3.- Modulacin

Objetivo Educacional:

Analizar las diferentes tcnicas de modulacin para evaluar su efecto en el proceso de transmisin

de datos.

Bibliografa:

Forouzan, Transmisin de datos y redes de comunicacin, Segunda Edicin. Pag.

85-120.

William Stallings, Comunicaciones y Redes de Computadoras, Sexta edicin. Pag

121-150

3.1 Tcnicas de modulacin analgica: Modulacin en amplitud (AM)

y modulacin en frecuencia (FM).

En telecomunicacin el trmino modulacin engloba el conjunto de tcnicas para transportar

informacin sobre una onda portadora, tpicamente una onda sinusoidal.

Estas tcnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicacin lo que posibilita

transmitir ms informacin en forma simultnea, protegindola de posibles interferencias y

ruidos.

Bsicamente, la modulacin consiste en hacer que un parmetro de la onda portadora cambie de

valor de acuerdo con las variaciones de la seal moduladora, que es la informacin que queremos

transmitir.

El objetivo de modular una seal, es tener un control sobre la misma.

El control se har sobre ciertos elementos caractersticos de una oscilacin continua; estos son

modificados segn la forma de onda de la seal que se desea transmitir.

Existen varias razones para modular, entre ellas:

Facilita la propagacin de la seal de informacin por cable o por el aire.

Ordena el radioespectro, distribuyendo canales a cada informacin distinta.

Disminuye dimensiones de antenas.

Optimiza el ancho de banda de cada canal.

Evita interferencia entre canales.

Protege a la informacin de las degradaciones por ruido.

Define la calidad de la informacin transmitida. Existen bsicamente dos tipos de modulacin:

La modulacin ANALGICA, que se realiza a partir de seales analgicas de informacin, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma elctrica.

La modulacin DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de seales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

Los parmetros o magnitudes fundamentales de una seal analgica son:

Amplitud Frecuencia Fase

La amplitud:

Es el valor instantneo de una seal en cualquier momento

En transmisin de datos, la amplitud est medida en volts La frecuencia:

Es el inverso del periodo (1/T)

Representa el nmero de repeticiones de un periodo por segundo.

Expresado en ciclos por segundo, o hertz (Hz). La fase:

Es una medida de la posicin relativa en el tiempo del periodo de una seal.

La siguiente figura muestra cmo funciona este concepto. La seal modulada se convierte en una

envoltura de la portadora

Un sistema de comunicacin transmite seales con informacin a travs de un canal de

comunicaciones que separa el transmisor del receptor.

El trmino banda base se utiliza para denominar la banda de frecuencias que representa la

seal original que lleva la informacin. La utilizacin eficiente del canal de comunicaci

as adecuado

para la transmisin. En recepcin se realizar el desplazamiento inverso en frecuencia al

rango original banda base.

El desplazamiento del rango de frecuencias se consigue mediante un proceso denominado

modulacin que se define como el proceso por el que alguna de las caractersticas de una

portadora

Se modifica de acuerdo con la seal que tiene la informacin. La seal banda base se

denomina seal moduladora y la seal resultante del proceso de modulacin modulada.

En el extremo receptor se requiere devolver a la seal modulada su forma original. Este

proceso se denomina demodulacin y es el inverso de la modulacin.

Modulacin en Amplitud (AM).

La siguiente figura muestra cmo funciona este concepto. La seal modulada se convierte en una

envoltura de la portadora.

Modulacin en Amplitud y Bandas laterales de la Modulacin en Amplitud.

Ancho de banda en AM

El ancho de banda de la seal AM es igual al doble del ancho de banda de la seal modulada y

cubre un rango centrado alrededor de la frecuencia de la portadora en la siguiente figura la

porcin sombreada del grafico es el espectro de frecuencia de la seal

El ancho de banda de audio (voz y msica) es habitualmente de 5 KHz. Por tanto, una estacin de

radio AM necesita un ancho de banda mnimo de 10 KHz. de hecho la Comisin de

Comunicaciones Federales (FCC) permite 10 KHz para cada estacin de AM.

Las estaciones pueden tener frecuencia de portadora en el espectro de la banda entre 530 a 1.700

KHz (1,7 MHz).

Sin embargo, la frecuencia de la portadora de cada estacin debe estar separada de las de sus

lados por al menos 10 KHz (un ancho de banda, AM) para evitar interferencias.

El ancho de banda total necesario para AM se puede determinar a partir del ancho de banda de

una seal de audio BWt=2x BWm

Ejemplo: Se tiene una seal de audio con un ancho de banda de 4 KHz. Cul es es

el ancho de banda necesario si se modula la seal usando AM? Ignore por ahora

las regulaciones de la FCC

Solucin:

Una seal AM necesita dos veces el ancho de banda de la seal original:

BW = 2 x 4 KHz = 8 KHz

Modulacin en frecuencia (FM).

En la transmisin FM (Frequency Modulation), se modula la frecuencia de la seal portadora para

seguir los cambios en los niveles de voltaje (amplitud) de la seal modulada.

La amplitud pico y la fase de la seal portadora permanecen constantes, pero a medida que la

amplitud de la seal de informacin cambia, la frecuencia de la portadora cambia de forma

correspondiente.

La siguiente figura muestra las relaciones de la seal modulada, la seal portadora y la seal FM

resultante.

El ancho de banda de una seal de audio (voz y msica) en estreo es casi 15 KHz. Cada estacin

de radio FM necesita, por tanto, un ancho de banda mnimo de 150 KHz. La FCC exige que el ancho

de banda mnimo posea al menor 200 KHz (0.2 MHz).

Las estaciones FM pueden tener frecuencias portadoras en una banda entre los 88 y los 108 MHz.

Las estaciones deben estar separados por al menos 200 KHz para evitar que sus anchos de banda

se solapen. Para que haya ms privacidad, la FCC exige que en un rea determinada solamente se

puedan utilizar asignaciones de anchos de banda alternativos.

Dada la banda de 88 a 108 MHz de rango, hay 100 anchos de banda FM potenciales en un rea, de

los cuales 50 pueden operar en cualquier momento.

Ejemplo: Se tiene una seal de audio con un ancho de banda de 4 MHz. Cul es el ancho de

banda necesario si se modula la seal usando FM? No tenga en cuenta la regulacin la FCC.

Solucin:

Una seal FM requiere 10 veces el ancho de banda de la seal original:

BW = 10 x 4 MHz = 40 MHz

3.2 Tcnicas de modulacin digital: Modulacin por desplazamiento

de amplitud (ASK), modulacin por desplazamiento de frecuencia

(FSK), modulacin por desplazamiento de fase (PSK) y modulacin

de amplitud en cuadratura (QAM).

Las seales (bits) son generadas por un dispositivo de procesamiento de datos (digital), y es

transportado por un camino originalmente analgico.

Para esto se necesita tcnicas que permitan transmitir seales sin que se pierda su integridad.

Para cumplir esto se necesita agregar a los dispositivos de procesamiento de datos equipos

especialmente elaborados para MODULAR y DEMODULAR , como los MODEM.

Una seal (bit) puede ser enviada de dos formas : digital y analgica.

Las tcnicas empleadas para transportar informacin son:

1.- MODULACIN: Tcnica empleada para modificar una seal con la finalidad de posibilitar el

transporte de informaciones a travs de un canal de comunicacin y recuperar la seal en su

forma original en la otra extremidad. Ahora sern posibles dos tcnicas para la transmisin de

datos: Analgica y Digital. Solamente la Analgica realiza modulacin. Una vez que la Digital usa un

recurso de codificacin de pulsos.

2.- BITS Y BAUDIOS: La Tasa de modulacin representa la cantidad de veces que la lnea fue

sealizada y es expresada en Baudios.

Baud: Baudio.- Bit por segundo transmitido de una computadora a otro. Por ejemplo, Internet

trabaja habitualmente de 9,600 a 28,000 baudios si es va telefnica.

Modulacin por desplazamiento de Amplitud (ASK).

La modulacin por desplazamiento de amplitud (ASK) (Amplitude Shift Keying) es una forma de

modulacin que representa datos digitales como variaciones en la amplitud de una onda

portadora.

La amplitud de una seal portadora anloga vara conforme a la corriente de bit (modulando la

seal), manteniendo la frecuencia y la fase constante.

El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s. Podemos

pensar en la seal portadora como un interruptor ON/OFF.

En la seal modulada, el valor lgico 0 es representado por la ausencia de una portadora, as que

da ON/OFF la operacin de pulsacin y de ah el nombre dado.

Como la modulacin AM, ASK es tambin lineal y sensible al ruido atmosfrico, distorsiones,

condiciones de propagacin en rutas diferentes en PSTN (Public Switched Telephone Network), etc.

Esto requiere la amplitud de banda excesiva y es por lo tanto una un gasto de energa. Tanto los

procesos de modulacin ASK como los procesos de demodulacin son relativamente baratos.

La tcnica ASK tambin es usada comnmente para transmitir datos digitales sobre la fibra ptica.

Para los transmisores LED, el valor binario 1 es representado por un pulso corto de luz y el valor

binario 0 por la ausencia de luz.

L j h

dispositivo emita un nivel bajo de luz. Este nivel bajo representa el valor 0, mientras una onda

luminosa de amplitud ms alta representa el valor binario 1.

Ejemplo:

Encuentre el ancho de banda mnimo para una seal ASK que transmite 2.000 bps. El modo de

transmisin es semiduplex.

En ASK la tasa de baudios y la tasa de bits son la misma. La tasa de baudios, por lo tanto, es de

2.000.

Una seal ASK necesita un ancho de banda mnimo igual a la tasa de baudios. Por lo tanto, el

ancho de banda mnimo es 2.000 Hz.

Ejemplo:

Dado un ancho de banda de 5.000 Hz para una seal ASK. Cul es la tasa de baudios y la tasa de

bits?

En ASK la tasa de baudios es la misma que el ancho de banda, lo que significa que la tasa de

baudios es 5.000. Pero, debido a que la tasa de baudios y la tasa de bits son tambin la misma ASK,

la tasa de bits es 5.000 bps.

Modulacin por desplazamiento de frecuencia (FSK).

FSK - Desplazamiento de frecuencia.

FSK (Frequency-shift keying), es una modulacin de frecuencia donde la seal moduladora (datos)

es digital. Los dos valores binarios se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2) prximas

a la frecuencia de la seal portadora fp.

La modulacin FSK asigna una frecuencia distinta a la portadora, segn el estado de la seal de

datos.

Ancho de banda para FSK

Aunque FSK cambia entre dos frecuencias portadoras, es fcil analizar como dos frecuencias

coexistentes. Se puede decir que el espectro de FSK es la combinacin de dos espectros ASK

centrados alrededor de fco y fc1. El ancho de banda necesario para la transmisin con FSK es:

BW= (fc0 fc1) + N baudios

Ejemplo:

Encuentre el ancho de banda mximo de para una seal FSK que se transmite a 2.000 bps. La

transmisin es en modo semiduplex y las portadoras deben ser separadas por 3.000 Hz.

Solucin:

Para FSK, si fco y fc1 son las frecuencias portadoras, entonces:

BW = Tasa de baudios + (fco - fc1 )

Sin embargo, la tasa de baudios es la misma que la tasa de bits. Por lo tanto:

BW = Tasa de bits + (fco y fc1 ) = 2.000 + 3.000 = 5.000 Hz

Modulacin por desplazamiento de fase (PSK).

En la modulacin por desplazamiento de fase (PSK, Phase Shift Keying), la fase de la portadora

cambia para representar el 1 o el 0 binario.

Tanto la amplitud de pico como la frecuencia permanecen constantes mientras la fase cambia. Por

ejemplo, si se comienza con una fase de 0 grados para representar un 0 binario, se puede cambiar

la fase a 180 grados para enviar un 1 binario.

La fase de la seal permanece constante durante la duracin de cada bit y su valor depende del bit

(0 o 1).

La modulacin PSK asigna una fase distinta a la portadora, segn el estado de la seal de datos.

Este mtodo es llamado a menudo 2-PSK o PSK binario debido a que usa dos fases 0 y 180 grados.

CONSTELACIN PSK

La constelacin es un instrumento a menudo utilizado para

simbolizar por ejes una seal con modulacin digital.

El eje 1 (In-Phase) indica que no hay alteracin en la fase de la

portadora.

El eje Q indica que hay una desfase de 90 en la fase de la

portadora.

Las tcnicas de modulacin PSK ms utilizadas son: BPSK y QPSK

Diagrama de constelacin PSK

En la tcnica 4_PSK cada fase representa un par de bits y es denominada dibit. Usando 4-PSK se

puede transmitir datos dos veces mas rpido.

Caractersticas del 4-PSK

Esta idea se puede extender hasta 8-PSK, el cual tiene 8 fases distintas, cada desplazamiento

puede representar 3 bits.

Ejemplo:

Determine el ancho de banda de una seal 4-PSK transmitiendo a 2.000 bps. La transmisin se

lleva a cabo en modo semiduplex

Solucin:

Para 4-PSK la tasa de baudios es la mitad de la tasa de bits, es por lo tanto, 1.000. una seal PSK

necesita un ancho de banda igual a su tasa de baudios. Por consiguiente el ancho de banda es de

1.000 Hz.

Ejemplo:

Dado un ancho de banda de 5.000 Hz para una seal 8-PSK, Cules son la tasa de baudios y la tasa

de bits?

Solucin:

Para PSK la tasa de baudios es igual es la misma que ancho de banda, lo que significa que la tasa

de baudios es de 5.000. Pero en la 8-PSK la tasa de bits es tres veces grande que la tasa de

baudios, por lo que la tasa de bits es de 15.000 bps.

Modulacin de Amplitud en cuadratura (QAM).

La modulacin de amplitud en cuadratura (QAM) significa continuar ASK y PSK de tal forma que

haya en contraste mximo entre cada bit, dibit, tribit qubit, etc., dando por resultado poder tener

x v e y v , x v y v y

nmero correspondiente de bits por variacin.

Diagrama QAM

La modulacin QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK) de forma

independiente, dos seales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que estn desfasadas

entre si 90. La seal modulada QAM es el resultado de sumar ambas seales ASK. Estas pueden

operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras estn en cuadratura.

Ejemplo:

Un diagrama de constelacin est formado por ocho puntos, igualmente espaciados sobre un

crculo. Si la tasa de bits es 4.800 bps Cul es la tasa de baudios?

La constelacin indica 8-PSK con los puntos separados 45 grados. Puesto que 23 = 8, se trasmiten

tres bits con cada elemento seal. Adems la tasa de baudios es:

4.800/3= 1.600 baudios

Ejemplo:

Calcula la tasa de bits para una seal 16-QAM de 1.000 baudios.

Una seal de 16-QAM significa que hay cuatro bits elemento de seal, puesto que 24=16.

As: 1.000x 4 = 4.000 bps

3.3 Conversin analgico digital: Muestreo, cuantizacin y

codificacin. A veces es necesario digitalizar una seal analgica. Por ejemplo, para enviar la voz humana a

larga distancia, es necesario digitalizarla puesto que las seales digitales son menos vulnerables al

ruido.

En la conversin de analgico a digital, se representa la informacin contenida en una onda

continua como una serie de pulsos digitales (unos y ceros).

Esto se denomina conversin de analgico a

digital o digitalizacin de una seal analgica.

Para llevarla a cabo es necesario efectuar una

reduccin del nmero de valores potencialmente

infinitos en un mensaje analgico, de forma que

puedan ser representados como un flujo digital

con una perdida mnima de informacin.

VENTAJAS de la transmisin digital [con respecto a la analgica]:

1.-La ventaja principal de la transmisin digital es la inmunidad al ruido. Las seales analgicas son

ms susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencia y variaciones de fase. Esto se

debe a que con la transmisin digital, no se necesita evaluar esos parmetros, con tanta precisin,

como en la transmisin analgica. En cambio, los pulsos recibidos se evalan durante un intervalo

de muestreo y se hace una sola determinacin si el pulso est arriba (1) o abajo de un umbral

especfico (0).

2.-Almacenamiento y procesamiento: Las seales digitales se pueden guardarse y procesarse

fcilmente que las seales analgicas.

3.- Los sistemas digitales utilizan la regeneracin de seales, en vez de la amplificacin, por lo

tanto producen un sistema ms resistente al ruido que su contraparte analgica.

4.- Las seales digitales son ms sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es ms fcil comparar el

rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de sealizacin e informacin,

que con los sistemas analgicos comparables.

5.- Los sistemas digitales estn mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por

ejemplo, deteccin y correccin de errores), que los analgicos.

6.- Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son ms pequeos, y

muchas veces con ms econmicos.

DESVENTAJAS de la transmisin digital son las siguientes:

1.- La transmisin de las seales analgicas codificadas de manera digital requieren de ms ancho

de banda para transmitir que la seal analgica.

2.- Las seales analgicas deben convertirse en cdigos digitales, antes que su transmisin y

convertirse nuevamente a analgicas en el receptor.

3.-La transmisin digital requiere de sincronizacin precisa, de tiempo, entre los relojes del

transmisor y receptor.

4.- Los sistemas de transmisin digital son incompatibles con las instalaciones analgicas

existentes.

La conversin Analgico-Digital consta de varios procesos:

Muestreo

Cuantizacin

Codificacin

Muestreo Toda la tecnologa digital (audio, video) est basado en la tcnica de muestreo (sampling en

ingls). En msica, cuando una grabadora digital toma una muestra, bsicamente toma una

fotografa fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y

procesados.

Comparado con la grabacin analgica, la cual est basada en registros de voltaje como patrones

de magnetizacin en las partculas de xido de la cinta magntica.

El muestreo digital convierte el voltaje en nmeros (0s y 1s) los cuales pueden ser fcilmente

representados y vueltos nuevamente a su forma original.

Razn de muestreo

La frecuencia de muestreo de una seal en un segundo es conocida como razn de muestreo

medida en Hertz (Hz).

1 Hz = 1/seg

La razn de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHO DE BANDA] de un sistema. A

mayores razones de muestreo, habr ms calidad o precisin.

Por ejemplo en audio digital se usan las siguientes razones de muestreo:

24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo.

30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo.

44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo.

48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo.

Una seal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una seal

muestreada a 24 KHz. Pero, una seal muestreada a 48 KHz, ocupara el doble del ancho de banda

que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando

bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, stos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de

mejor calidad, ocupar mayor espacio en disco.

La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, ste es el

estndar. Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que estn muestreados a 44.1

KHz a 16 bits.

Teorema de Nyquist

El ingeniero sueco Harry Nyquist formul el siguiente teorema para obtener una grabacin digital

de calidad:

La frecuencia de muestreo mnima requerida para realizar una grabacin digital de calidad,

debe ser igual al doble de la frecuencia de audio de la seal analgica que se pretenda

digitalizar y grabar.

Este teorema recibe tambin el nombre de Condicin de Nyquist.

Es decir, que la tasa de muestreo se debe realizar, al menos, al doble de la frecuencia de los

sonidos ms agudos que puede captar el odo humano que son 20 mil hertz por segundo (20 kHz).

Por ese motivo se escogi la frecuencia 44,1 kH

CD, 20 kH , y

sentido del odo puede captar.

Cuantizacin Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantizacin (quantization) de la seal

analgica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series

de valores numricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones

de voltajes que contiene la seal analgica original.

Por tanto, la cuantizacin representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de

tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y

asignarles sus correspondientes valores en el sistema numrico decimal, antes de convertir esos

valores en sistema numrico binario.

Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos.

Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos caractersticas bien importantes, el

muestreo (tiempo) y la cuantizacin (nivel).

La cuantizacin es el componente amplitud del muestreo. En otras palabras, mientras que el

muestreo mide el tiempo (por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantizacin es la

tcnica donde un evento analgico es medido dado un valor numrico.

Para hacer esto, la amplitud de la seal de audio es representada en una serie de pasos discretos.

Cada paso est dado entonces por un nmero en cdigo binario que digitalmente codifica el nivel

de la seal.

Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles

(bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantizacin.

Codificacin. La codificacin es la representacin numrica de la cuantizacin utilizando cdigos ya establecidos

y estndares. El cdigo ms utilizado es el cdigo binario, pero tambin existen otros tipos de

cdigos que son empleados.

A continuacin se presenta una tabla donde se representan los nmeros del 0 al 7 con su

respectivo cdigo binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de

cuantizacin.

En general

2(n)= Niveles o estados de cuantizacin donde n es el nmero de bits.

Y en esta otra tabla se puede ver la sustitucin que se ha hecho de los valores numricos

correspondientes a los voltajes de las muestras tomadas de la seal analgica utilizada como

ejemplo y su correspondiente conversin a valores en cdigo binario.

3.4 Cdigos de lnea: RZ, NRZ, NRZ-L, AMI, pseudo-ternaria,

Manchester, Manchester diferencial, B8ZS, HDB3, entre otros.

Los cdigos de lnea surgen ante la necesidad de trasmitir seales digitales a travs de diversos

medios de transmisin.

Una seal digital es una secuencia de pulsos de tensin discretos y discontinuos, donde cada pulso

es un elemento de la seal. Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en cada

elemento de seal.

En el caso ms sencillo, habr una correspondencia uno a uno entre los bits y dichos elementos,

un cero se representa mediante un nivel bajo de tensin y un uno se representa por un nivel de

tensin mayor.

Antes de nada se va a introducir un poco de terminologa. Si todos los elementos de seal tienen

el mismo signo algebraico, es decir si son todos positivos o todos negativos, la seal se dice

unipolar.

En una seal polar, por el contrario, un estado lgico se representar mediante un nivel positivo

de tensin y el otro, mediante un nivel negativo.

La razn de datos de una seal es la velocidad de transmisin, expresada en bits por segundo, a la

que se transmiten los datos.

La duracin o longitud de un bit se define como el tiempo empleado en el transmisor para emitir

un bit; para una razn de datos R, la duracin de un bit es 1/R.

La razn de modulacin, por el contrario, es la velocidad o razn con la que cambia el nivel de la

seal, que depender del esquema de codificacin elegido.

La razn o velocidad de modulacin se expresa en baudios, que equivale a un elemento de seal

por segundo.

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

Unipolares

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

0.

Polares

En este caso la seal tomara valores positivos para un 1 lgico y negativos para un 0 lgico pero

nunca toma el valor 0.

Bipolares

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

siempre en 0.

Los cdigos de lnea fueron desarrollados para mejorar las prestaciones de los sistemas de

transmisin, el esquema de codificacin es simplemente la correspondencia que se establece

entre los bits de los datos con los elementos de seal. A continuacin se describen algunas de las

ms utilizadas.

Codificacin polar

RZ (retorno a cero)

Retorno a Cero o RZ. RZ acrnimo de "Return to Zero" es un cdigo con retorno al nivel cero, en el

cual durante el paso de un bit a otro bit del mismo signo (paso de "1" a "1" de "0" a "0") se

vuelve siempre al nivel cero se caracteriza porque a la mitad del intervalo de bit el nivel de uno o

del cero va a cero.

Si los datos originales contienen tiras de unos o ceros, el receptor puede sufrir prdidas por

sincronizacin. Una de las soluciones es incluir de alguna forma la sincronizacin dentro de la seal

codificada, algo similar a la solucin de NZR-I pero capaz de manejar tiras de unos y de ceros.

Para asegurar la sincronizacin debe haber un cambio de seal para cada bit, sea ste un 1 o un 0,

el receptor puede usar estos cambios para construir, sincronizar o actualizar su reloj.

La codificacin RZ usa tres valores, una tensin positiva, una negativa y el nivel nulo de tensin. En

RZ, la seal cambia durante cada bit, de modo que al igual que en NZR-L un nivel positivo indica un

1 y un nivel negativo un 0, pero, a diferencia de NZR-L, a mitad del bit, la seal vuelve al nivel nulo

de tensin.

Por tanto un 1 se representa por una transicin del nivel +V a 0V, y un bit 0 por la transicin del

nivel -V a 0V. La principal desventaja de la codificacin RZ es que necesita dos cambios de seal

para codificar un bit.

NRZ, NRZ-L

No retorno a cero (NRZ, Non return to Zero)

La forma ms frecuente y fcil de transmitir seales digitales es mediante la utilizacin de un nivel

diferente de tensin para cada uno de los bits.

Los cdigos que siguen esta estrategia comparten la propiedad de que el nivel de tensin se

mantiene constante durante la duracin del bit; es decir, no hay transiciones (no hay retorno al

nivel cero de tensin).

En la codificacin NRZ, el nivel de la seal es siempre positivo o negativo, los dos mtodos ms

usuales son:

NZR-L. En esta codificacin, el nivel de la seal depende del tipo de bit que representa,

habitualmente un valor de tensin positiva indica que el bit es un 0 y un valor de tensin negativa

indica que el bit es un 1 (o viceversa), por tanto el nivel de la seal depende del estado del bit.

Pero cuando hay un flujo grande de ceros o unos en los datos puede surgir el problema de la

sincronizacin.

NZR-I. En esta codificacin, una inversin de la tensin representa un bit, es la transicin entre el

valor de la tensin positiva y negativa, no la tensin en si misma, lo que representa un bit. Un bit 0

se representa sin ningn cambio. NZR-I es mejor que NZR-L debido a la sincronizacin implcita

provista por el cambio de seal cada vez que se encuentra un 1. La existencia de unos en el flujo

de datos permite al receptor sincronizar su temporizador con la llegada real de la transmisin. Las

tiras de ceros todava pueden causar problemas.

La figura muestra las representaciones NZR-L y NZR-I de la misma serie de bits. En la secuencia

NZR-L las tensiones positiva y negativa tienen un significado especfico: positivo para el 0, negativo

para el 1.

En la secuencia NZR-I, las tensiones no tienen significado por si mismas, es el cambio de nivel la

base para reconocer los unos

AMI

Transmisin Bipolar o AMI (Alternate Marks Inverted)

En el cdigo AMI un 0 binario se representa por ausencia de seal y el 1 binario por pulsos de

polaridad alternante (positivo o negativo). Este tipo de esquema ofrece la ventaja de que la

sincronizacin es ms fcil, de hecho, slo la aparicin de largas cadenas de ceros la dificulta.

Adems, no hay componentes de continua en la seal debido a la alternancia de los pulsos. La

alternancia de los unos facilita la deteccin de errores.

AMI Bipolar :

Cero --- No hay seal.

Uno --- Pulso positivo o negativo de forma alterna.

Es uno de los cdigos ms empleados en la transmisin digital a travs de redes WAN.

Dos valores positivos sin alternancia entre ellos sern interpretados como un error en la lnea. los

0's son espacios sin presencia de voltaje. El formato Bipolar es en realidad una seal de tres

estados (+V, 0,-V).

Pseudoternaria

Existe una variacin de la AMI bipolar, que se denomina pseudoternaria, en la que el O binario

alterna entre valores positivos y negativos.

Invirtiendo la seal en cada ocurrencia de un 1, la AMI bipolar resuelve dos problemas: primero, el

componente DC es cero y, segundo, una secuencia larga de unos permanece sincronizada. No hay

mecanismo que asegure la sincronizacin de tiras largas de ceros.

Unos representados por ausencia de seal Ceros representados por pulsos de polaridad

alternante. No tiene ventajas ni inconvenientes respecto al Bipolar-AMI excepto en lo referente a

la prdida de sincronismo en los unos (1).

Manchester, Manchester diferencial.

La codificacin Manchester usa la inversin en mitad de cada intervalo de bit para sincronizar y

para representar bits. Una transicin de negativo a positivo representa un 1 binario y una

transicin positivo a negativo representa un O binario.

Usando una transicin con ese doble objetivo, la codificacin Manchester logra el mismo nivel de

sincronizacin que RZ pero con dos valores de amplitud

Manchester diferencial.

En la codificacin Manchester diferencial, la inversin en la mitad del intervalo de bit se usa para

sincronizacin, pero la presencia o ausencia de una transicin adicional al principio de cada

intervalo se usa para identificar el bit. Una transicin significa un O binario, mientras que la

ausencia de transicin significa un 1 binario. El mtodo Manchester diferencial necesita dos

cambios de seal para representar el O binario, pero solamente uno para representar el 1 binario.

Manchester:

Transicin en mitad del intervalo de duracin del bit.

La transicin sirve como reloj y para transmitir el dato.

T B j A 1.

T A B j 0 Manchester diferencial:

Transicin en mitad del intervalo usado slo para sincronizar.

La transicin al princ v 0.

L v 1.

B8ZS

Se han desarrollado dos variantes de AMI bipolar para resolver el problema de la sincronizacin de

secuencias de ceros, especialmente para transmisiones a larga distancia.

La primera, usada en Norteamrica, se denomina bipolar con sustitucin de 8 ceros

(B8ZS).

La segunda, usada en Europa y Japn, se denomina bipolar 3 de alta densidad (HDB3).

Ambas son adaptaciones de la AMI bipolar que modifican el patrn original solamente en el caso

de que haya mltiples ceros consecutivos

Bipolar con sustitucin de 8 ceros (B8ZS)

B8ZS es la convencin adoptada en Norteamrica para proporcionar sincronizacin de secuencias

largas de ceros. En la mayora de los casos, B8ZS funciona de forma idntica a AMI bipolar. AMI

bipolar cambia polos cada vez que encuentra un 1.

Estos cambios proporcionan la sincronizacin necesaria en el receptor. Pero la seal no cambia

durante las cadenas de ceros, por lo que a menudo la sincronizacin se pierde.

La diferencia entre B8ZS y la AMI bipolar se produce cuando se encuentran ocho o ms ceros

consecutivos dentro del flujo de datos. La solucin provista por B8ZS es forzar cambios artificiales

de seal, denominadas violaciones, dentro de la tira de ceros.

Cada vez que hay una sucesin de ocho ceros, B8ZS introduce cambios en el patrn basados en la

polaridad del 1 anterior (el 1 que ocurri justo antes de los ceros).

Si el valor del 1 anterior era positivo, los ocho ceros se codificarn entonces como cero, cero, cero,

positivo, negativo, cero, negativo, positivo.

Recuerde que el receptor est buscando polaridades alternas para identificar unos.

Cuando encuentra dos cargas positivas consecutivas alrededor de tres ceros, reconoce el patrn

como una violacin introducida deliberadamente y no como un error. A continuacin busca el

segundo par de violaciones esperadas.

Cuando las encuentra, el receptor traduce los bits a ceros y vuelve otra vez al modo normal AMI

bipolar.

Si la polaridad del 1 anterior es negativa, el patrn de la violacin es el mismo, pero con

polaridades inversas. Ambos patrones, positivo y negativo

HDB3

Bipolar 3 de alta densidad (HDB3)

El problema de sincronizar rfagas de ceros consecutivos se ha resuelto de forma diferente en

Europa y Japn que en los Estados Unidos.

Esta convencin, denominada HDB3, introduce cambios dentro del patrn AMI bipolar cada vez

que se encuentran cuatro ceros consecutivos en lugar de esperar por los ocho del mtodo B8ZS

usado en Norteamrica.

Aunque el nombre es HDB3, el patrn cambia cada vez que se encuentra cuatro ceros seguidos.

En HDB3 si hay cuatro ceros seguidos, se cambia el patrn usando una de las cuatro formas

basadas en la polaridad del 1 anterior y el nmero de unos desde la ltima sustitucin.

Al igual que en B8ZS, el patrn de violaciones en HDB3 se basa en la polaridad del bit 1 anterior.

Pero a diferencia del B8ZS, HDB3 tambin mira el nmero de unos que se han producido en el flujo

de bits desde la ltima sustitucin.

Si el nmero de unos desde la ltima sustituciones impar, HDB3 pone una violacin en el lugar del

cuarto consecutivo.

Si la polaridad del bit anterior era positiva, la violacin es positiva. Si la polaridad del bit anterior

era negativa, la polaridad es negativa.

3.5 Modem, estndares y protocolos.

Un mdem es un perifrico utilizado para transferir informacin entre varios equipos a travs de

un medio de transmisin por cable (por ejemplo las lneas telefnicas).

Los equipos funcionan digitalmente con un lenguaje binario (una serie de ceros y unos), pero los

mdem son analgicos. Las seales digitales pasan de un valor a otro. No hay punto medio o a

mitad de camino. Es un "todo o nada" (uno o cero).

Por otra parte, las seales analgicas no evolucionan "paso a paso" sino en forma continua.

Un equipo funciona como un piano y un mdem como un violn. El mdem convierte la

informacin binaria de un equipo en informacin analgica para modularla a travs de la lnea

telefnica que utiliza. Puede escuchar ruidos extraos si sube el sonido del mdem.

Por lo tanto, un mdem modula informacin digital en ondas analgicas. En la direccin opuesta,

demodula datos analgicos para convertirlos en datos digitales. La palabra "mdem" es la sigla de

"MOdulador/DEModulador".

Habitualmente hay cuatro unidades funcionales bsicas involucradas en la comunicacin de datos:

un DTE y un DCE en un extremo y un DTE y un DCE en el otro, tal como se muestra en la siguiente

figura.

El DTE genera la seal digital y la pasa, junto con seales de control, a un DCE. El DCE convierte la seal a un formato apropiado para el medio de transmisin y la introduce en el enlace. Cuando la seal llega al receptor, se efecta el proceso inverso.

El trmino mdem es una palabra compuesta que indica las dos entidades funcionales que

componen el dispositivo: un modulador de seal y un demodulador de seal.

Existen dos tipos de mdems: Internos y Externos

Estndares:

Al proliferar los mdem, aument la necesidad de protocolos estandarizados para la

comunicacin por mdem, para que todos los protocolos pudieran utilizar un lenguaje en

comn. sta es la razn por la que dos organizaciones desarrollaron estndares de

comunicacin:

Los laboratorios BELL, precursores en el rea de las telecomunicaciones.

El Comit Consultivo Internacional Telefnico y Telegrfico (CCITT), conocido desde 1990

como la Unin Internacional de Telecomunicaciones (UIT).

Existen dos estndares para mdems: mdem Bell y mdem ITU- T.

Mdems Bell.

Los primeros mdems comerciales fueron fabricados por la Compaa Telefnica Bell a principios

de 1970. Como primer y, durante largo tiempo, nico fabricante en el mercado, Bell defini el

desarrollo de la tecnologa y proporcion un estndar de facto del cual partieron subsecuentes

fabricantes.

Estndares de la ITU-T para mdems

Actualmente, muchos de los mdems ms populares se basan en los estndares publicados por la

ITU-T. Para su estudio, estos mdems se pueden dividir en dos grupos: los que son esencialmente

equivalentes a las series de mdems Bell-por ejemplo,V21 es similar al mdem Belll03- y aquellos

que no lo son.

Los mdems de la ITU-T que son compatibles con las series Bell se muestran en la siguiente tabla

junto a sus equivalentes Bell.

Los mdems ITU-T que no son equivalentes a los de las series Bell se describen a continuacin. Sus

caractersticas se muestran en la siguiente figura

xDSL y ADSL

El trmino DSL o xDSL significa Lnea de abonado digital y abarca todas las tecnologas instaladas

para el transporte digital de informacin a travs de una nica conexin de lnea telefnica.

Las tecnologas xDSL se dividen en dos tipos principales: los que utilizan la transmisin simtrica y

los que usan transmisin asimtrica.

El trmino ADSL significa Lnea de abonado digital asimtrica. Este sistema permite la coexistencia

de un canal descendente de alta velocidad, de un canal ascendente de velocidad media y de un

canal telefnico (que en telecomunicaciones es llamado POTS, siglas de "Plain Old Telephone

Service" (Servicio telefnico analgico convencional).

El rpido desarrollo de las tecnologas de informacin ha llevado a la aparicin de nuevos servicios

que buscan mayor capacidad de transmisin. El acceso a Internet de alta velocidad, las

videoconferencias, las redes de interconexin, el teletrabajo.

Caractersticas de las tecnologas ADSL:

El trmino DSL o xDSL puede dividirse en varios grupos: HDSL, SDSL, ADSL, RADSL, VDSL. Cada uno

de ellos se relaciona con un uso y posee caractersticas particulares.

Estas tecnologas se diferencian a travs de:

La velocidad de transmisin.

La distancia mxima de transmisin.

La variacin de velocidad entre flujo ascendente y descendente.

El carcter simtrico o asimtrico de la conexin.

La conexin punto a punto se lleva a cabo a travs de una lnea telefnica entre dos piezas de

hardware, la TR (Terminacin de red) que se instala en la ubicacin del usuario y la TL

(Terminacin de lnea) instalada en el intercambio de conexin.