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CODIFICACION DE DATOS

Datos digitales , señales digitales

Una señal es digital si consiste en una serie de pulsos de tensión . Para datos digitales no hay más que codificar cada pulso como bit de datos .

En una señal unipolar ( tensión siempre del mismo signo ) habrá que codificar un 0 como una tensión baja y un 1 como una tensión alta ( o al revés ) .

En una señal bipolar ( positiva y negativa ) , se codifica un 1 como una tensión positiva y un 0 como negativa ( o al revés ) .

La razón de datos de una señal es la velocidad de transmisión expresada en bits por segundo , a la que se transmiten los datos .

La razón de modulación es la velocidad con la que cambia el nivel de la señal , y depende del esquema de codificación elegido .

v      Un aumento de la razón de datos aumentará la razón de error por bit .

v      Un aumento de la relación señal-ruido ( S/N ) reduce la tasa de error por bit .

v      Un aumento del ancho de banda permite un aumento en la razón de datos .

Para mejorar las prestaciones del sistema de transmisión , se debe utilizar un buen esquema de codificación , que establece una correspondencia entre los bits de los datos y los elementos de señal .

Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema de codificación :

1.       Espectro de la señal : La ausencia de componentes de altas frecuencias , disminuye el ancho de banda . La presencia de componente continua en la señal obliga a mantener una conexión física directa ( propensa a algunas interferencias ) . Se debe concentrar la energía de la señal en el centro de la banda para que las interferencias sean las menores posibles .

2.       Sincronización : para separar un bit de otro , se puede utilizar una señal separada de reloj ( lo cuál es muy costoso y lento ) o bien que la propia señal porte la sincronización , lo cuál implica un sistema de codificación adecuado .

3.       Detección de errores : es necesaria la detección de errores ya en la capa física .

4.       Inmunidad al ruido e interferencias : hay códigos más robustos al ruido que otros .

5.       Costo y complejidad : el costo aumenta con el aumento de la razón de elementos de señal .

No retorno a cero ( NRZ ) Es el esquema más sencillo ya que se codifica un nivel de tensión como un 1 y una ausencia de tensión como un 0 (o al revés) . Ventajas : sencillez, fácil de implementar , uso eficaz del ancho de banda . Desventajas : presencia de componente en continua , ausencia de capacidad de sincronización . Se suelen utilizar en grabaciones magnéticas .

Otra modalidad de este tipo de codificación es la NRZI que consiste en codificar los bits cuando se producen cambios de tensión (sabiendo la duración de un bit , si hay un cambio de tensión , esto se codifica por ejemplo como 1 y si no hay cambio , se codifica como 0). A esto se le llama codificación diferencial . Lo que se hace es comparar la polaridad de los elementos de señal adyacentes , y esto hace posible detectar mejor la presencia de ruido y es más difícil perder la polaridad de una señal cuando hay dificultades de transmisión .

Binario multinivel Este sistema intenta subsanar las deficiencias de NRZ utilizando el sistema de codificar un 1 cada vez que se produce un cambio de nivel de la señal , y codificando un 0 cuando no hay cambio de nivel ( lo cuál sigue siendo un inconveniente para cadenas de ceros ) .  Ventajas : no hay problemas de sincronización con cadenas de 1 ( aunque sí con cadenas de 0 ) , no hay componente en continua , ancho de banda menor que en NRZ , la alternancia de pulsos permite la detección de errores . Desventajas : hay aún problemas de sincronización , es menos eficaz que el NRZ , hay mayor tasa de errores que NRZ .

Bifase En la codificación Manchester siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit (la mitad del bit se encarga de la sincronización) . En Manchester diferencial la transición en mitad del intervalo se utiliza sólo como sincronización y es la presencia de un cambio de tensión al inicio del bit lo que señala la presencia de un 1 . Ventajas : sincronización ,no tiene componente en continua , detección de errores. Desventajas : se necesita mayor ancho de banda .

Velocidad de modulación Hay que diferenciar entre la razón de datos (bits por unidad de tiempo) y la velocidad de modulación (elementos de señal por unidad de tiempo) . Cuanto mejor sea el sistema de codificación , mayor velocidad de modulación se podrá obtener .

Técnicas de altibajos Para mantener sincronizado el reloj del receptor en técnicas bifase , se hace necesario sustituir series largas de ausencias de tensión por cambios sincronizados (que portan el reloj) y luego se requiere un método en el receptor para volver a decodificar la señal original .


Datos digitales , señales analógicas

Técnicas de codificación

Para transmitir datos digitales mediante señales analógicas es necesario convertir estos datos a un formato analógico . Para esto existen varias técnicas.

1.       Desplazamiento de amplitud ( ASK ) : los dos valores binarios se representan por dos valores de amplitud de la portadora. Aunque este método es muy sensible a cambios repentinos de la ganancia , es muy utilizado en fibras ópticas ( 1 es presencia de luz y 0 es ausencia de luz ) .

2.       Desplazamiento de frecuencia ( FSK ) : en este caso , los dos valores binarios se representan por dos frecuencias próximas a la portadora . Este método es menos sensible a errores que ASK y se utiliza para mayores velocidades de transmisión que ASK , para transmisiones de teléfono a altas frecuencias y para LAN's con cables coaxiales .

3.       Desplazamiento de fase ( PSK ) : en este caso es la fase de la portadora la que se desplaza . Un 0 se representa como una señal con igual fase que la señal anterior y un 1 como una señal con fase opuesta a la anteriormente enviada .Utilizando varios ángulos de fase , uno para cada tipo de señal , es posible codificar más bits con iguales elementos de señal .

Datos analógicos , señales digitales

Para transmitir datos analógicos en señales digitales es preciso realizar un proceso de digitalización de los datos . Este proceso y el siguiente de decodificación la realiza un dispositivo llamado codec .

Modulación por codificación de impulsos Se basa en el teorema de muestreo : " Si una señal f(t) se muestrea a intervalos regulares de tiempo con una frecuencia mayor que el doble de la frecuencia significativa más alta de la señal , entonces las muestras así obtenidas contienen toda la información de la señal original . La función f(t) se puede reconstruir a partir de estas muestras mediante la utilización de un filtro pasa-baja ". Es decir , se debe muestrear la señal original con el doble de frecuencia que ella , y con los valores obtenidos , normalizándolos a un número de bits dado (por ejemplo , con 8 bits habría que distinguir entre 256 posibles valores de amplitud de la señal original a cuantificar) se ha podido codificar dicha señal. En el receptor , este proceso se invierte , pero por supuesto se ha perdido algo de información al codificar , por lo que la señal obtenida no es exactamente igual que la original (se le ha introducido ruido de cuantización). Hay técnicas no lineales en las que es posible reducir el ruido de cuantización maestreando a intervalos no siempre iguales .

Modulación delta Esta técnica reduce la complejidad de la anterior mediante la aproximación de la función a codificar por una función escalera lo más parecida posible . De esta forma , cada escalón de la escalera ya puede ser representado por un valor (en 8 bits , uno entre 256 posibles valores de amplitud) .La elección de un adecuado salto de escalera y de la frecuencia de muestreo pueden hacer que se modifique la precisión de la señal. La principal ventaja de esta técnica respecto a la anterior es la facilidad de implementación .

Prestaciones Las técnicas de transmisión digital están siendo muy utilizadas debido a :

v      Al usar repetidores en lugar de amplificadores , no hay ruido aditivo .

v      Al usar técnicas de multiplexación por división en el tiempo , no hay ruido de intermodulación .

v      Las señales digitales son más fáciles de emplear en los modernos circuitos de conmutación .

Datos analógicos , señales analógicas

La modulación consiste en combinar una señal de entrada con una señal portadora para producir una señal cuyo ancho de banda esté centrado en torno a la frecuencia de la portadora . Este proceso es necesario para transmitir datos digitales mediante señales analógicas , pero no se sabe si está justificado para transmitir datos analógicos .

Este proceso es necesario ya que para transmitir señales analógicas sin modular, tendríamos que utilizar enormes antenas y tampoco podríamos utilizar técnicas de multiplexación por división en frecuencias .

Modulación en amplitud Consiste en multiplicar la señal original por la portadora y de esta forma se obtiene la forma original pero sólo utilizando los máximos y los mínimos de la señal modulada .  De esta forma , se puede reconstruir la señal original y se evita la utilización de enormes antenas. Hay una aproximación que utiliza sólo la mitad del ancho de banda y se necesita menos potencia para su transmisión . Pero esta aproximación y otras quitan la portadora , con lo que se pierde el poder de sincronización de la señal .

Modulación en ángulo Se puede hacer que la señal portadora tenga cambios de fase que recreen la señal original a modular (modulación en fase) o también que la portadora tenga cambios de frecuencia que simulen la señal original a modular (modulación en frecuencia). El inconveniente de estas dos modalidades de modulación es que requieren mayor ancho de banda que la modulación en amplitud .