clase 03

IS- 441 Redes de Computadoras

CODIFIACCIÓN Y MODULACIÓN

La información debe ser transformada en señales antes de poder ser transportada a través de

un medio de comunicación. Como

del formato usado por el HW de comunicaciones,

mediante señales, se debe conocer que patrones se adecuan a las palabras

Una señal simple no transporta información de la misma manera que una línea recta no hace

referencia a ninguna palabra. L

identificables que puedan ser reconocidos en el emisor y el receptor como representativos de la

información transmitida. Primero la información debe ser traducida a patrones acordados de

ceros a unos, para esto existirán estándares como el ASCII u otros etc ..

Habitualmente para transportar datos de un lugar a otro

necesario convertirlos en señales digitales, esto es lo que se denomina conversión Digital a

Digital o codificación de datos Digitales dentro de una señal digital, O puede ser necesario

convertir una señal analógica en una señal digital por distintas razones. Esto es lo que se

denomina conversión analógica a digital o digitalización de una señal analógi

Otras veces se requiere enviar una señal digital que sale de una computadora a través de un

medio diseñado para transmitir señales analógicas. Por ejemplo cuando se utiliza la red publica

de telefonía es necesario convertir la señal digital a analógi

conversión digital a analógica o m

Por ultimo si se desea enviar una señal analógica a larga distancia utilizando medios

analógicos, como la voz o músicas transmitidas por el aire, para esto se ne

alta frecuencia a esto se le denomina conversión de analógico a analógico o modulación de

una señal analógica.

MÉTODOS DE CONVERSIÓN:

Dentro de los métodos de conversión de señales se tiene los

- Digital / Digital

- Analógico / Digital

- Digital / Analógico

- Analógico / Analógico

CODIFIACCIÓN Y MODULACIÓN


un medio de comunicación. Como transformar la información depende de su formato original y

del formato usado por el HW de comunicaciones, por ejemplo si se requiere enviar una carta

mediante señales, se debe conocer que patrones se adecuan a las palabras de su mensaje.


referencia a ninguna palabra. La señal debe ser manipulada, introduciéndole cambios,



para esto existirán estándares como el ASCII u otros etc ..

Habitualmente para transportar datos de un lugar a otro (dentro o fuera de la computadora), es


l o codificación de datos Digitales dentro de una señal digital, O puede ser necesario


conversión analógica a digital o digitalización de una señal analógica.



de telefonía es necesario convertir la señal digital a analógica a esto se le denomina

conversión digital a analógica o modulación de una señal digital.


úsicas transmitidas por el aire, para esto se necesita una señal de


MÉTODOS DE CONVERSIÓN:

Dentro de los métodos de conversión de señales se tiene los siguientes:

Analógico / Analógico

Codificación y Modulación

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la información depende de su formato original y

por ejemplo si se requiere enviar una carta

de su mensaje.


a señal debe ser manipulada, introduciéndole cambios,



(dentro o fuera de la computadora), es


l o codificación de datos Digitales dentro de una señal digital, O puede ser necesario


ca.



ca a esto se le denomina


cesita una señal de


IS- 441 Redes de Computadoras Codificación y Modulación

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METODOS DE CONVERSIÓNMETODOS DE CONVERSIÓNMETODOS DE CONVERSIÓNMETODOS DE CONVERSIÓN

1. CONVERSION DIGITAL A DIGITAL

Este tipo de codificación es la representación de la información digital mediante una señal

digital. Esta operación lleva el nombre de conversión de código. En esta parte se vera los

principios de los repetidores regenerativos y los criterios que se deben tomar en cuenta para

evaluar la calidad de la señal digital.

Hay un término utilizado que es, trascodificación quiere decir cambio de código. El codificador

suministra señales digitales que se adaptan al soporte de transmisión a utilizar. Por tanto, es

indispensable efectuar, en cierta forma una remodelación de las señales digitales, al fin de

adaptarlas al tipo de soporte empleado.

Existen diferentes soportes para la transmisión digital, a saber:

• pares BF no pupinizados

• pares simétricos especiales para PCM

• pares coaxiales

• fibras ópticas

Se pueden observar la transmisión de un tren digital de primer orden a través del soporte

clásico, constituido por un par BF no pupinizado. El dispositivo que realiza la operación de

conversión de código lleva el nombre de Conversor de Código. Para un mismo equipo existen

conversores de código diferentes, de acuerdo con el soporte utilizado .

CONVERSOR DE CODIGO

1.1 Códigos empleados a) Código binario NRZ (sin retorno a cero) El código binario NRZ (Non Return to Zero) es el código que suministra los circuitos lógicos del

codificador. Es un código comúnmente empleado. (Ver figura 5)

Si se tiene una serie de N elementos binarios. Estos N elementos binarios pueden tomar 2N

combinaciones. Si se examina una de las combinaciones, por ejemplo, una serie alternada de

unos y de ceros, se encuentra una serie muy conocida, puesto que se trata de una señal

cuadrada.

CONVERSOR DE CODIGO

TIPO I

CONVERSOR DE CODIGO

TIPO II

Código Binario

Código Binario

Par simétrico

Par coaxial


3

La descomposición de esta señal en una serie de Fourier da una serie de líneas

correspondientes a la frecuencia fundamental y a sus armónicas.

El nivel de señal es siempre positivo o negativo. Los 2 métodos mas más populares son el

NRZ – L y el NRZ – I

a.1 NRZ – L .- El nivel de señal depende del tipo de bit que representa, habitualmente un

valor de voltaje + indica que el bit es un 0 y un valor de voltaje – significa que el bit es un 1.

a.2 NRZ – I .- Una inversión del nivel de voltaje representa un bit 1. es la transición entre el

valor de voltaje positivo y negativo, no los voltajes en si mismo, lo que representa un bit 1.

un bit 0 se representa si ningún cambio.

0 1 0 0 1 1 1 0

b. Código binario RZ El código binario RZ (Return to Zero) es uno de los pocos códigos que posee un espectro de

líneas discretas sobrepuesto a un espectro de densidad de energía contínua. Se dice que el

código es de retorno a cero porque, cuando existe 1, existe únicamente durante cierto

porcentaje del tiempo τ, después del cual regresa nuevamente a cero.

0 1 0 0 1 1 1 0

t

0 0 01 1 1 V

V(t)

τ


4

coherente

+V

-V

t

El tiempo durante el cual 1 retorna a cero es una característica del código. Se dice que se trata

de un código RZ 50% si el tiempo de retorno a cero corresponde a τ/2.

c. Código Bifáse En la codificación bifásica la señal cambia en medio del intervalo de bit, pero no vuelve a cero,

en lugar de eso continúa hasta el polo opuesto.

El codigo bifase coherente se obtiene por inversión o no de la frecuencia del reloj según se

desee emitir un 1 ó 0.

La información se representa por la fase del reloj. En la recepción, para determinar cual es la

configuración recibida a pesar de las rotaciones de fase debidas a la transmisión, es

indispensable poseer una referencia de fase. Existen 2 tipos de codificación Bifásica que son

Manchester, Manchester Diferencial.

c.1 Manchester .- La Codificación Manchester usa la inversión en mitad de cada intervalo de

bit para sincronizar y para representar bits. Una transición de negativo a positivo representa

un 1 binario y una transición de + a – representa un 0 binario. Es por esto que la

codificación Manchester se utiliza poco en cables en la transmisión de banda base.

Generalmente se prefiere el código Manchester diferencial.

c.2 Manchester Diferencial.- La inversión en la mitad del intervalo de bit se usa para

sincronización, pero la presencia o ausencia de una transición adicional al principio de cada

intervalo se usa para identificar el bit. Una transición significa un 0 binario mientras que la

ausencia de transición significa un 1 binario.

0 1 0 0 1 1 1 0

0 0 01 1 1

Código Manchester


5

d. Código bipolar d.1 Bipolar AMI Los dos códigos precedentes poseen ambos una componente continua, y por tanto, energía en

las frecuencias bajas. A fin de suprimir esta componente continua, se alterna la polaridad de

los unos, obteniéndose lo que se denomina el código bipolar AMI.

Así pues, el código bipolar presenta la característica de poseer energía cero en las frecuencias

bajas, lo que permite franquear sin dificultad los transformadores que encuentre en su

recorrido.

Este tipo de codificación es la forma más sencilla de codificación ya que el nombre de inversión

de marca alternada viene de la inversión del 1 alternando.

d.2 Pseudoternaria : Igual que el Bipolar AMi pero al revés:

“1”: ausencia de señal

“0”: alternativamente +V ó –V

d.3 Bipolar Con 8 Ceros Sustitución (B8zs): En EEUU.

Con 8 ceros seguidos se sustituye por:

POLARIDAD POSITIVA (+): 0 0 0 + - 0 - +

POLARIDAD NEGATIVA (-): 0 0 0 - + 0 + -

La mayor parte de la energía en la transmisión se concentra en frecuencias en torno a la mitad

de la velocidad a la que se transmite.

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0

t

0 0 01

1

1

V(t)

τ

V

V

1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0

Codifique la siguiente cadena de bits asumiendo que la polaridad del primer 1 es Positiva


6

d.4 Código HDB3 (High Density Bipolar) El código bipolar de alta densidad de orden 3 consiste en suprimir las series de mas de tres

ceros consecutivos. Para el efecto, el cuarto cero se remplaza por un 1. A fin de que en la

recepción se pueda reconocer este 1, se aprovecha del código bipolar para emitirlo como

violación de la bipolaridad.

En la recepción, un dispositivo, denominado detector de violaciones, es capaz de reconocer

esta violación y por tanto debe borrarla. Tal como funciona este sistema es muy simple. En

efecto, si se observa como reacciona el dispositivo de codificación HDB3 frente a una larga

serie de ceros , se constata que las violaciones de bipolaridad son todas de la misma polaridad.

Ahora bien, esta serie de violaciones de una misma polaridad rompe la regla del código bipolar

, puesto que el valor promedio de la señal ya no es cero. Por lo tanto, se debe agregar una

segunda regla a la codificación HDB3: es necesario que dos violaciones sucesivas sean de

polaridad opuesta.

POLARIDAD PRECEDENTE

1’S DESDE LA ÚLTIMA SUSTITUCIÓN

IMPAR PAR

NEGATIVA (-) 000- +00+

POSITIVA (+) 000+ -00-

1

1

1

1

0 0 0 0 0 0 00 01

V

Código Bipolar HDB3

Viloacion dePolaridad

t

10 0 0 0 0 00 0V

t

0 0V V

Código Bipolar HDB3

Todas las Violaciones son de la misma polaridad

IS- 441 Redes de Computadoras

2. CONVERSION ANALOGICO A

A veces es necesario digitalizar una señal analógica. por ejemplo para enviar la voz humana a

larga distancia es necesario digitalizarla pues

al ruido. Las diferentes fases de conversión analógica / digital en un canal telefónico, en orden

de sucesión son:

1º El muestreo2º La cuantificación3º la compresión4º la codificación

0 1 0 0

10 0 0

Código NRZ

Código HDB3

0

0

El primer cero se reemplaza por un positivoviolando la polaridad del código HDB3

ANALOGICO A DIGITAL


larga distancia es necesario digitalizarla puesto que las señales digitales son menos sensibles

Las diferentes fases de conversión analógica / digital en un canal telefónico, en orden

1º El muestreo 2º La cuantificación 3º la compresión 4º la codificación

0 0 0 0 0 01 1 1

1 0 00 1V

V1 B

El primer cero se reemplaza por un positivoviolando la polaridad del código HDB3

Dos violaciones sucesivas de polaridades opuestas

Codificación y Modulación

7


to que las señales digitales son menos sensibles

Las diferentes fases de conversión analógica / digital en un canal telefónico, en orden

0

0

t

t


8

Se debe tener en cuenta, que el porvenir de la conmutación telefónica se encuentra en el

campo temporal. Un conmutador temporal es un sistema repartidor de canales telefónicos los

que se presentan en forma digital, a fin de poder ser conmutados por circuitos lógicos. Se

deberá por tanto, numerar los canales telefónicos y los circuitos telefónicos que alimentan una

central temporal.

EL MUESTREO Para transmitir una señal f(t) de un emisor a un receptor, no es necesario transmitirlo en forma

continua. El muestreo consiste en transmitir solo valores instantáneos de la señal tomados a

intervalos regulares. Así, la cadena de transmisión se libera periódicamente y puede servir para

transmitir otras señales. El muestreo de un canal telefónico se realiza de una manera muy

simple con ayuda de una compuerta de muestreo, que deja o impide el paso de la señal o la

información.

2.1 MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSOS (PAM). Otro método para transmitir información es por medio de pulsos de voltaje o corriente. Con la

modulación de pulsos la onda portadora no es senoidal, pero consiste en pulsos rectangulares

repetidos. La amplitud, ancho o posición de los pulsos puede ser alterada por la amplitud de la

señal de información.

Te

Señal antes de la modulación Impulsos modulados en amplitud

Impulsos de muestreo

t t

t


9

El método de muestreo usado en PAM es más útil para otras series de ingenierías que para la

transmisión de datos sin embargo PAM es el fundamento de un método de conversión de

analógico a digital muy importante denominado PCM.

2.2 MODULACIÓN POR CODIFICACIÓN DE PULSOS (PAM).

La utilización del PCM para transmitir una sola señal de frecuencias vocales es concebible; por

ejemplo, en las líneas digitales de abonado conectadas a las centrales digitales o a

concentradores digitales (esto es, en una red con conmutación y transmisión integradas). Pero

la aplicación más importante, tanto en la actualidad como en el futuro es la utilización múltiple

de los soportes de transmisión.

El muestreo permite remplazar la transmisión continua de una señal de espectro limitado por la

transmisión de impulsos modulados en amplitud y espaciados en forma regular. Si estos

impulsos en su forma originaria fueran transmitidos a través del soporte de transmisión serían

deformados por los mismos defectos del canal de transmisión que afectan a la transmisión

analógica

Pero para reconstruir la señal en la recepción, no es necesario transmitir directamente estos

impulsos, es suficiente conocer la amplitud de cada una de ellas.

Esta amplitud se mide en la emisión y el resultado de la medición se transmite. En la recepción

se reconstruyen los impulsos regularmente espaciados, determinándose sus amplitudes en

base a los resultados de la medición recibidos

I I I

I I 0

0 I I

0 0 I

0 0 0

I 0 0

0 I 0

I 0 I

Niveles

máx

3e

2e

+e

0

-e

-2e

-3e

mín


10

PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente digital para

hacerlo PCM cuantifica primero los pulsos PAM.

LA PCM esta compuesto por 4 procesos distintos: PAM, Cuantificación, cuantificación binaria y

codificación digital a digital.

3. CONVERSION DE DIGITAL A ANALÓGICO

Hasta ahora se ha visto la transmisión de señales digitales en banda base. En la práctica, bien

sea por compartir el canal (por ejemplo el aire) o por poder usar antenas de dimensiones

razonables, es necesario modular. Al modular se modifica la amplitud, la frecuencia o la fase de

una portadora que puede ser una sinusoide, en función del mensaje. En el caso de que el

mensaje sea una señal binaria esto se denomina modulación por cambio de amplitudes

(ASK=Amplitude Shift Keying), modulación por cambio de frecuencias (FSK= Frequency Shift

Keying) o modulación por cambio de fase (PSK= Phase Shift Keying).

A continuación se vera las características más resaltantes de estos tipos de modulación como

son: La potencia, el espectro, el ancho de banda, moduladores y demoduladores y la

probabilidad de error.

3.1 Modulación en amplitud (ASK: Amplitude Shift Ke ying):

Consiste en cambiar la amplitud de la sinusoide entre dos valores posibles; si uno de los

valores es cero se le llama OOK (On-Off keying). La aplicación más popular de ASK son las

transmisiones con fibra óptica ya que es muy fácil "prender" y "apagar" el haz de luz; además la

fibra soporta las desventajas de los métodos de modulación de amplitud ya que posee poca

atenuación.

El modulador es un simple multiplicador de los datos binarios por la portadora.

3.2 Modulación en frecuencia (FSK: Frecuency Shift Keying)

Consiste en variar la frecuencia de la portadora de acuerdo a los datos. Si la fase de la señal

FSK es continua, es decir entre un bit y el siguiente la fase de la sinusoide no presenta

discontinuidades, a la modulación se le da el nombre de CPFSK (Continuous Phase FSK)


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3.3 Modulación en fase (PSK: Phase Shift Keying)

Aunque PSK no es usado directamente, es la base para entender otros sistemas de

modulación de fase multinivel. Consiste en variar la fase de la sinusoide de acuerdo a los

datos. Para el caso binario, las fases que se seleccionan son 0 y π.. En este caso la

modulación de fase recibe el nombre de PRK (Phase Reversal Keying).

3.4 Modulación en cuadratura (QAM)

Emplea 2 métodos o más combinados. Se envía más de 1 bit en cada baudio (estado de la

línea) combinando las técnicas básicas vistas. La combinación más empleada es ASK+PSK,

empleada por el método QAM con 4 fases y 2 amplitudes, lo que da 8 estados distintos y por lo

tanto 3 bits.

También QAM con 8 fases y para cada fase 2 amplitudes, significan 16 posibles combinaciones

de la línea, y podré transmitir 4 bits en cada estado de la línea. Transmitimos 2400 Baudios x 4

= 9600 bps.

DIAGRAMA VECTORIAL ó CONSTELACIÓN:


12

4. CONVERSION DE ANALOGICO A ANALÓGICO

Para poder transmitir información o inteligencia deseada a la señal eléctrica determinada se

precisa de modificarla o convertirla en alguna forma de modulación. El proceso de modulación

consiste en variar algún parámetro de una onda electromagnética que recibe el nombre de

onda portadora.

Normalmente se utiliza una señal de radiofrecuencia, puesto que la información se presenta de

una forma en la cual es imposible transmitirla directamente a un lugar distante y para ello es

necesario trasladarla a una frecuencia más elevada en el espectro, empleando el proceso de

modulación.

Los principales parámetros a considerar en los procesos de modulación, son los siguientes:

Potencia de la señal, Ancho de Banda, Distorsión y Potencia de Ruido

Las técnicas de conversión de señales de analógicas a analógicas , comprenden

principalmente a la Amplitud Modulada (AM), Frecuencia Modulada (FM) y Modulación en Fase

(PM).

4.1 AMPLITUD MODULADA (AM). Este proceso de modulación, consiste en hacer variar la amplitud de la onda senoidal portadora

por la amplitud de la señal moduladora.

Voltaje

o C

orr

iente

+

-

Voltaje

o C

orr

iente +

-

Tiempo

Tiempo

Señal Senoidal Moduladora

"Envolvente" de la ondaportadora modulada

OndaPortadora

Senoidal sinModular

ILUSTRACION DE UNA ONDA PORTADORA DE AMPLITUDMODULADA

La Onda portadora sin modular tiene un valor pico constante y una frecuencia más alta

que la señal moduladora. El valor pico de la portadora varía de acuerdo con el valor

instantáneo de la señal moduladora y el contorno de la forma de la onda o “envolvente”

de los valores picos de la onda modulada, tienen la misma forma que la señal

moduladora original. La onda de la señal moduladora ha sido superpuesta a la onda

portadora.


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4.2 MODULACIÓN DE FRECUENCIA (FM). Este proceso consiste en hacer variar la frecuencia de la onda portadora senoidal por la

amplitud de la señal moduladora.

Cuando se aplica la señal moduladora, la frecuencia de la señal portadora se incrementa a un

valor máximo, en dirección positiva y disminuye hasta su valor sin modular, mientras que la

amplitud decrece de nuevo hacia cero; entonces en la segunda mitad del ciclo de la señal

moduladora, la frecuencia de la portadora se decrementa a un valor mínimo mientras se

incrementa el valor de la amplitud de la frecuencia moduladora al máximo, en dirección

negativa, y se incrementa a su valor sin modular, mientras la señal moduladora decrece

nuevamente hacia cero.

4.3 MODULACIÓN DE FASE (PM). La modulación en fase se usa en algunos sistemas como alternativas a la modulación de

frecuencia. En el transmisor PM la fase de la señal portadora se modula para seguir los

cambios de voltaje de la señal modulada. La amplitud pico y la frecuencia de la señal portadora

permanecen constantes, pero a medida que la señal de información cambia la fases de la

portadora cambia de forma correspondiente. Los análisis y el resultado final son similares a los

de la modulación en frecuencia.

Bibliografía

- Comunicaciones de Redes de Computadoras William Sallings Sexta edición, Pearson Education, . Pag 95 – 132 - Transmisión de Datos y Redes de Comunicaciones

Behrouz A. Forouzan Segunda edición Pag 85 – 120

� http://www.eveliux.com/fundatel/menu_telecom.html

clase 03

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