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TEMA I

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica

Hnas. Manzanilla

Señal Periódica: es aquella que posee un patrón que se repite en el tiempo, puede ser contínua o discreta.

Una Señal No Periódica se puede considerar como una señal periódica de período infinito.

ConceptosConceptos de Análisis de de Análisis de señalesseñales

Señal ContínuaSeñal Contínua

Señal DiscretaSeñal Discreta

ConceptosConceptos de Análisis de de Análisis de señalesseñales

Longitud de Onda de la Señal: es la distancia en metros entre dos puntos en fase de dos ciclos consecutivos. Se representa con la letra griega

donde:c: Velocidad de la Luz, 3x108 m/sf :frecuencia de la señal.

fc

ConceptosConceptos de Análisis de de Análisis de señalesseñales

Señal en el Dominio de la Frecuencia: Representación de la señal utilizando como variable independiente la frecuencia.

Frecuencia Fundamental: es el primer armónico de la señal y está representado por la frecuencia natural de la misma.

ConceptosConceptos de Análisis de de Análisis de señalesseñales

Espectro Discreto y Contínuo: el espectro de la señal, es el conjunto de frecuencias que la constituyen. Conocer el espectro de la señal facilita el análisis de los sistemas de comunicaciones, fundamentalmente en lo que respecta a su ancho de banda.

El análisis espectral está basado en el uso de las herramientas series y transformadas de Fourier.

ConceptosConceptos de Análisis de de Análisis de señalesseñales

Modelo de un Sistema de Comunicación

Técnicas de Modulación analógicas:

a. Modulación en amplitudb. Modulación en Frecuenciac. Modulación de Fased. Modulación de amplitud de pulsose. Modulación de ancho de pulsosf. Modulación de posición de pulsos

Técnicas de Modulación Digitales:

a. Modulación por conmutación de amplitud

b. Modulación por conmutación de frecuencia

c. Modulación por conmutación de fased. Modulación 4PSK, 8-PSK y 16_PSKe. Modulación 8-QAM y 16_QAM

Modulaciones MODULACION AFECTADA

AM FM PM

ASK FSK PSK

QAM

ANALOGICO

DIGITAL

SEÑAL MODULANTE

Datos y Señales Señal analógica Señal digital Datos analógicos

Hay dos alternativas: la señal ocupa el mismo espectro que los datos analógicos, los datos analógicos se codifican ocupando una porción distinta del espectro

Los datos analógicos se codifican utilizando un codec para generar una cadena de bits

Datos digitales

Los datos digitales se codifican usando un modem para generar señal analógica

Hay dos alternativas: la señal consiste en dos niveles de tensión que representan dos valores binarios, los datos digitales se codifican para producir una señal digital con las propiedades deseadas

Datos y Señales

Transmisión digital Se tiene en cuenta el contenido de la señal

La integridad de los datos se daña con el ruido, la atenuación, etc.

Se usan repetidores Se produce regeneración:

Lo retransmiten

Los repetidores reciben la señal Extraen el patrón de bits

La atenuación se elimina

Transmisión digital

El ruido no se amplifica ni se acumula Una señal analógica se puede aprovechar de estas ventajas si se convierte previamente a digital

Razón de Bits: Razón de Bits: es la razón de cambio en es la razón de cambio en la entrada del modulador y tiene como la entrada del modulador y tiene como unidades bits por segundos (bps)unidades bits por segundos (bps)

Razón de Baudio: Razón de Baudio: es la razón de cambio es la razón de cambio en la salida del modulador y es igual al en la salida del modulador y es igual al reciproco del tiempo de un elemento de reciproco del tiempo de un elemento de señalización de salida.señalización de salida.

Velocidad de Transmisión

Es el número de bits transmitidos por segundo cuando se envía un flujo

continuo de datos.

Velocidad de Transmisión Estándar

75

1800

1200

600

300

150

2400

4800

9600

19200

Espectro y Ancho de Banda

Espectro Margen de frecuencias contenidas en la señalAncho de Banda absoluto

Anchura del espectroAncho de Banda efectivoA menudo es el mismo que el Ancho de BandaBanda de frecuencias que contienen la mayor parte de la energía

Componente continua (DC) Componente de frecuencia cero

Relación entre Ancho de Banda y

Velocidad de Transmisión

El medio de transmisión de las señales limita mucho las componentes de frecuencia a las que puede ir la señal , por lo que el medio sólo permite la transmisión de cierto ancho de banda .

En el caso de ondas cuadradas ( binarias ) , estas se pueden simular con ondas senoidales en las que la señal sólo contenga múltiplos impares de la frecuencia fundamental .

Relación entre Ancho de Banda y

Velocidad de Transmisión

Al considerar que el ancho de banda de una señal está concentrado sobre una frecuencia central , al aumentar esta , aumenta la velocidad potencial de transmitir la señal .

Pero al aumentar el ancho de banda , aumenta el coste de transmisión de la señal aunque disminuye la distorsión y la posibilidad de ocurrencia de errores .

Cuanto más ancho de banda , más se asemeja la función seno (multifrecuencia ) a la onda cuadrada . Pero generalmente es suficiente con las tres primeras componentes .

ANCHO DE BANDA (Hz)<= 2·VELOCIDAD (bps)

Debemos tomar cuenta:

1. Para transmitir una señal sin deformación se requiere un ancho de banda infinito.2. Todo medio de transmisión disminuye el ancho de banda, razón por la cual todas las señales sufren alguna deformación. 3. Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la velocidad de transmisión que puede obtenerse.4. Cuanto mayor es la frecuencia de la señal, mayor es la velocidad de transmisión puesto que cada bit tiene un menor tiempo de duración y ello hace que sea posible enviar mayor cantidad de bits en el mismo tiempo.

Efecto del ancho de banda en las señales digitales

Capacidad del Canal de Transmisión

Es La velocidad a la que se pueden transmitir los datos en un canal de comunicación.

Nyquist determinó que la máxima velocidad alcanzable para un ancho de banda dado es dos veces dicho ancho de banda si no existe ruido.

Tiene relación con la velocidad de transmisión, el ancho de banda, el ruido y La tasa de errores que es la razón a la que ocurren errores .

Canal con ruido:

Donde, según Nyquist:

Capacidad del Canal de Transmisión

C= 2B log2 M

C: Capacidad del CanalB : Ancho de BandaM : Cantidad de Niveles

Donde, según Shanon:

Canal sin ruido:

Capacidad del Canal de Transmisión

C= B log2 ( 1+S/N )

C: Capacidad del CanalB : Ancho de BandaS : Potencia de la señalN : Potencia del Ruido

Es la fracción entre la energía de la señal Es la fracción entre la energía de la señal por bits y la densidad de potencia del por bits y la densidad de potencia del ruido por hertzio, Eb/No.ruido por hertzio, Eb/No.

Cociente ECociente Ebb/N/Noo

Este es un parámetro más adecuado Este es un parámetro más adecuado para determinar las tasas de error y para determinar las tasas de error y la velocidad de transmisiónla velocidad de transmisión

Relación ERelación Ebb/N/NooSe define como el margen que hay entre la potencia de

la señal que se transmite y la potencia del ruido que la corrompe. Este margen es medido en decibelios.

Eb : energía de señal por bit (Eb=S·Tb=S/R)siendo S potencia señal, Tb tiempo de un bit, R bits/sgN0 : densidad de potencia de ruido por Hz

Se demuestra fácilmente que:

O bien:kTRS

NRS

NEb

00

/

6,228log10log100

TRS

NE

dBWdB

b

siendo k la constante de Boltzmann, cuyo valor es KJk /º10·3803,1 23

y siendo T la temperatura absoluta en grados Kelvin

Multiplexión DigitalTiene como tarea combinar un número de flujos de impulsos

de entrada, en un solo flujo de impulsos de salida, con una velocidad digital que es algo mayor que la suma de las velocidades de los imulsos de entrada y viceversa.

N=30

N=24

Múltiplex

Primario

MIC

N1

Múltiplex

Digital

de

Segundo

Orden

2

3

4

Múltiplex

Primario

MICN

1

Múltiplex

Digital

de

Segundo

Orden

2

3

4

2048 kbit/s

1544 kbit/s8448 kbit/s

6312 kbit/s

N=30

N=242048 kbit/s

1544 kbit/s

La señal recibida puede diferir de la señal transmitida

Perturbaciones en la transmisión

Analógico - degradación de la calidad de la señal

Digital – Errores de bits, causado por:Atenuación y distorsión de atenuaciónDistorsión de retardoRuido

Efecto del ruido en señal digital

Los tres códigos más utilizados en Los tres códigos más utilizados en el campo de la transmisión de el campo de la transmisión de datos, son:datos, son:

1.1. Código BaudotCódigo Baudot2.2. Código Estándar Americano para Código Estándar Americano para

el Intercambio de Información, el Intercambio de Información, ASCIIASCII

3.3. Código de Intercambio de Código de Intercambio de Decimal Codificado en Binario Decimal Codificado en Binario Extendido, EBCDICExtendido, EBCDIC

Códigos de Códigos de Comunicación de Comunicación de

DatosDatos

Uno de los códigos más utilizados, Uno de los códigos más utilizados, es el Alfabeto de Referencia es el Alfabeto de Referencia Internacional (IRA), también Internacional (IRA), también conocido como Alfabeto conocido como Alfabeto Internacional número 5, (IA5).Internacional número 5, (IA5).Posee 7 bits, pudiendo representar Posee 7 bits, pudiendo representar hasta 128 caracteres.hasta 128 caracteres.Los 128 caracteres están formando Los 128 caracteres están formando 4 grupos.4 grupos.

1.1. Grupo:Grupo: Control de Formato: 6 : 6 caracteres.caracteres.

2.2. Grupo:Grupo: Control de Transmisión: 9 : 9 caracterescaracteres

3.3. Grupo:Grupo: Separadores de Información: 4 : 4 caracterescaracteres

4.4. Grupo:Grupo: Miscelánea: 15 caracteres: 15 caracteres

CODIFICACIÓN DE LÍNEA: es el proceso de asignación de formas de ondas arbitrarias para los unos y ceros.

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.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA.

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: Cuanto mayor es la velocidad de elementos de señal para una velocidad de transmisión dada, mayor es elCoste.

– Algunos códigos implican mayor velocidad de elementos de señalización que de transmisión de datos

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA.

(NRZ)Non Return to

Zero

NRZ-L: No Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level NRZ-I: No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero

Binario MultinivelAMI Bipolar (Alternate Mark Inversion)

PSEUDOTERNARIO

BIFASEMANCHESTER

MANCHESTER DIFERENCIAL

TÉCNICAS DE ALTIBAJOS O SCRAMBLING

B8ZS (Bipolar con 8 ceros de sustitución)

HDB3 (Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros)

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

NRZ-L: No Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level

El nivel de tensión se mantiene El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo.“0” es un alto y “1” es un bajo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

NRZ-I: No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero

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.

• VENTAJAS:– Fáciles de implementar.

– Utilización eficaz del ancho de banda.

• DESVENTAJAS:

– Presencia de una componente continua.

– Ausencia de capacidad de sincronización.

• Se usan con frecuencia en las grabacionesmagnéticas.

• No se suelen utilizar en la transmisión de señales.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA.

Binario Multinivel. 

• Usan más de dos niveles de señal

• Bipolar-AMI: (Alternate Mark Inversion)

0: No hay señal1: Pulso positivo o negativo, polaridad alternante

• PSEUDOTERNARIO:

0: Pulso positivo o negativo, polaridad alternante1: No hay señal

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

Ventajas:1. Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.2. No hay componente CD3. El ancho de banda es, menor que para NRZ4. Se puede usar la alternancia para los “1” como

una forma de detectar errores.

Desventajas:1. Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.

Bipolar-AMI: (Alternate Mark Inversion)

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

Ventajas1. Se puede enviar la señal de sincronismo

con la información.2. No se tiene componente contínua.3. Se disminuye el ancho de banda

Desventajas1. Una larga cadena de “1” hace perder el

sincronismo.2. El sistema receptor se ve obligado a

distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.

PSEUDOTERNARIO

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEABIFASE.

MANCHESTER

Siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización.

Regla: a) “1” lógico: transición de bajo a alto.

b) “0” lógico: transición de alto a bajo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA La transición en mitad del intervalo se utiliza tan solo

para proporcionar sincronización. La codificación de “0” se representa por la presencia

de una transición al principio del intervalo del bit. Si es un 1 se representa mediante la ausencia de una

transición al principio del intervalo.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEADESVENTAJAS

Al menos una transición por cada bit pudiendo ser hasta dos

Velocidad de modulación máxima doble que en NRZ

Necesita más ancho de bandaVENTAJAS

Sincronización: el receptor se sincroniza con la propia señal (auto-sincronizados)

Ausencia de componente continuaDetección de errores, si hay una ausencia de la

transición esperada

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

Usada para reemplazar secuencias que producirían una tensión constante por otras secuencias con transiciones para mantener el sincronismo.

La secuencia de relleno debeProducir suficientes transiciones para sincronizarSer reconocida por el receptor y reestablecer la original Tener la misma longitud que la originalOBJETIVOS:

Eliminar la componente continuaEvitar que las secuencias largas sean señales de tensión

continuaNo reducir la velocidad de transmisión de datos Tener cierta capacidad de detectar errores

TÉCNICAS DE ALTIBAJOS O SCRAMBLING

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEAB8ZS (Norteamérica)

Se basa en un AMI bipolar.

• Se fuerzan dos violaciones del código AMI

• Probabilidad muy baja de haber sido causa por el ruido u otrosdefectos en la transmisión

• El receptor identificará ese patrón y lo interpretaráconvenientemente como un octeto todo ceros.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

B = Señal bipolar válidaV = Violación bipolar

• Se sustituyen los grupos de 8 ceros por un patrón:

– 000+-0-+ : si el último valor de tensión fue positivo– 000-+0+- : si el último valor de tensión fue negativo

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEAHDB3 (Europa y Japón)

Alta Densidad Bipolar 3 CerosBasado en AMI bipolarSi aparece un cuarteto con todo ceros y el último

valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue negativo, se codifica dicho cuarteto como 000- o bien +00+

Si aparece un cuarteto con todo ceros y el último valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue positivo, se codifica dicho cuarteto como 000+ o bien –00-

En las violaciones siguientes se alternan las polaridades de las violaciones para evitar la componente continua

Adecuado para transmisión a altas velocidades

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

Se basa en la codificación AMI.Se basa en la codificación AMI.Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por

cadenas que contienen uno o dos pulsos. cadenas que contienen uno o dos pulsos. El cuarto cero se sustituye por una violación del El cuarto cero se sustituye por una violación del

código.código.Numero de Pulsos Bipolares (unos)

desde la última sustituciónPolaridad del pulso anterior

Impar Par

- 000- +00++ 000+ -00-

HDB3 (Europa y Japón)

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA

La sustitución dependerá: a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar.b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de los cuatro ceros.

TECNICAS DE CODIFICACIÓN DE LÍNEA