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 .
vUn
aumento de la razón de datos aumentará la razón de
error por bit .
vUn
aumento de la relación señal-ruido ( S/N ) reduce la tasa
de error por bit .
vUn
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.Coste
y complejidad
: el coste aumenta con el aumento de la razón de elementos de señal
.
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 .
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 .
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 .
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 .
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 .
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 , por ejemplo s(t)=A x Cos ( 2 x pi x f x t )simboliza
el 1 y s(t)= 0simboliza el 0 . 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
.
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 .
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
muestreando a intervalos no siempre iguales .
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 .
Las
técnicas de transmisión digital están siendo muy utilizadas
debido a :
vAl
usar repetidores en lugar de amplificadores , no hay ruido aditivo .
vAl
usar técnicas de multiplexación por división en el
tiempo , no hay ruido de intermodulación .
vLas
señales digitales son más fáciles de emplear en los
modernos circuitos de conmutación .
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 .
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 .
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 .