PCM y Delta - Telecomunicaciones III

11
Curso:Curso:
Telecomunicaciones IIITelecomunicaciones III
Código: IT – 515 –MCódigo: IT – 515 –M
Modulación por codificacion de Pulsos (PCM)Modulación por codificacion de Pulsos (PCM)
Ing. Luis Degregori C.Ing. Luis Degregori C.

22
Señal AnalógicaSeñal Analógica
 Es un tipo de señal continua definidaEs un tipo de señal continua definida
por su amplitud y frecuencia.por su amplitud y frecuencia.
 Esta puede ser periódica o noEsta puede ser periódica o no
periódica.periódica.
 Estas predominan en los sistemas deEstas predominan en los sistemas de
comunicación analógica.comunicación analógica.

33
ParámetrosParámetros
 Una señal analógica consta de los siguientesUna señal analógica consta de los siguientes
parámetros:parámetros:
• Amplitud:Amplitud: El valor máximo de la señal conEl valor máximo de la señal con
respecto al origen.respecto al origen.
• Período:Período: Intervalo de tiempo mínimo en el que laIntervalo de tiempo mínimo en el que la
señal se repite.señal se repite.
• Frecuencia:Frecuencia: Es la inversa del período, es decir,Es la inversa del período, es decir,
cuanto mayor sea el período, menos veces secuanto mayor sea el período, menos veces se
repite la señal. Por lo tanto, es el número derepite la señal. Por lo tanto, es el número de
veces que se repite la señal en el tiempo.veces que se repite la señal en el tiempo.
• Fase:Fase: Es el desplazamiento de la señal conEs el desplazamiento de la señal con
respecto al origen hasta hacerla coincidir con larespecto al origen hasta hacerla coincidir con la
función original.función original.

44
SEÑALES DIGITALESSEÑALES DIGITALES
 Señales creadas por el hombre, artificiales,
que no se parecen en nada al mensaje que
se quiere transmitir.
 Tienen básicamente 02 características:
 Solo pueden tener niveles o valores.
 La transición de un valor a otro valor no se
efectúa en cualquier momento sino en
instantes predeterminados.

55
Señal DigitalSeñal Digital
V (t)
t
0
1
1 10 00
T T

66
 Los sistemas de transmisión, usan estas señales por
las ventajas que presentan como:
1) La tecnología digital baja costos.
2) Se puede amplificar y regenerar con lo cual el ruido
no es tan critico.
3) Se optimiza el uso del ancho de banda.
4) Se puede encriptar la información.
5) Permiten la implementación de sistemas de
detección y corrección de errores.
6) Otros: Permite multicopiados de calidad, ahorro de
espacio, energetico,etc.

77
 Esquema que muestra por que el ruido no
es critico, en sist. digitales.
N
S
N
S
N
S
N
S

88
Ventajas en laVentajas en la
utilización de Sistemasutilización de Sistemas
DigitalesDigitales
1.1. Las señales digitales puedenLas señales digitales pueden
regenerarseregenerarse óó amplificarseamplificarse en unen un
proceso de transmisión.proceso de transmisión.
2.2. Se puedeSe puede procesarprocesar la señal parala señal para
detectar y corregir erroresdetectar y corregir errores queque
ocurren en una transmisión.ocurren en una transmisión.

99
Ventajas en laVentajas en la
DigitalesDigitales
3.3. Las señales pueden serLas señales pueden ser
procesadas ó regeneradasprocesadas ó regeneradas
varias veces según convenga.varias veces según convenga.
4.4. El ruido y la interferencia pueden serEl ruido y la interferencia pueden ser
apropiadamenteapropiadamente minimizadosminimizados
mediante códigos.mediante códigos.

1010
Desventajas en laDesventajas en la
DigitalesDigitales
1.1. Requieren previamente deRequieren previamente de unauna
Conversión Analógica-DigitalConversión Analógica-Digital
(A/D) y una(A/D) y una decodificacióndecodificación (D/A)(D/A)
posterior, en el momento de laposterior, en el momento de la
recepción.recepción.

1111
Desventajas en laDesventajas en la
DigitalesDigitales
2.2. Requieren normalmente deRequieren normalmente de unauna
SincronizaciónSincronización precisa entreprecisa entre
elel Transmisor,Transmisor, y ely el Receptor.Receptor.

1212
OBJETIVO DE LOSOBJETIVO DE LOS
SISTEMAS DESISTEMAS DE
TRANSMISIONTRANSMISION
 Transmitir mensajes lo mas rápido posible y
con el mínimo de errores.
 Como los componentes del sistema tienen una
capacidad limitada, se debe compatibilizar los
siguientes parámetros:
- Tiempo de transmisión.
- Potencia Transmitida.
- Ancho de banda.
- Relación S/N.

1313
Transmisión AnalógicaTransmisión Analógica
 Maneja señales de tipo analógico, queManeja señales de tipo analógico, que
puede tener cualquier valor, de formapuede tener cualquier valor, de forma
continua.continua.
 En la transmisión analógica en general,En la transmisión analógica en general,
se utilizaron medios que fueronse utilizaron medios que fueron
diseñados para ladiseñados para la transmisión de voz,transmisión de voz,
siendo necesario el uso de adaptadoressiendo necesario el uso de adaptadores
de línea o de un módem.de línea o de un módem.

1414
Transmisión DigitalTransmisión Digital
 Usa señales discretas.Usa señales discretas.
 Con esta modalidad se consigueCon esta modalidad se consigue una altauna alta
calidad y velocidad de transmisión.calidad y velocidad de transmisión.
 En caso un periférico trabaje con señalesEn caso un periférico trabaje con señales
analógicas y se encuentre conectado aanalógicas y se encuentre conectado a
una línea digital,una línea digital, es necesario realizar laes necesario realizar la
conversión analógico - digitalconversión analógico - digital con uncon un
dispositivo denominado Codecdispositivo denominado Codec
(codificador - decodificador).(codificador - decodificador).

1515
Transmisión AnalógicaTransmisión Analógica
Red de Datos
LAN
Red
Telefónica
Conmutada
Transmisión DigitalTransmisión Digital

1616
CONVERSIONCONVERSION
ANALOGICA DIGITALANALOGICA DIGITAL
 Es lo que conocemos como
DIGITALIZACION (Proceso que
transforma una señal analógica en
señal digital antes de su transmisión).
 Básicamente consiste en transformar
la información analógica a ceros y
unos (niveles altos y bajos).

1717
• Introducción
• Características del sistema de
Transmisión PCM.
• Principios del sistema PCM.
• Estructura de la señal de línea PCM
• Sincronización
(PCM) MODULACION POR
PULSOS CODIFICADOS.

1818
 Las técnicas que hicieron posible el desarrollo de
PCM / MIC son:
 Múltiple por División en el tiempo (TDM) - 1853.
 Transmisión de señales digitales (Ej. Telegrafía)
 Conocimiento del teorema de muestreo (1936).
 El Sistema PCM fue inventado por el ALEC REEVES
en 1937.
INTRODUCCION ALINTRODUCCION AL
SISTEMA PCMSISTEMA PCM

1919
 La Relación Señal a Ruido (S/R), en los
sistemas PCM es independiente de la señal.
 Esto es debido al uso de repetidoras que
regeneran la señal a lo largo de la línea.
 Asegura alta calidad y reducidas pérdidas del
sistema de transmisión.
Características delCaracterísticas del
Sistema PCMSistema PCM

2020
 El sistema PCM es utilizado para transmitir
diversos tipos de información tales como
telefonía, imagen, datos, etc.
 Optimiza el uso de los medios de transmisión
(F.O.)
 En comparación con los sistemas analógicos
este sistema es económico y mas confiable.
Características delCaracterísticas del

2121
 La conversión analógica a digital seLa conversión analógica a digital se
hace porhace por muestreomuestreo de las señalesde las señales
analógicas, caracterizando su nivel poranalógicas, caracterizando su nivel por
una o más cifras y luego se efectúa unauna o más cifras y luego se efectúa una
““cuantificación”cuantificación” de la forma de ondade la forma de onda
de entrada.de entrada.
 Cada muestra cuantificada que entra alCada muestra cuantificada que entra al
codificador corresponderá a uncodificador corresponderá a un
determinadodeterminado nivel “L” (L=2nivel “L” (L=2NN
))
Principios del SistemaPrincipios del Sistema
PCMPCM (Digitalización de Señales).(Digitalización de Señales).

2222
 Cada nivel se hace corresponder con unaCada nivel se hace corresponder con una
secuencia de dígitos binarios,secuencia de dígitos binarios, y esto sey esto se
envía al receptor.envía al receptor.
 El proceso inverso se realiza regenerando lasEl proceso inverso se realiza regenerando las
señales analógicas de acuerdo con las cifrasseñales analógicas de acuerdo con las cifras
que se reciban.que se reciban.
 A este proceso se le denomina ModulaciónA este proceso se le denomina Modulación
por Pulsos Codificados (PCM).por Pulsos Codificados (PCM).
Principios del SistemaPrincipios del Sistema
PCMPCM (Digitalización de Señales).(Digitalización de Señales).

2323
Sistema de ModulaciónSistema de Modulación
PCMPCM
 De lo anterior podemos indicar que es unaDe lo anterior podemos indicar que es una
técnica que tiene por objetivo, transformartécnica que tiene por objetivo, transformar
una señal analógica en una señal digitaluna señal analógica en una señal digital
discreta, lo cual involucra básicamentediscreta, lo cual involucra básicamente
tres pasos:tres pasos:
1.- El Muestreo1.- El Muestreo
2.- La Cuantización2.- La Cuantización
3.- La Codificación3.- La Codificación

2424
Procesamiento DigitalProcesamiento Digital
de Señalesde Señales
Señal
digital
Señal
analógica
Etapas necesarias para efectuar el procesamiento de
una señal EN LA TRANSMISION
Muestreo Cuantificación Codificación

2626
Sistema de ModulaciónSistema de Modulación
PCMPCM
 Los dispositivos que realizan elLos dispositivos que realizan el
proceso de digitalización seproceso de digitalización se
denominan multiplexores primarios ydenominan multiplexores primarios y
tienen dos funciones principales:tienen dos funciones principales:
– ConvertirConvertir señales analógicas enseñales analógicas en
digitalesdigitales y viceversa.y viceversa.
– Combinar las señales digitales en unaCombinar las señales digitales en una
sola corriente de datossola corriente de datos multiplexadamultiplexada
por división de tiempo (TDM Timepor división de tiempo (TDM Time
division multiplexed).division multiplexed).

2727
AnalógicosAnalógicos
 No inmunidad al ruido.No inmunidad al ruido.
 Elevado o regularElevado o regular
ancho de banda.ancho de banda.
 Mayor dimensiónMayor dimensión
física.física.
 Mayor consumo deMayor consumo de
energía.energía.
DigitalesDigitales
 Inmunidad al ruido.Inmunidad al ruido.
 Menor ancho de banda.Menor ancho de banda.
 Menor dimensión física.Menor dimensión física.
 Alto grado de integración.Alto grado de integración.
 Menor consumo deMenor consumo de
energía.energía.
Comparación entre SistemasComparación entre Sistemas
de Transmisiónde Transmisión

2828
Teorema delTeorema del
MuestreoMuestreo
(Nyquist – Shannon)(Nyquist – Shannon)
 Harry Nyquist ClaudeHarry Nyquist Claude
ShannonShannon

2929
Teorema del MuestreoTeorema del Muestreo
 Según el teorema deSegún el teorema de Nyquist-Nyquist-
ShannonShannon la frecuencia con quela frecuencia con que
se debe medir una señal parase debe medir una señal para
no perder información debe deno perder información debe de
ser al menos elser al menos el doble de ladoble de la
frecuencia máximafrecuencia máxima queque
alcanza dicha señal.alcanza dicha señal.

3030
 De lo anterior, si una Señal seDe lo anterior, si una Señal se
muestrea instantáneamente amuestrea instantáneamente a
intervalos regulares y a unaintervalos regulares y a una
frecuencia al menosfrecuencia al menos dos vecesdos veces lala
frecuencia mas altafrecuencia mas alta de su espectro,de su espectro,
las muestras contendranlas muestras contendran lala
información necesariainformación necesaria parapara
reconstruirreconstruir la señal en banda base.la señal en banda base.

3131
Ecuación del TeoremaEcuación del Teorema
del Muestreodel Muestreo
Donde:
fs = Frecuencia de Muestreo (cantidad de
muestras por segundo).
fmax = Frecuencia mas alta proveniente de
la información original.
fs ≥ 2*fmaxEntonces:

3232
(PCM) MODULACION(PCM) MODULACION
POR PULSOSPOR PULSOS
CODIFICADOS.CODIFICADOS.
 Para voz la UIT-T recomienda unPara voz la UIT-T recomienda un
canal telefónico de 4 KHzcanal telefónico de 4 KHz en cuyoen cuyo
interior contendrá la banda para lainterior contendrá la banda para la
señal de voz, de 300 a 3400 Hz, elseñal de voz, de 300 a 3400 Hz, el
resto constituye una zona deresto constituye una zona de
guarda o seguridad.guarda o seguridad.

3333
 Luego la tasa de muestreo aceptada enLuego la tasa de muestreo aceptada en
la industria es dela industria es de 8,000 muestras/s8,000 muestras/s (Para(Para
Voz); por los 04 KHz de un canal de voz.Voz); por los 04 KHz de un canal de voz.
 Las muestras se obtienen y almacenan aLas muestras se obtienen y almacenan a
razón de 8,000 veces por segundo,razón de 8,000 veces por segundo,
logrando con el “Teorema del Muestreo”logrando con el “Teorema del Muestreo”
modular una portadora de pulsosmodular una portadora de pulsos
mediante la señal analógica.mediante la señal analógica.

3434
 LaLa PAM (Pulse Amplitude Modulation)PAM (Pulse Amplitude Modulation)
 Utiliza una portadora digital.Utiliza una portadora digital.
 La señal se muestrea a 8.000 veces por segundo.La señal se muestrea a 8.000 veces por segundo.
 Se considera un esquema Análogo.Se considera un esquema Análogo.
Digitalización deDigitalización de
SeñalesSeñales
Señal
Muestreada.
Señal
Análoga

3535
MUESTREOMUESTREO
 Teorema de Shannon
– La descomposición espectral de un tren
de impulsos modulares en amplitud es la
que se muestra en la figura 2
– En el dominio del tiempo en tren de
impulsos modulados en amplitud es de la
forma:
v(t) = f(t) * g(t)

3636
MUESTREOMUESTREO
Fig. 2.-Fig. 2.- V(w) = F(w) * G(w)V(w) = F(w) * G(w)

3737
MUESTREOMUESTREO
 Teorema de Shannon
– En el dominio de la frecuencia la
Transformada de Fourier de la señal
resultante es igual al producto de
convolución de las Transformadas de
Fourier de cada una de las señales
V(w) = F(w) * G(w)

3838
CuantificaciónCuantificación
 Es el proceso por el cual se le va aEs el proceso por el cual se le va a
asignar magnitudesasignar magnitudes finitasfinitas a losa los
niveles de la señal muestreda.niveles de la señal muestreda.
 La asignación de niveles se realizaLa asignación de niveles se realiza
utilizando técnica de aproximación conutilizando técnica de aproximación con
respecto a un nivel de referencia.respecto a un nivel de referencia.

3939
Cuantificación y digitalización de la señalCuantificación y digitalización de la señal
Señal de entrada
Muestras digitalizadas
Nivelesdecuantificación
Tiempo

4040

4141
 Del gráfico los intervalos deDel gráfico los intervalos de
cuantificación , presentan dos nivelescuantificación , presentan dos niveles
bien definidos:bien definidos:

4242
Los valores de
decisión situados
en los extremos de
la gama de
funcionamiento se
llaman valores
virtuales de
decisión, y limitan
la máxima amplitud
de señal que se
puede transmitir
sin recorte de
crestas.
En un CH de Voz emplean 8 bits por c/muestraEn un CH de Voz emplean 8 bits por c/muestra
a razon de 8,000 muestras/s, la velocidad es dea razon de 8,000 muestras/s, la velocidad es de
64 Kbps.64 Kbps.

4343
Se ha determinado que la relación:
SNR dB = 6,02N + 1,76
Donde N: Numero de Bits de 01 muestra.
En el caso que se efectúe un Sobre muestreo
(OSR) donde: OSR = fs/2fo
(Frec muestreo/Frec max. banda base)
SNR dB = 6,02N + 1,76 + 10 log (OSR)
Ruido de CuantificaciónRuido de Cuantificación

4444
Técnicas de CuantificaciónTécnicas de Cuantificación
 Cuantificación UniformeCuantificación Uniforme
LINEALLINEAL
 Cuantificación No uniformeCuantificación No uniforme
NO LINEALNO LINEAL

4545

4646
Técnicas de CuantificaciónTécnicas de Cuantificación
LINEAL NO LINEAL (Logarítmica)LINEAL NO LINEAL (Logarítmica)
Son mas simples Permiten minimizar el nivelSon mas simples Permiten minimizar el nivel
y menos costosos de ruidoy menos costosos de ruido

4747
CompansiónCompansión
 Tiende a mantener constante la S/NTiende a mantener constante la S/N
(relación señal a ruido).(relación señal a ruido).
 Es el proceso por el cual seEs el proceso por el cual se
incrementa la ganancia,incrementa la ganancia, parapara
aquellos niveles de muestra deaquellos niveles de muestra de menormenor
magnitud.magnitud.
 Leyes de Compansión: Linealizar laLeyes de Compansión: Linealizar la
cuantificación. Esta leyes son decuantificación. Esta leyes son de
comportamiento logarítmico.comportamiento logarítmico.

4848
Leyes que la Rigen:Leyes que la Rigen:
 Ley A (Europea) definida por 13Ley A (Europea) definida por 13
segmentos de recta por:segmentos de recta por:
 Ley µ (Americana), con 15 segmentosLey µ (Americana), con 15 segmentos
de recta definida por:de recta definida por:

4949
 Ley A
 La figura muestra el rango de valores de entrada
(línea horizontal) contenidos en el intervalo [-0.2,0.2]
(amplitudes pequeñas) están representados en la
salida (línea vertical) en el intervalo [-0.6,0.6]. Luego
se produce una expansión.
 Por otra parte vemos que los valores de entrada
contenidos en el intervalo [-1,-0,6] y [+0.6,1] son
representados en la salida en los intervalos [-0.9,-1]
y [0.9,1]. Luego se produce una compresión.

5050
Cuantificación no lineal.Cuantificación no lineal.
 Veamos la Ley A,Veamos la Ley A, La figura muestra la curva de Compresión
segmentada.
La UIT
le asigna
el valor de
A= 87.7

5151
 La ley A está
formada por 16
segmentos de recta,
de los cuales los 04
centrales están
alineados, por lo que
se consideran 01
sólo, reduciéndose
los 16 segmentos a
13.

5252
 Consiste en tomar una muestraConsiste en tomar una muestra
luego de la cuantificación paraluego de la cuantificación para
representarla mediante un conjuntorepresentarla mediante un conjunto
de impulsos eléctricosde impulsos eléctricos..
 PCM usa codificación binaria (0 óPCM usa codificación binaria (0 ó
1)1)
CodificaciónCodificación

5353
DigitalizaciónDigitalización
 Canal de Segmento VocalCanal de Segmento Vocal
X: Signo
ABC: Ubicación del segmento
DEFG: Dentro del segmento, ubicación del punto
exacto del nivel de cuantificación
X A B C D E F G
8 bits

5454
En un CH de Voz luego de ser digitalizado, es transmitidoEn un CH de Voz luego de ser digitalizado, es transmitido
a la velocidad es de 64 Kbps.a la velocidad es de 64 Kbps.

5555
Sistema PCM de unSistema PCM de un
solo Canalsolo Canal
Muestreador Cuantizador Codificador DeCodificador Filtro
F(t)Entrada
Salida
Medio de Transmisión

5656
a Frecuencia Máxima de Voz 3.4 KHz
b Frecuencia de Muestreo 8 KHz
c Numero de Muestras por Señal de voz 8000/s
d Numero de Bits de una palabra PCM 8
e Velocidad Binaria de un Canal (8000/s)8 Bits=64 Kbits / s
f Periodo de una trama 125 Microsegundos
Tasa de transmisión digital PCM

5757
MODULACIÓN DELTAMODULACIÓN DELTA
 Planteada como una alternativa válida
para sistema PCM
 Se sobremuestrea la señal mensaje
intencionalmente para permitir el uso
de una estrategia de cuantificación
simple, para la construcción de la
señal codificada.

5858
 Se sobremuestrea la señal a una tasa
mucho mayor que la tasa de
Nyquist, para aumentar la correlación
entre muestras adyacentes.
 Se aproxima con una función
escalera, para proveer la versión
sobremuestreada de la señal mensaje

5959
 La diferencia entre la entrada y la
aproximación es cuantificada en sólo dos
niveles ±∆, correspondiendo a la diferencia
positiva ó negativa.
 Si la aproximación cae por debajo de la
señal, es incrementada en ∆.
 Si la aproximación cae por encima de la
señal, es decrementada en ∆.
 La señal no varía muy rápidamente de
muestra a muestra.

6060
 m(t): Señal mensaje de entrada
 mq(t): Señal aproximada en escalera

6161

6262
 m(n) = m(nTs) ; n = 0, ±1, ±2,…
 Ts: Período de muestra
 m(nTs): Muestra de la señal m(t) en t= nTs
 Set de relaciones discretas en el tiempo
 e[n]: Señal de error, representa la diferencia entre la
señal muestreada m[n] y la última aproximación mq[n-1]
 eq[n]: Versión cuantificada de e[n]
 Sgn: Función signo

6363
 La tasa de transmisión es igual a la tasa de muestreo
fs = 1/Ts » Tasa de Nyquist
 La principal virtud, es su simplicidad
 Puede ser generada a partir de la aplicación directa de la
versión muestreada de la señal mensaje al modulador, que
involucra las funciones de comparador, cuantificador y
acumulador.
Modulador
Delta

6464
 Comparador: Computa la diferencia entre las dos
entradas separadas en el tiempo Ts.
 Cuantificador: Es un limitador simple con relación de 1
sólo escalón ∆ de entrada / salida, afectado por la
función signo.
 Acumulador: Produce el siguiente resultado
 En el instante de muestreo (nTs), el acumulador
incrementa en un salto positivo ó negativo, dependiendo
del signo algebraico de e[n], función de error.
 Si la muestra de entrada m[n] es mayor que la última
aproximación mq[n], se aplica un incremento positivo ∆ y
visceversa

6565
 Z-1
: unidad de retardo de 1 período Ts
 Receptor (Demodulador) Delta
 La escalera aproximada mq[n], es reconstruída,
pasando la secuencia de pulsos producidos a la
salida del decodificador a través de un acumulador,
se manera similar al utilizado en el Tx.

6666
 El ruido de cuantificación fuera de banda es rechazado por el
filtro pasabajos de ancho de banda igual al mensaje original.
 El DM es objeto de dos tipos de error de cuantificación:
– Distorsión por sobrecarga
– Ruido granular

6767
DELTA ADAPTATIVODELTA ADAPTATIVO
 Para optimizar el mod. DELTA, la diferencia entre
la entrada y la aproximación es cuantificada en un
escalón variable en amplitud.
Comparador
Control amplitud
escalón
Ganancia
Muestra
del retardo
X (n)
X (n-1)
eq (n) = +/- ∆
+
Es variable
+/- A x ∆

6868
RECOMENDACIONES UIT
FAMILIA RECOMENDACIONES UIT-T
PCM G.711
DPCM No esta asociado a una
recomendación.
ADPCM G.721, G723, G.726
ADPCM G.729 (Para VoIP)

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