audio se utilizan  para determinar la calidad de una señal recibida y si se puede utilizar o no. Para receptores de la banda de radiodifusión en AM comerciales, una relación de señal a ruido de 10 dB o mayor con 1/2 W de potencia (27 dBm) a la salida de la sección de audio se considera que se puede utilizar. Sin embargo, para receptores de microondas de banda ancha, una relación de señal a ruido de 40 dB o mayor con aproximadamente 5mW de potencia (7 dBm) de la señal es el valor mínimo aceptable. La sensibilidad de un receptor generalmente se indica en microvoltios de señal recibida.

 En un receptor de AM la sensibilidad, depende de la potencia de ruido presente en la entrada del receptor, la figura de ruido del receptor), la sensibilidad del detector de AM, y el factor de mejora del ancho de banda del receptor. La mejor forma de mejorarla de un receptor es reducir el nivel de ruido. Esto se puede lograr reduciendo la temperatura, el ancho de banda del receptor, o mejorando la figura de ruido del receptor.

FRECUENCIA IMAGEN

La frecuencia imagen es una frecuencia de entrada no deseada que es capaz de producir la misma frecuencia intermedia (IF) que la que produce la señal de entrada deseada. Es una causa potencial de interferencias y por tanto crea problemas a la hora de obtener una recepción adecuada.

En un receptor heterodino, un mezclador alimentado mediante un oscilador local cuya frecuencia  sintonizable convierte la frecuencia de entrada deseada  a una IF prefijada la cual pasa a través de filtros selectivos en frecuencia, amplificadores y detección. La salida de un mezclador simple contiene la suma y la diferencia de las dos frecuencias de entrada. Posteriormente ambas frecuencias se convierten a la frecuencia . Normalmente sólo se desea recibir una de las dos. La frecuencia no deseada se llama “imagen” de la deseada, o bien la “frecuencia espejo”, debido a la simetría entre ambas frecuencias detectables respecto a . La sensibilidad a la frecuencia imagen puede ser minimizada o bien mediante un filtro sintonizable que preceda al mezclador, o bien mediante un circuito mezclador mucho más complejo.

Elegir una alta IF permite el uso de un filtro simple para la primera opción. Los filtros IF fijos no contribuyen al rechazo de la imagen pero pueden ser diseñados para dejar pasar un rango determinado de frecuencias, llamado ancho de banda, que estará centrado en la frecuencia del receptor.

OTROS APUNTES (Resumen Parte II)

DSLAM

Digital Subscriber Line Access Multiplexer, acrónimo de DSLAM, es un sistema situado en la central de la compañía telefónica, que enlaza múltiples conexiones DSL de usuario, en una única línea de alta velocidad ATM. Cuando la compañía de teléfono recibe una señal DSL, un modem ADSL con un splitter (POTS) detecta las llamadas de voz y datos. Las llamadas de voz son enviadas al (PTSN), y los datos son enviados al DSLAM, donde pasan através del canal ATM a Internet, y posteriormente vuelven al DSLAM, y al modem ADSL, antes de ser recibidos en el PC del cliente.

RDSI

La UIT-T (CCITT) define la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI o ISDN en inglés) como: red que procede por evolución de la Red Digital Integrada (RDI) y que facilita conexiones digitales extremo a extremo para proporcionar una amplia gama de servicios, tanto de voz como de otros tipos, y a la que los usuarios acceden a través de un conjunto de interfaces normalizados.

Fue definida en 1988 en el libro rojo de CCITT. Antes de la RDSI, el sistema telefónico era visto como una forma de transporte de voz, con algunos servicios especiales disponibles para los datos. La característica clave de la RDSI es que integra voz y datos en la misma línea, añadiendo características que no estaban disponibles en el sistema de teléfono clásico. Se puede decir entonces que la RDSI es una red que procede por evolución de la red telefónica existente, que al ofrecer conexiones digitales de extremo a extremo permite la integración de multitud de servicios en un único acceso, independientemente de la naturaleza de la información a transmitir y del equipo terminal que la genere.

En el estudio de la RDSI se han definido unos llamados puntos de referencia que sirven para delimitar cada elemento de la red. Estos son llamados R, S, T, U y V, siendo el U el correspondiente al par de hilos de cobre del bucle telefónico entre la central y el domicilio del usuario, es decir, entre la central y la terminación de red TR1. El concepto de RDSI se introduce mejor considerándolo desde distintos puntos de vista:

  • Soporte de aplicaciones, tanto de voz como de datos, utilizando un conjunto de aplicaciones estándar.
  • Soporte para aplicaciones conmutadas y no conmutadas. RDSI admite tanto conmutación de circuitos como conmutación de paquetes. Además, RDSI proporciona servicios no conmutados con líneas dedicadas a ello.
  • Dependencia de conexiones de 64 kbps. RDSI proporciona conexiones de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes a 128 kbps. Este es el bloque de construcción fundamental de la RDSI.
  • Inteligencia en la red. Se espera que la RDSI pueda proporcionar servicios sofisticados por encima de la sencilla situación de una llamada de circuito conmutado.
  • Arquitectura de protocolo en capas. Los protocolos para acceso a la RDSI presentan una arquitectura de capas que se puede hacer corresponder con la del modelo OSI.
  • Variedad de configuraciones. Es posible más de una configuración física para implementar RDSI. Esto permite diferencias en políticas nacionales, en el estado de la tecnología, y en las necesidades y equipos existentes de la base de clientes.

PSTN

La red telefónica pública conmutada (PSTN, Public Switched Telephone Network) es una red con conmutación de circuitos tradicional optimizada para comunicaciones de voz en tiempo real. Cuando llama a alguien, cierra un conmutador al marcar y establece así un circuito con el receptor de la llamada. PSTN garantiza la calidad del servicio (QoS) al dedicar el circuito a la llamada hasta que se cuelga el teléfono. Independientemente de si los participantes en la llamada están hablando o en silencio, seguirán utilizando el mismo circuito hasta que la persona que llama cuelgue.

HOTSPOT

Es una zona de cobertura Wi-Fi, en el que un punto de acceso (access point) o varios proveen servicios de red a través de un Proveedor de Servicios de Internet Inalámbrico (WISP). Los hotspots se encuentran en lugares públicos, como aeropuertos, bibliotecas, centros de convenciones, cafeterías, hoteles, etcétera. Este servicio permite mantenerse conectado a Internet en lugares públicos. Este servicio puede brindarse de manera gratuita o pagando una suma que depende del proveedor. Los dispositivos compatibles con Wi-Fi y acceso inalámbrico permiten conectar PDAs, ordenadores y teléfonos móviles, entre otros.

 Una red de Wi-Fi usa un radio de frecuencia para comunicarse entre el dispositivo cliente y el punto de acceso, usa transmisores de doble banda (o doble sentido) que trabajan a 2.4 Ghz (802.11b y/o 802.11g) o 5 Ghz (802.11a). Por lo general, el alcance de la antena varía entre 30 y 300 metros de distancia entre el punto emisor y el receptor, dependiendo del tipo de antenas utilizadas y la potencia emitida. A pesar de esto, hay muchos factores que reducen el alcance efectivo, como las interferencias y las condiciones físicas de la sala o en caso de exteriores los elementos físicos.

 Debido a que la comunicación se establece mediante ondas electromagnéticas, la posibilidad de ser crackeados o que una persona extraña se apodere de la red, son significativas. Sin embargo, existen la seguridad del tipo WEP y WPA para evitar el robo de datos. Independientemente de la seguridad aplicada en el enlace inalámbrico, en un HotSpot público carece de importancia el hacer una conexión cifrada. Si en un HotSpot se usa una red inalámbrica cifrada y el código de ésta es conocido, la facilidad para descifrar los datos es la misma. En un HotSpot público se ha de aplicar una configuración peer-to-peer en todos los casos en capa 2 y evitar así el multicast o broadcast entre clientes. No se han de aplicar cifrados al enlace inalámbrico y se ha de posibilitar el uso de VPNs.

 Algunos modelos de WPA se pueden utilizar como “hotspots” y soportan un nivel de autenticación mediante RADIUS y otros servidores de autenticación. Los últimos modelos utilizan niveles de cifrado de segunda y tercera generación, dado que la primera generación de cifrado WEP resultó bastante fácil de crakear. Estos nuevos niveles de cifrado, tanto WPA como el WPA2, son considerados seguros si la contraseña es lo suficientemente fuerte o bien si se utiliza “passphrase” (frase de paso).

 

COMPARTEL

Es un Programa de Telecomunicaciones Sociales creado por el Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, y cuyo objetivo es permitir que las zonas apartadas y los estratos bajos del país se beneficien con las tecnologías de las telecomunicaciones como son la telefonía rural y el servicio de internet.

El Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones ejecuta la política de Telecomunicaciones Sociales a través del Programa Compartel. Mediante recursos de fomento, se incentiva a los operadores a prestar servicios en las regiones apartadas y en los estratos bajos del país.

 En la actualidad dieciséis operadores están prestando los servicios de telefonía e Internet, por medio de los proyectos de Telefonía Rural Comunitaria, Servicio de Internet para Instituciones públicas, Internet social, Acceso en Banda Ancha a Mypimes, estrato 1, 2 y rural, Ampliación y Reposición de líneas telefónicas, y el Cable Submarino de Fibra Óptica para la isla de San Andrés, financiados con los recursos del Fondo de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones y FONADE, que han sido destinados para la ejecución de la política social.

 

BANDA BASE, BANDA ANCHA Y BANDA ANGOSTA

Banda Base: Son el conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, en otras palabras, son señales transmitidas en su frecuencia original, las cuales pueden ser codificadas originando y respectivo código de banda base.

En los sistemas de transmisión, es usada generalmente para modular una portadora. Durante el proceso de demodulación se reconstruye la señal banda base original. Por ello, podemos decir que la banda base describe el estado de la señal antes de la modulación y de la multiplexación y después de la demultiplexación y demodulación. Las frecuencias de banda base se caracterizan por ser generalmente mucho más bajas que las resultantes cuando éstas se utilizan para modular una portadora o subportadora.

Banda ancha: Se conoce asi, a la transmisión de datos por la cual se envían simultáneamente varias piezas de información, con el objetivo principal de incrementar la velocidad de transmisión efectiva. En el campo de las redes este se utiliza a menudo también para los métodos en donde dos o más señales comparten un medio o canal de transmisión.

Algunas de las variantes de los servicios de línea de abonado digital son de banda ancha en el sentido de que la información se envía sobre un canal y la voz por otro canal, como el canal ATC, pero compartiendo el mismo par de cables. Los módems analógicos que operan con velocidades mayores a 600 bps también son técnicamente banda ancha, pues obtienen velocidades de transmisión efectiva mayores usando muchos canales en donde la velocidad de cada canal se limita a 600 baudios. Por ejemplo, un módem de 2400 bps usa cuatro canales de 600 baudios. Este método de transmisión contrasta con la transmisión en banda base, en donde un tipo de señal usa todo el ancho de banda del medio de transmisión, como por ejemplo Ethernet 100BASE-T.

Es una tecnología de modems que permite el tráfico de datos se realice a una velocidad extraordinaria a través de una línea telefónica convencional. Además se puede mantener una conversación por teléfono mientras se está navegando por Internet.

Banda angosta: Las conexiones de banda estrecha en el mundo de las conexiones a Internet hacen referencia a un tipo de conexión que utiliza un ancho de banda muy reducido. La conexión más típica de banda estrecha que existe es la conexión por módem telefónico (Dial-up). Un módem adapta las señales informáticas producidas por la computadora a otro tipo de señal que se puede introducir por la línea telefónica; así mismo, convierte la señal que llega a través de la línea telefónica en información comprensible para el ordenador.

Los módems telefónicos realizan la comunicación en el espacio de frecuencias disponible para una llamada telefónica. Ese espacio es muy reducido, lo que provoca que la velocidad de conexión no supere los 56 kbps (kilobits por segundo). Debido a la baja velocidad que desarrollan, este tipo de conexión recibe el nombre de banda estrecha.

Actualmente, las conexiones por banda estrecha están siendo sustituidas por modernas conexiones de mayor ancho de banda (llamadas conexiones de banda ancha). El hecho de no tener que utilizar el espacio de frecuencias de voz hace que la capacidad pueda ser de 128 kbps o superior. Además, las conexiones de banda ancha permiten mantener la conexión a Internet al mismo tiempo que la línea telefónica es utilizada. Las conexiones de banda ancha más populares son el ADSL y las de Cablemódem.

 

Más información:

http://es.wikipedia.org

http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_estrecha

http://es.wikipedia.org/wiki/Banda_ancha

http://www.adslnet.es/index.php/2002/01/09/qu-es-el-dslam/

http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Baseband

http://www.mitecnologico.com/Main/ModulacionBandaBase

OTROS APUNTES (Resumen Parte I)

CODIFICACIÓN  Y TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN

Codificar una determinada información consiste en escribir esta en un determinado alfabeto, es decir mediante un número (finito) de símbolos concretos que recibirán el nombre de alfabeto. La primera pregunta que nos podemos plantear es ¿para qué?

Antes incluso de que el hombre alcanzase un grado de desarrollo intelectual “elevado” ha sentido la necesidad de transmitir información a otros hombres, de almacenarla para ser usada en el momento apropiado, de ocultarla a sus rivales o simplemente a terceras personas, …. Este fenómeno no es siquiera privativo del hombre sino que aparece en estadios mucho más primitivos de la evolución. Cualquiera de las manipulaciones anteriores requiere un “alfabeto”(es decir, conjunto de símbolos) que permita trasladar dicha información en una combinación de los mismos.

Cualquiera de las manipulaciones descritas se puede situar dentro de un marco general al que llamaremos Esquema general de comunicación:

En dicho esquema y como primera aproximación debemos mencionar que el papel de la Fuente es el un dispositivo que es capaz de generar cierta información, el canal es el medio a través del cual dicha información de va transmitir y el codificador al menos debe hacer que la información generada por la fuente sea susceptible de ser transmitida por el canal.

En sentido amplio el canal puede ser espacial o temporal (un hilo telefónico, óptico, almacenamiento en un disco, en un libro), puede estar afectado o no de ruido que altere la información a su paso por el canal, puede estar expuesto a que intrusos lean o alteren la información, etc. La información se codifica en el codificador para adaptarla al canal que usemos y para que sea útil a los fines que se persigan. La teoría de la codificación intenta dar respuesta a estas distintas necesidades; entre ellas citemos:

• Conseguir que ocupe el menor espacio posible (compresión).

• Conseguir que los ruidos del canal no afecten al contenido de la información (corrección de errores).

• Conseguir que la información no sea accesible a terceras personas no autorizadas (privacidad).

La teoría de la información se ocupa de modelizar matemáticamente el esquema anterior proporcionado un marco general adecuado para el tratamiento de la información. La criptologıa se ocupa de los problemas relativos a la privacidad y la teoría de códigos correctores de la recuperación de la información en canales afectados por ruido, es decir, de la transmisión de manera fiable a través de canales no confiables.

Modelo de comunicación: El modelo comunicacional desarrollado por Shannon y Weaver se basa en un sistema de comunicación general que puede ser representado por:

  • Fuente De Información: selecciona el mensaje deseado de un conjunto de mensajes posibles.
  • Transmisor: transforma o codifica esta información en una forma apropiada al canal.
  • Señal: mensaje codificado por el transmisor.
  • Canal: medio a través del cual las señales son transmitidas al punto de recepción.
  • Fuente De Ruido: conjunto de distorsiones o adiciones no deseadas por la fuente de información que afectan a la señal. Pueden consistir en distorsiones del sonido (radio, teléfono), distorsiones de la imagen (T.V.), errores de transmisión (telégrafo), etc.
  • Receptor: decodifica o vuelve a transformar la señal transmitida en el mensaje original o en una aproximación de este haciéndolo llegar a su destino.

Este sistema de comunicación es lo suficientemente amplio como para Incluir los diferentes contextos en que se da la comunicación (conversación, T.V., danza, etc.). Tomemos como ejemplo lo que ocurre en el caso de la radio. La fuente de información corresponde a la persona que habla por el micrófono. El mensaje son las palabras y sonidos que esta persona emite. El micrófono y el resto del equipo electrónico constituyen el transmisor que transforma este mensaje en ondas electromagnéticas, las cuales corresponden a la señal. El espacio que existe entre las antenas transmisoras y receptoras es el canal, mientras que lo que altera la señal original constituye la fuente de ruido. El aparato de radio de cada hogar es el receptor y el sonido que éste emite corresponde al mensaje recobrado. Las personas que escuchan este mensaje radial son los destinatarios.

 Principios de la medición de información: De acuerdo a estas consideraciones probabilísticas es posible establecer un primer principio de la medición de información. Este establece que mientras más probable sea un mensaje menos información proporcionará. Esto puede expresarse de la siguiente manera:   I(xi) > I(xk) si y sólo si p(xi) < p(xk)  donde I(xi) : cantidad de información proporcionada por xi p(xi) : probabilidad de xi

De acuerdo a este principio, es la probabilidad que tiene un mensaje de ser enviado y no su contenido, lo que determina su valor informativo. El contenido sólo es importante en la medida que afecta la probabilidad. La cantidad de información que proporciona un mensaje varía de un contexto a otro, porque la probabilidad de enviar un mensaje varía de un contexto a otro.

 Un segundo principio que guarda relación con las elecciones sucesivas establece que si son seleccionados los mensajes X e Y, la cantidad de información proporcionada por ambos mensajes será igual a la cantidad de información proporcionada por X más la cantidad de información proporcionada por Y, dado que X ya ha sido seleccionada. Esto puede ser expresado así:          I(xi e yj) = f p(xi) + f p(yj/xi)  

Donde    I(xi e yj) : cantidad de información proporcionada por los mensajes xi e yj

f : función             p(xi) : probabilidad de xi                    p(yj/xi) : probabilidad de yj dado que xi ha sido seleccionado.

Unidad de información

Una vez que hemos seleccionado el mensaje expresado en un lenguaje determinado es posible transcribirlo a un código de tipo binario. Este consta de sólo dos tipos de señales que indican Si o No, y que generalmente se codifican como 1 o 0. La cantidad de información proporcionada por cada elección entre dos alternativas posibles constituye la unidad básica de información, y se denomina dígito binario, o abreviadamente bit. La elección existente al tener un bit de información puede ser esquematizada de la siguiente manera:  b puede tener 2 posibilidades de 1/2 cada una. En la elección (b) tanto la línea superior como la inferior, es decir ambas posibilidades, pueden ser elegidas con la misma probabilidad de r/2. 

Entropía: La información que aporta un determinado valor (símbolo), , de una variable aleatoria discreta se define como:                         I(Xi)= log2(1/P(Xi)) = – log2 P(Xi)

 cuya unidad es el bit cuando se utiliza el logaritmo en base 2 (por ejemplo, cuando se emplea el logaritmo neperiano se habla de nats). A pesar del signo negativo en la última expresión, la información tiene siempre signo positivo (lo cual queda más claro en la primera expresión).

La entropía determina el límite máximo al que se puede comprimir un mensaje usando un enfoque símbolo a símbolo sin ninguna pérdida de información (demostrado analíticamente por Shannon), el límite de compresión (en bits) es igual a la entropía multiplicada por el largo del mensaje. También es una medida de la información promedio contenida en cada símbolo del mensaje. Su cálculo se realiza a partir de su distribución de probabilidad p(x) mediante la siguiente fórmula:           H(X) = E(I(X)) =∑ P(Xi)  log a(1/P(Xi)) = – ∑ P(Xi)  log a P(Xi) 

Algunas técnicas de compresión como LZW o deflación no usan probabilidades de los símbolos aislados, sino usan las probabilidades conjuntas de pequeñas secuencias de símbolos para codificar el mensaje, por lo que pueden lograr un nivel de compresión mayor.

  • Propiedades de la entropía

1. 0 < = H < = loga(m) Es decir, la entropía H esta acotada superiormente (cuando es máxima) y no supone perdida de información.

2. Dado un procesos con posibles resultados {A1,..,An} con probabilidades relativas p1, …,pn, la función  es máxima en el caso de que.

3. Dado un procesos con posibles resultados {A1,..,An} con probabilidades relativas p1, …,pn, la función  es nula en el caso de que pi = 0 para cualquier i.