análisis
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MATERIA:
FUNDAMENTOS DE TELECOMUNICACIONES
UNIDAD 3
MODULACIÓN
TEMA: ANÁLISIS DEL PROCESO EN LA CONVERSIÓN DE SEÑAL
ANALÓGICO A DIGITAL Y VICEVERSA.
INTEGRANTES DEL EQUIPO
SOLEDAD BOLAÑOS SEVERIANO
AZELINA CARLOS ISIDRO
JAQUELINE SANCHEZ MENDEZ
MC. Maria de los Ángeles Martínez Morales
Tuxtepec Oaxaca, 23 de abril de 2013
Los sistemas analógicos tienen muchas desventajas que los sistemas digitales nos
permiten solventar, sólo hay un problema y es que éstos últimos tienen la gran
desventaja que la naturaleza es meramente analógica.
Señal Analógica
Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por una función matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc. La magnitud también puede ser cualquier objeto medible como los beneficios o pérdidas de un negocio.
Desventajas de las señales analógicas en términos electrónicos
• Las señales de cualquier circuito o comunicación electrónica son susceptibles de ser modificadas de forma no deseada de diversas maneras mediante el ruido, lo que ocurre siempre en mayor o menor medida.
• La gran desventaja respecto a las señales digitales, es que en las señales analógicas, cualquier variación en la información es de difícil recuperación, y esta pérdida afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento del dispositivo analógico.
Ejemplo de señal analógica.
Una señal digital
Es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación).
Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.
Cabe mencionar que además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo o de bajo a alto, denominadas flanco de subida o de bajada, respectivamente. En la siguiente figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos. Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco
de subida y 4) Flanco de bajada. Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada.
Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales que son:
Punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases)
Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.
CONVERSION ANÁLOGICA-DIGITAL
La conversión analógica-digital (CAD) o digitalización consiste en la transcripción de señales
analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (codificación,
compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a
las que son más sensibles las señales analógicas.
Procesos de la conversión A/D.
Una señal analógica es aquella cuya amplitud (típicamente tensión de una señal que proviene de
un transductor y amplificador) puede tomar en principio cualquier valor, esto es, su nivel en
cualquier muestra no está limitado a un conjunto finito de niveles predefinidos como es el caso de
las señales cuantificadas.
Esto no quiere decir que se traten, en la práctica de señales de infinita precisión (un error muy
extendido): las señales analógicas reales tienen todo un ruido que se traduce en un intervalo de
incertidumbre. Esto quiere decir que obtenida una muestra de una señal analógica en un instante
determinado, es imposible determinar cuál es el valor exacto de la muestra dentro de un intervalo
de incertidumbre que introduce el ruido. Por ejemplo, se mide 4,3576497 V pero el nivel de esa
muestra de la señal de interés puede estar comprendido entre 4,35 V y 4,36 V y no es físicamente
posible determinar ésta con total precisión debido a la naturaleza estocástica del ruido. Sólo el más
puro azar determina qué valores se miden dentro de ese rango de incertidumbre que impone el
ruido. Y no existe (ni puede existir) ningún soporte analógico sin un nivel mínimo de ruido, es decir,
de infinita precisión. Por otro lado, si se pudiera registrar con precisión infinita una señal analógica
significaría, de acuerdo con la Teoría de la Información, que ese medio serviría para registrar
infinita información; algo totalmente contrario a las leyes físicas fundamentales de nuestro universo
y su relación con la entropía de Shannon.
En cambio, una señal digital es aquella cuyas dimensiones (tiempo y amplitud) no son continuas
sino discretas, lo que significa que la señal necesariamente ha de tomar unos determinados
valores fijos predeterminados en momentos también discretos.
Las señales analógicas no se diferencian, por tanto, de las señales digitales en su precisión
(precisión que es finita tanto en las analógicas como en las digitales) o en la fidelidad de sus
formas de onda (distorsión). Con frecuencia es más fácil obtener precisión y preservar la forma de
onda de la señal analógica original (dentro de los límites de precisión impuestos por el ruido que
tiene antes de su conversión) en las señales digitales que en aquéllas que provienen de soportes
analógicos, caracterizados típicamente por relaciones señal a ruido bajas en comparación.
Digitalización
La digitalización o conversión analógica-digital (conversión A/D) consiste básicamente en
realizar de forma periódica medidas de la amplitud (tensión) de una señal (por ejemplo, la que
proviene de un micrófono si se trata de registrar sonidos, de un sismógrafo si se trata de registrar
vibraciones o de una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel variable de tensión de interés),
redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como
niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o
soporte. La conversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogueto digital
converter).
En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en la conversión analógica-
digital:
1. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la
amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de
muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.
2. Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por
un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel
(cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya
que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de
modelo matemático.
3. Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de
las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único
nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a
la señal de entrada: el ruido de cuantificación.
4. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la
cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más
utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son utilizados.
Durante el muestreo y la retención, la señal aún es analógica, puesto que aún puede tomar
cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la señal ya toma valores finitos, la
señal ya es digital.
Los cuatro procesos tienen lugar en un conversor analógico-digital.
CONVERSIÓN DIJITAL-ANALÓGICA
Un sistema analógico tiene muchas limitaciones que los sistemas digitales permiten solventar; por ejemplo, un sistema analógico debe respetar unos criterios de calidad que afectan a la transmisión de la señal. Como la señal transmitida debe ser una réplica análoga de la señal original, es necesario que esta forma no se distorsione.
La calidad de recepción de estos sistemas depende de la potencia de la señal recibida y de la potencia del ruido que se le ha añadido a lo largo de todo el trayecto. La relación entre esas magnitudes se denomina relación señal a ruido, y sus límites condicionan el diseño de todo el sistema.
Los sistemas digitales tienen ventajas de diversa índole que permiten que se vayan imponiendo en todos los aspectos de las telecomunicaciones.
• Factores tecnológicos.
• La tecnología digital maneja señales sencillas y uniformes, independizándola del origen primero de la información.
• El almacenamiento de la información permite una gran densidad de almacenamiento y una gran facilidad para la gestión y mantenimiento.
• Factores sistemáticos.
• Los sistemas digitales son muy uniformes y no necesitan los complicados ajustes de los sistemas analógicos.
• Proporcionan una gran calidad, consiguiendo transportar la información sin ninguna degradación gracias a la regeneración completa de la señal en lo equipos amplificadores. El proceso de amplificado se realiza mediante un descodificado-codificado de la señal, por lo que se eliminan todos los efectos del ruido. El ruido en estos sistemas no es factor acumulativo a lo largo de distintos segmentos.
• Simplifican la integración de sistemas distintos, ya que son comunes las tareas de conmutación y control. Además las interfaces son fáciles de realizar y estandarizar.
• Factores económicos: los sistemas digitales aprovechan componentes de la industria de la micro eléctrica, de los computadores, por lo que se benefician de las economías de escala que se producen en esta industria. Los sistemas digitales son muy adecuados a su fabricación en serie debido a que no presentan los problemas de tolerancia tan crítico que tienen sus equivalentes analógicos.
• Ventajas del control y gestión: permiten una gran flexibilidad en el control de la red, permitiendo el uso de sistemas de control sofisticados que permiten nuevos servicios añadidos a los básicos.