El documento proporciona una explicación detallada de la modulación por impulsos codificados (PCM). Resume que la PCM es un método para convertir señales analógicas en señales digitales tomando muestras a intervalos regulares y asignando valores cuantificados codificados en bits. El proceso incluye muestreo, cuantificación, codificación y recuperación de la señal analógica original a través de un proceso inverso. La PCM se utiliza comúnmente en telefonía para convertir señales de

1. Modulación por impulsos codificados
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La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglas inglesas de Pulse
Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal
analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec
Reeves en 1937. Una trama o stream PCM es una representación digital de una señal
analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes
(muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se
encuentran codificados.IM
Contenido
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 1 Modulación
o 1.1 Introducción
o 1.2 Muestreo
o 1.3 Cuantificación
o 1.4 Codificación
o 1.5 Recuperación de la señal analógica
 2 Historia
 3 Véase también
[editar] Modulación
[editar] Introducción
Muestreo y cuantificación de una onda senoidal (roja) en código PCM de 4-bits

2. En la figura de la derecha observamos que una onda senoidal está siendo muestreada y
cuantificada en PCM. Se toman las muestras a intervalos de tiempo regulares (mostrados
como segmentos sobre el eje X). De cada muestra existen una serie de posibles valores
(marcas sobre el eje Y). A través del proceso de muestreo la onda se transforma en código
binario (representado por la altura de las barras grises), el cual puede ser fácilmente
manipulado y almacenado.
En la Figura 1 se muestra la disposición de los elementos que componen un sistema que
utiliza la modulación por impulsos codificados. Por razones de simplificación, sólo se
representan los elementos para la transmisión de tres canales.
Figura 1.- Disposición de elementos en un sistema MIC
En la Figura 2 tenemos las formas de onda en distintos puntos del sistema anteriormente
representado

3. Figura 2.- Formas de onda en diversos puntos de un sistema MIC
Las funciones de las distintas etapas de las que consta el sistema se detallan a continuac ión.
[editar] Muestreo
Artículo principal: Muestreo digital.
Consiste en tomar muestras (medidas) del valor de la señal n veces por segundo, con lo que
tendrán n niveles de tensión en un segundo.
Así, cuando en el sistema de la Figura 1 aplicamos en las entradas de canal las señales (a),
(b) y (c) (Figura 2), después del muestreo obtenemos la forma de onda.
Para un canal telefónico de voz es suficiente tomar 8.000 muestras por segundo, o, lo que
es lo mismo, una muestra cada 125 μseg. Esto es así porque, de acuerdo con el teorema de
muestreo, si se toman muestras de una señal eléctrica continua a intervalos regulares y con
una frecuencia doble a la frecuencia máxima que se quiera muestrear, dichas muestras
contendrán toda la información necesaria para reconstruir la señal original.
Como en este caso tenemos una frecuencia de muestreo de 8 kHz (período 125 μseg), sería
posible transmitir hasta 4 kHz, suficiente por tanto para el canal telefónico de voz, donde la
frecuencia más alta transmitida es de 3,4 kHz.
El tiempo de separación entre muestras (125 μseg) podría ser destinado al muestreo de
otros canales mediante el procedimiento de multiplexación por división de tiempo (TDM).
[editar] Cuantificación
Artículo principal: Cuantificación digital.
Por eso en la cuantificación se asigna un determinado valor discreto a cada uno de los
niveles de tensión obtenidos en el muestreo. Como las muestras pueden tener un infinito
número de valores en la gama de intensidad de la voz, gama que en un canal telefónico es
de aproximadamente 60 dB, o, lo que es lo mismo, una relación de tensión de 1000:1, con
el fin de simplificar el proceso, lo que se hace es aproximar al valor más cercano de una
serie de valores predeterminados.
[editar] Codificación
Artículo principal: Codificación digital.
En la codificación, a cada nivel de cuantificación se le asigna un código binario distinto,
con lo cual ya tenemos la señal codificada y lista para ser transmitida. La forma de una
onda sería la indicada como (f) en la Figura 2.F

4. En telefonía, la señal analógica vocal con un ancho de banda de 4KHz se convierte en una
señal digital de 64 Kbps. En telefonía pública se suele utilizar transmisión plesiócrona,
donde, si se usa un E1, podrían intercalarse otras 29 señales adicionales. Se transmiten, así,
32x64000 = 2.048.000 bps (30 canales para señales de voz, uno para señalización y otro
para sincronismo).
[editar] Recuperación de la señal analógica
En la recuperación se realiza un proceso inverso, con lo que la señal que se recompone se
parecerá mucho a las originales (a), (b) y (c), si bien durante el proceso de cuantificación,
debido al redondeo de las muestras a los valores cuánticos, se produce una distorsión
conocida como ruido de cuantificación. En los sistemas normalizados, los intervalos de
cuantificación han sido elegidos de tal forma que se minimiza al máximo esta distorsión,
con lo que las señales recuperadas son una imagen casi exacta de las originales. Dentro de
la recuperación de la señal, ya no se asignan intervalos de cuantificación en lugar de ello
son niveles, equivalentes al punto medio del intervalo IC en el que se encuentra la muestra
normalizada (Aclaración de WDLC).
[editar] Historia
En la historia de las comunicaciones eléctricas, la primera razón para muestrear una señal
era poder intercalar muestras de diferentes orígenes telegráficos y enviarlas por un único
cable telegráfico. La multiplexación por división de tiempo telegráfica fue lograda desde
1853, por el inventor estadounidense M.B. Farmer. El ingeniero eléctrico W.M. Miner, en
1903, usó un conmutador electromecánico para la multiplexación por tiempo de diversas
señales telegráficas y también aplicó esta tecnología a la telefonía. Obtuvo conversaciones
inteligibles de canales muestreados a una tasa sobre 3500 - 4300 Hz, bajo esta era
insatisfactoria. Esto era TDM, pero modulación por amplitud de pulsos (en inglés: PAM)
en vez de MIC. En 1926, Paul M. Rainey, de Western Electric, patentó una máquina de
facsímiles que transmitía su señal usando MIC de 5 bits, codificados por un convertidor
análogo-digital optomecánico. La máquina no llegó a producción masiva. El ingeniero
británico Alec Reeves, sin estar al tanto de este trabajo previo, concibió el uso de MIC para
las comunicaciones de voz en 1937, mientras trabajaba para la International Telephone and
Telegraph en Francia. Él describió la teoría y sus ventajas, pero no redundó en usos
prácticos. Reeves solicitó una patente en Francia en 1938, y su patente en EE.UU se le
otorgó en 1943. La primera transmisión de voz por técnicas digitales fue usando el
equipamiento de codificación y cifrado SIGSALY, utilizado para comunicaciones de alto
nivel aliadas durante la Segunda Guerra Mundial, en 1943. Ese año, los investigadores de
Bell Labs que diseñaron SIGSALY se dieron cuenta de que el uso de MIC había sido ya
propuesto por Alec Reeves. En 1949, Ferranti Canadá construyó un sistema de radio con
MIC que fue capaz de transmitir datos de radar digitalizados sobre largas distancias para el
DATAR de la marina canadiense. (REF) La MIC en los años 1950 usaba, para codificar, un
tubo de rayos catódicos con una malla perforada. Tal como en un osciloscopio, el haz era
barrido horizontalmente a una tasa de muestreo mientras la deflexión vertical era controlada
por la señal análoga de entrada, haciendo que el haz pasara a través de porciones altas o
bajas de la malla. La malla interrumpía el haz, produciendo variaciones de corriente en

5. código binario. Esta malla fue perforada para producir señales binarias en código Gray
antes que binario natural. MIC fue usado en Japón por Denon en 1972 para la masterización
y producción de grabaciones fonográficas, usando un grabador de cintas de formato
Quadruplex de 2 pulgadas para su transporte, el cual no llegó a ser desarrollado como
producto comercial.
Codificación digital
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Se entiende por Codificación en el contexto de la Ingeniería al proceso de conversión de un
sistema de datos de origen a otro sistema de datos de destino. De ello se desprende como
corolario que la información contenida en esos datos resultantes deberá ser equivalente a la
información de origen. Un modo sencillo de entender el concepto es aplicar el paradigma
de la traducción entre idiomas en el ejemplo siguiente: home = hogar. Podemos entender
que hemos cambiado una información de un sistema (inglés) a otro sistema (español) y que
esencialmente la información sigue siendo la misma. La razón de la codificación está
justificada por las operaciones que se necesiten realizar con posterioridad. En el ejemplo
anterior para hacer entendible a una audiencia hispana un texto redactado en inglés es
convertido al español.
En ese contexto la codificación digital consiste en la traducción de los valores de tensión
eléctrica analógicos que ya han sido cuantificados (ponderados) al sistema binario,
mediante códigos preestablecidos. La señal analógica va a quedar transformada en un tren
de impulsos de señal digital (sucesión de ceros y unos). Esta traducción es el último de los
procesos que tiene lugar durante la conversión analógica-digital. El resultado es un sistema
binario que está basado en el álgebra de Boole.
Procesos de la conversión A/D.
Contenido

6. [ocultar]
 1 Códec
o 1.1 Parámetros que definen el códec
 2 Codificación del sonido
o 2.1 Ejemplos de Códec de audio
 3 Codificación en el entorno de la Televisión digital
 4 Codificación digital unipolar
 5 Codificación digital polar
o 5.1 NRZ (No retornó a cero)
o 5.2 RZ (Retorno a cero)
o 5.3 Bifase (autosincronizados)
 6 Codificación digital bipolar
o 6.1 AMI ("Alternate Mark Inversion")
o 6.2 B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution)
o 6.3 HDB3 (High Density Bipolar 3)
 7 Véase también
 8 Enlaces externos
 9 Referencias
[editar] Códec
El códec es el código específico que se utiliza para la codificación/decodificación de los
datos. Precisamente, la palabra Códec es una abreviatura de Codificador-Decodificador.
[editar] Parámetros que definen el códec
1. Número de canales: Indica el tipo de sonido con que se va a tratar: monoaural,
binaural o multicanal
2. Frecuencia de muestreo: La frecuencia o tasa de muestreo se refiere a la cantidad
de muestras de amplitud tomadas por unidad de tiempo en el proceso de muestreo
(uno de los procesos, junto con el de cuantificación y el de codificación, que
intervienen en la digitalización de una señal periódica). De acuerdo con el Teorema
de muestreo de Nyquist-Shannon, la tasa de muestreo sólo determinará el ancho de
banda base de la señal muestreada, es decir, limitará la frecuencia máxima de los
componentes sinusoidales que forman una onda periódica (como el sonido, por
ejemplo). De acuerdo con este teorema, y siempre desde la perspectiva matemática,
una mayor tasa de muestreo para una señal no debe interpretarse como una mayor
fidelidad en la reconstrucción de la señal. El proceso de muestreo es reversible, lo
que quiere decir que, desde el punto de vista matemático, la reconstrucción se puede
realizar en modo exacto (no aproximado). La tasa de muestreo se determina
multiplicando por dos el ancho de banda base de la señal a muestrear

7. 3. Resolución (Número de bits). Determina la precisión con la que se reproduce la
señal original. Se suelen utilizar 8, 10, 16 o 24 bits por muestra. Mayor precisión a
mayor número de bits.
4. Bit rate. El bit rate es la velocidad o tasa de transferencia de datos. Su unidad es el
bit por segundo (bps).
5. Pérdida. Algunos códecs al hacer la compresión eliminan cierta cantidad de
información, por lo que la señal resultante, no es igual a la original (compresión con
pérdidas).(arquitectura).
[editar] Codificación del sonido
Utiliza un tipo de batistor inalámbrico específicamente diseñado para la compresión y
descompresión de señales de audio: el códec de audio.
[editar] Ejemplos de Códec de audio
 PAM (Modulación de amplitud de pulsos). La frecuencia de la portadora debe ser al
menos mayor que el doble de la frecuencia de la señal moduladora. Realiza una
cuantificación lineal de la amplitud de la señal analógica. Actualmente, la principal
aplicación principal de una codificación PAM se encuentra en la transmisión de
señales, pues permite el multiplexado (enviar más de una señal por un sólo canal).
 PCM (Pulse Code Modulated) cuya resolución es de 8 bits (1 byte. Utiliza la
modulación PAM como base, pero en lugar de en 8 bits en 7 bits, reservándose el
octavo para indicar el signo). al
 ADPCM (Adaptative Differential Pulse Code Modulated).
[editar] Codificación en el entorno de la Televisión digital
Durante mucho tiempo se mantuvo un debate en torno a cual de los 2 modelos de
codificación existentes debía imponerse:
 Codificación de la señal compuesta se codifica la señal analógica en función del
estándar de televisión que haya en el país donde se está realizando la codificación:
NTSC (EEUU), PAL (Europa), SECAM (Francia). No permite la compatibilidad
entre los estándares.
 Codificación por componentes: Se digitaliza la señal analógica utilizando su
división por componentes: luminancia (Y) y Crominancia (subportadoras de
color:R-Y y B-Y). La principal ventaja es que, por primera vez, se pueden mantener
la compatibilidad entre estándares. Sólo se requiere un conversor D/A específico
para cada estándar, para mantener, también la compatibilidad con los estándares
analógicos.
El CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radio Comunicaciones) emitió en 1982 la
norma CCIR 601 de televisión digital por componentes.

8. [editar] 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.
[editar] Codificación digital polar
La codificación polar utiliza dos niveles de voltaje, positivo y negativo.
 NRZ (No retornó a cero)
 RZ (Retorno a cero)
 Bifase (autosincronizados)
[editar] 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.
[editar] 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.
[editar] 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'.

9. [editar] Codificación digital bipolar
La codificación digital bipolar, utiliza tres valores:
 Positivo
 Negativo
 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.
Hay 3 tipos de codificación bipolar:
[editar] 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

10. amplitud positiva y negativa. Cada impulso es neutralizado por el del impulso siguiente al
ser de polaridad opuesta.
Codificando los "unos" con impulsos de polaridad alternativa y los "ceros" 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.
[editar] 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).
[editar] 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:

11. -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.

12. 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 existen casos en los cuales hay errores que
son imposibles de detectar y que incluso se propagan generando aún más errores.
Por ejemplo en la imagen podemos ver una señasl HDB3 con errores que no detecta el
RECEPTOR.
PCM: efectos de errores de Tx
• Cuando se transmite una información digital, a menudo se tiene que se
introducen errores en la recepción de los símbolos, debido al efecto del
ruido.
• Evidentemente, el error que se introduce tiene significado diferente
según sea la posición del bit errado, dentro del caracter (agrupación de
los bits que representan una muestra de voz o de imágen codificada, o
una letra de un texto, o el valor obtenido a la salida de un conversor A/D
en aplicaciones de telemetría,etc.).
• Por ejemplo, si se transmiten octetos codificados de señales de voz, si se
produce un error en el msb, esto se traduce en un error de signo. En
cambio, si es en el lsb, afecta sólo al menor nivel de cuantización.
• A continuación se analizará el efecto del ruido de canal en la recepción
de una señal codificada en PCM con cuantización uniforme.
• El análisis se basa en poder expresar el valor medio esperado del error, y
su varianza, dado que la varianza es una medida de la potencia del error
registrado.