Unidad i digitales[1]

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Unidad i digitales[1]

  1. 1. ¿QUE SON COMUNICACIONES DIGITALES?Son aquellas que utilizan números codificados en sistemas binarios (1 y0), los códigos alfanuméricos, los símbolos gráficos, los códigos deoperación de microprocesadores o la información de base de datos, enla transmisión y recepción de un mensaje dentro de un sistema decomunicaciones.FACTORES DE LA COMUNICACIÓNFuente de informaciónMedio de transmisiónDestino de información
  2. 2. VENTAJAS DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES• El ruido no es acumulativo.• Los sistemas digitales son más inmunes al ruido y a la distorsión decanal.• La señal puede ser fácilmente criptografiada, es decir, codificada conel fin de obtener comunicaciones privadas.• La señal puede codificarse para obtener bajos índices de error.
  3. 3. DESVENTAJAS DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES• El ancho de banda, en principio, es mucho mayor que el de un sistemaanalógico. Sin embargo, los avances tecnológicos enfocados a minimizar estadesventaja han permitido igualar, y en algunos casos, superar la eficienciaespectral de los sistemas analógicos, sin una degradación considerable en lacalidad de las señales a transmitir.• Para este tipo de sistemas se requiere de conversores Análogo – Digital(A/D) y Digital – Análogo (D/A).
  4. 4. DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN DIGITAL
  5. 5. La capacidad de información de un sistema de comunicacionesrepresenta la cantidad de símbolos independientes que puedentransportarse por el sistema en determinada unidad de tiempo. Elsímbolo binario mas básico es el DIGITO BINARIO o BIT. Enconsecuencia, conviene con frecuencia expresar la capacidad deinformación de un sistema en BITS POR SEGUNDO, o bps.
  6. 6. ¿A QUE LLAMAMOS ENTROPIA DE LA FUENTE DEINFORMACION?Se ha definido la autoinformación en función de los mensajesindividuales o símbolos que una fuente pueda producir, pero unsistema de comunicación no es diseñado para un mensaje enparticular, sino para todos los posibles mensajes. Por lotanto, aunque el flujo de información instantáneo de una fuentepueda ser errático, se debe describir la fuente en términos de lainformación promedio producida. Esta información promedio sedenomina Entropía de la fuente.
  7. 7. Establece la máxima cantidad de datos digitales que pueden ser transmitidossin error sobre dicho enlace de comunicaciones con un ancho debanda específico y que está sometido a la presencia de la interferencia delruido. B es el ancho de banda del canal. (Hz) C es la capacidad del canal o de informacion (tasa de bits de información bit/s) S es la potencia de la señal útil, que puede estar expresada en vatios, milivatios, etc., (W, mW, etc.) N es la potencia del ruido presente en el canal, (mW, μW, etc.) que trata de enmascarar a la señal útil.
  8. 8. ANALOGICAS DIGITALES Señales generadas por algún fenómeno electromagnéticoRepresentada por una función matemática Representada en continua en la que es valores discretosvariable su amplitud y codificada en superiodo en función del contenido, como lo son tiempo los valores de 0 y 1
  9. 9. ANALOGICAS DIGITALESMagnitudes físicas comúnmente El interruptor de portadoras de una la luz sólo puede señal de este tipo tomar dos valoresson eléctricas como o estados: abierto la intensidad, la o cerrado, o la tensión y la misma lámpara: potencia, pero encendida o también pueden apagada; en la ser hidráulicas familia lógica TTL como la (transistor- presión, térmicas transistor-logic) como la los niveles son 0 Vtemperatura, mecá y 5 V. nicas, etc.
  10. 10.  Cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves,puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración deseñales. Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizancuando la señal llega al receptor; entonces comprueban (uso de redundancia) laseñal, primero para detectar algún error, y, algunos sistemas, pueden luegocorregir alguno o todos los errores detectados previamente. Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación esfácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamientode señal. La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad. Es posible aplicar técnicas de compresión de datos sin pérdidas o técnicas decompresión con pérdidas, basados en la codificación perceptual mucho máseficientes que con señales analógicas.
  11. 11.  Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificaciónposterior, en el momento de la recepción. Si no se emplean un número suficiente de niveles de cuantificación en elproceso de digitalización, la relación señal a ruido resultante se reducirá conrelación a la de la señal analógica original que se cuantificó. Esto es unaconsecuencia de que la señal conocida como error de cuantificación queintroduce siempre el proceso de cuantificación sea más potente que la del ruidode la señal analógica original. En los casos donde se emplean suficientesniveles de cuantificación, la relación señal a ruido de la señal original seconservará esencialmente porque el error de cuantificación quedará por debajodel nivel del ruido de la señal que se cuantificó. Esto, naturalmente, es lonormal. Se hace necesario emplear siempre un filtro activo analógico pasa bajo sobrela señal a muestrear con objeto de evitar el fenómeno conocido comoaliasing, que podría hacer que componentes de frecuencia fuera de la banda deinterés quedaran registrados como componentes falsos de frecuencia dentro dela banda de interés. Asimismo, durante la reconstrucción de la señal en laposterior conversión D/A, se hace también necesario aplicar un filtro activoanalógico del mismo tipo (pasa bajo) conocido como filtro de reconstrucción.
  12. 12. La conversión analógica-digital (CAD) consiste en la transcripción de señalesanalógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento(codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) másinmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señalesanalógicas.
  13. 13. Consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud(tensión) de una señal, redondear sus valores a un conjunto finito de nivelespreestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) yregistrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. Laconversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogue todigital converter).En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en laconversión analógica-digital: MUESTREO RETENCION CUANTIFICACION CODIFICACION
  14. 14. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestrasperiódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma estamuestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce comofrecuencia de muestreo.Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas(retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitirevaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático esteproceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido alimitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático.Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje decada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señalanalizada a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, comoresultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación.Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durantela cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binarioes el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también sonutilizados.
  15. 15. IMPORTANTE!!Durante el muestreo y la retención, la señal aún esanalógica, puesto que aún puede tomar cualquiervalor. No obstante, a partir de lacuantificación, cuando la señal ya toma valoresfinitos, la señal ya es digital.
  16. 16. El Teorema del Muestreo, o Teorema de Nyquist-Shannon, estableceque la frecuencia mínima de muestreo necesaria para evitar el“aliasing” debe ser. fm>2.BWDonde:fm: frecuencia de muestreoBW: ancho de banda de la señal a muestrear (BW=fmax - fmin) Para señales con fmin = 0, se puede expresar como fm>2.fmax Para demostrar este teorema debemos aplicar conceptos básicos deseries de Fourier y trigonometría.
  17. 17. La cuantización es un proceso claramente no lineal, que genera distorsiones oerrores no lineales, donde se otorga a un rango de la señal una única salida. Ladiferencia que resulta de restar la señal de entrada a la de salida es el error decuantización, esto es, la medida en la que ha sido necesario cambiar el valor deuna muestra para igualarlo a su nivel de cuantización más próximo.
  18. 18. En el proceso de cuantificación, la diferencia que resulta de restar la señal deentrada a la de salida se denomina error de cuantificación, esto es, la medida enla que ha sido necesario cambiar el valor de una muestra para igualarlo a sunivel de cuantificación más próximo. Esta diferencia, entendida como una secuencia de muestras de tiempodiscreto pero de amplitud continua (al igual que la señal de entrada), puede serinterpretado en la práctica como una señal indeseada añadida a la señaloriginal. El cuantificador redondea el valor de la señal de entrada al valor más cercanode los posibles niveles de cuantificación. El nivel de decisión para el redondeohacia arriba o hacia abajo, suele tomarse a la mitad del intervalo decuantificación.
  19. 19. La Modulación por Amplitud de Pulsos (PAM) es la más sencilla de lasmodulaciones digitales. Consiste en cambiar la amplitud de una señal, defrecuencia fija, en función de la señal transmitir.
  20. 20. La transmisión de las señales moduladas por amplitud de pulsos imponecondiciones severas respecto a las respuestas en magnitud y fase del sistema, acausa de la corta duración de los pulsos. Por otra parte, el comportamiento deun sistema PAM respecto al ruido nunca puede ser superior al de transmisiónen banda base. Sin embargo, la modulación por amplitud de pulsos es el primer pasoindispensable en la conversión de señales analógicas adigitales, entendiéndose aquí por señal digital aquélla que solamente tienedos niveles. La señal PAM es una señal discreta, no necesariamente digital.
  21. 21. PCM Es el método de Es la más Una señal conversión deutilizada de todas analógica puede señaleslas modulaciones convertirse a analógicas a de pulsos. digital mediante digitales (CAD). un proceso de muestreo y cuantificación. La amplitud de PCM siempre una señal conlleva digital sólo modulación previa puede tener un de amplitud de El muestreo la convierte en número finito pulsos. una señal PAM, la de valores, por cuantificación redondea el lo general dos valor de la amplitud al (cero y uno). número permisible más cercano, generalmente en el intervalo (0, 2n) y lo codifica en un cierto número de bits.
  22. 22. Cuando se muestrea una señal a una frecuencia ligeramente superior a lafrecuencia de Nyquist, como ocurre en casi todos los casos prácticos, la señalmuestreada presenta una elevada correlación entre muestras adyacentes, esdecir que, en promedio, la señal no cambia substancialmente entre muestrassucesivas. Como resultado de esto la varianza de la diferencia entre muestrasadyacentes es menor que la de la señal en sí. Por consecuencia, la señal codificada en PCM contiene informaciónredundante que no es indispensable para su adecuada recuperación en el receptor,de modo que si se elimina esta redundancia antes de la codificación, se tendrá unaseñal codificada más eficiente. Si se conoce el comportamiento de una señal en el pasado, es posiblepredecir su comportamiento en el futuro inmediato, evidentemente con uncierto error que puede ser muy pequeño.DPCM hace uso de esta idea de predicción en la forma ilustrada en el siguientediagrama de bloques:
  23. 23. La señal de entrada al Es la señal cuantificada decuantificador es el error, que se codifica paraerror de producir la señal de salidapredicción, dado por DPCM.la diferencia entre laseñal muestreada deentrada y supredicción.La señal predichase obtienemediante un filtropredictivo linealcuya entrada es laversióncuantificada de la La versiónseñal. cuantificada de la señal original de entrada seEl receptor reconstruye aconsiste de un partir de ladecodificador, salida delpara reconstruir decodificadorla señal usando uncuantificada de filtro deerror. predicción igual al del transmisor.
  24. 24. En la modulación delta, la señal de entrada se sobremuestrea a unafrecuencia mucho mayor que la de Nyquist para aumentardeliberadamente la correlación entre muestras adyacentes de la señal. Esto se hace para permitir una estrategia simple de cuantificación en la reconstrucción de la señal.En su forma básica, la modulación delta proporciona una aproximaciónen escalera de la versión sobremuestreada de la señal. La diferenciaentre la entrada y la aproximación se cuantifica únicamente a dosniveles, ±Δ, correspondientes a diferencias positivas o negativas, comose ilustra en la figura:
  25. 25. DISTORSIÓN POR RUIDOSOBRECARGA DE GRANULAR PENDIENTE Cuando los niveles de la Cuando el tamaño del aproximación en escalera escalón, Δ, es muy grande no pueden seguir las en tanto que la pendiente variaciones rápidas de la de la señal es pequeña, es señal de entrada cuando la decir que la señal de pendiente de ésta es entrada varía poco. grande.
  26. 26. IMPORTANTE!!De acuerdo a esto es necesario tener, por unaparte, escalones grandes, para acomodar un rango dinámicogrande de la señal de entrada y, por otra, escalonespequeños para una representación precisa de las señalesde, relativamente bajo nivel. Esto hace necesario unmodulador adaptativo, en el sentido de que el tamaño delescalón pueda hacerse variar de acuerdo al nivel de la señalde entrada.

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