transmisiÓn digital

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 TRANSMISIÓN DIGITAL INTRODUCCIÓN La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales entre dos puntos distantes mediante un sistema de comunicación. La información de la fuente original puede estar en modo digital o en modo analógico, en este último caso debe convertirse en pulsos digitales antes de su transmisión, para ser convertido posteriormente en forma analógica en el lado del receptor. En el presente tema se tratarán las técnicas empleadas para la conversión de señales analógicas en señales digitales adecuadas para ser retransmitidas por las líneas telefónicas. CONTENIDO 6.1. Ventajas de la transmisión digital 6.2. Señales analógicas y señales digitales 6.3. Códigos eléctricos NRZ y RZ 6.4. Códigos eléctricos AMI y HDB3 6.5. Transmisión de señales digitales por línea telefónica de pares trenzados 6.6. Perturbaciones más frecuentes de las señales digitales. Errores producidos en la señal transmitida Ejercicios OBJETIVOS  Conocer las principales ventajas e inconvenientes de las técnicas de transmisión digital.  Estudiar los diferentes códigos eléctricos utilizados para la transmisión de señales digitales por líneas de t ransmisión telefónicas formadas por pares simétricos.  Entender cómo es posible la extracción de las señales de reloj necesarias para la sincronía de los sistemas digitales a partir de las señales transmitidas por las líneas.  Detallar el funcionamiento en su conjunto de un regenerador de señales digitales.  Ver cuáles son las perturbaciones que afectan a las señales digitales en su paso por las líneas telefónicas y de qué forma puede evaluarse la calidad de las señales transmitidas. 6.1 VENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN DIGITAL

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TRANSMISIÓN DIGITAL

INTRODUCCIÓN

La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales entre dos puntos distantes medianteun sistema de comunicación. La información de la fuente original puede estar en modo digital

o en modo analógico, en este último caso debe convertirse en pulsos digitales antes de su

transmisión, para ser convertido posteriormente en forma analógica en el lado del receptor.

En el presente tema se tratarán las técnicas empleadas para la conversión de señales

analógicas en señales digitales adecuadas para ser retransmitidas por las líneas telefónicas.

CONTENIDO

6.1. Ventajas de la transmisión digital

6.2. Señales analógicas y señales digitales

6.3. Códigos eléctricos NRZ y RZ

6.4. Códigos eléctricos AMI y HDB3

6.5. Transmisión de señales digitales por línea telefónica de pares trenzados

6.6. Perturbaciones más frecuentes de las señales digitales. Errores producidos en la señal

transmitida

Ejercicios

OBJETIVOS

  Conocer las principales ventajas e inconvenientes de las técnicas de transmisión

digital.

  Estudiar los diferentes códigos eléctricos utilizados para la transmisión de señales

digitales por líneas de transmisión telefónicas formadas por pares simétricos.

 Entender cómo es posible la extracción de las señales de reloj necesarias para lasincronía de los sistemas digitales a partir de las señales transmitidas por las líneas.

  Detallar el funcionamiento en su conjunto de un regenerador de señales digitales.

  Ver cuáles son las perturbaciones que afectan a las señales digitales en su paso por las

líneas telefónicas y de qué forma puede evaluarse la calidad de las señales

transmitidas.

6.1 VENTAJAS DE LA TRANSMISIÓN DIGITAL

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Por un lado están las ventajas técnicas, ya que la calidad de la transmisión digital es

independiente de la distancia, al contrario que en la transmisión de señales analógicas.

Las ventajas más importantes son:

Inmunidad al ruido. Las señales digitales no son más que impulsos de tensión eléctrica, es decir

si tenemos tensión hay un uno lógico y si no existe tenemos un cero (puede ser a la inversa si

trabajamos con lógica negativa); los repetidores tan sólo tienen que reconocer y decidir si hay

impulsos o no, aunque éstos lleguen ate¬nuados, deformados o afectados por ruido.

Después de tomar esta decisión, los regeneradores digitales retransmiten una señal

totalmente nueva e idéntica a la original, es decir en cada etapa regeneradora se eli¬minan los

errores y el ruido.

Los sistemas analógicos además de amplificar la señal con su correspondiente ruido, añaden

ruido en las propias etapas regeneradoras, con lo que al final de la línea de transmisión el

ruido acumulado puede ser tal que imposibilite la comuni¬cación telefónica.

Almacenamiento y procesamiento. Las señales digitales pueden ser almacenadas y procesadas

posteriormente más fácilmente que las señales analógicas.

Los sistemas digitales están mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por

ejemplo, detección y corrección de errores) que los analógicos.

Los equipos digitales, por ejemplo centrales de conmutación telefónica, consumen menos

potencia y son más pequeños que sus equivalentes analógicos, lo cual con¬lleva grandesventajas.

Además las técnicas digitales pueden introducir nuevos servicios en la red telefónica, ya que

tratan por igual tanto la voz como los datos, de esta forma se llega al concepto de Red Digital

de Servicios Integrados (RDSI) en la cual todas las señales que circulan por ella son digitales.

Algunos de los inconvenientes que presenta el empleo de técnicas de transmisión digital son:

La transmisión de las señales analógicas codificadas de manera digital requieren de mayor

ancho de banda para transmitir que la señal analógica.

Las señales analógicas deben convertirse en códigos digitales antes de su trans¬misión, para

volver a ser convertidas posteriormente en su equivalente analógico.

La transmisión digital requiere de sincronización precisa, de tiempo, entre los relojes del

transmisor y receptor.

Los sistemas de transmisión digital son incompatibles con las instalaciones ana¬lógicas

existentes, por lo que sus equivalentes analógicos existentes deber ser sus¬tituidos por

equipos digitales.

6.2 SEÑALES ANALÓGICAS Y SEÑALES DIGITALES

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Las señales analógicas son continuas en el tiempo, es decir pueden tomar infinitos valores, a

diferencia de las señales digitales que tan sólo pueden tener un número finito de valores; en el

caso de señales binarias estos valores tan sólo pueden ser dos, el valor "1" y el valor "0", es

decir son discontinuas en el tiempo.

Según se observa en la figura 6.1, la señal digital representada toma el estado lógico "1" y

otras el estado lógico "0", estos valores también son denominados bits.

Se llama bit (del inglés Binary Digit) a la información contenida en un suceso que se puede

encontrar tan sólo en dos estados. En nuestro caso los estados se representan por el uno, que

puede corresponderse con el estado alto de la señal, y por el cero, que puede corresponderse

con el estado bajo.

La información binaria se da en secuencias de bits, que no son más que un conjunto de bits

uno detrás de otro en el tiempo; un ejemplo se muestra en la figura 6.2, que contiene la

información 10 1110 10 1.

Esta secuencia debe ser convertida a impulsos electricos

La señal digital de la figura 6.2. se convertiría de esta forma en su equivalencia señal eléctrica.

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Con la información existente en la señal representada, ésta no puede ser decodifica-da

totalmente, ya que aunque conozcamos el código empleado en su codificación y el momento

en el cual comienzan y terminan los dígitos, no conocemos si se suceden éstos, es decir a la

vista de la figura 6.3 no podemos saber si entre t2 y t3 tenemos un "1" o más.

Por lo tanto, debemos disponer de alguna información "extra" que nos indique exactamente el

comienzo y fin de cada uno de los bits.

Esta información se denomina señal de temporización o señal de reloj, cuyo objetivo es el de

marcar los tiempos de bit, tal y como se muestra en la figura 6.4

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Puede observarse que la indicación del comienzo del bit es dado por los flancos de subida,

indicados por flechas ascendentes en los impulsos del reloj; también podrían marcarse por los

flancos descendentes, de esta forma queda totalmente claro que entre t2 y t3 existen tres bits

cuyo estado es "1".

6.3 CÓDIGOS ELÉCTRICOS NRZ Y RZ

El código NRZ significa "non return zero", no retorno a cero y hace referencia a los códigos

eléctricos binarios en los cuales el estado eléctrico de la señal se mantiene constante durante

el tiempo que dura cada bit.

La figura 6.5 es un ejemplo de señal codificada mediante el código NRZ.

Este tipo de señales se utiliza en el interior de equipos electrónicos digitales, pero presentagrandes inconvenientes si se utiliza como código para enviar datos.

6.3.1. INCONVENIENTES DEL CÓDIGO NRZ

Una de estas dificultades es que esta señal debe de ir acompañada de sus impulsos de

sincronización, es decir de su señal de reloj, ya que si no es imposible determinar la sincronía

de los bits. Por lo tanto se debería disponer de otro canal exclusivo para la señal de reloj con el

derroche que esto supone.

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La forma de enviar la señal NRZ y los impulsos de reloj por el mismo canal de comu¬nicación es

encontrar un código que combine ambas, es decir que contenga la señal NRZ además de la

señal de reloj; el código RZ viene a resolver estos inconvenientes.

El acrónimo RZ "return zero" significa retorno a cero; la figura 6.6 muestra este tipo de código.

Según puede verse en la señal anterior, el "1" corresponde con el estado alto de la señal NRZ

durante la mitad del tiempo de bit, retornando a "0" durante la otra mitad del rempo de bit de

la señal original.

La obtención de la señal RZ a partir de la NRZ y los impulsos de reloj es sencilla, sim¬plemente

efectuando la operación lógica AND a las dos señales citadas anteriormente. Este proceso es

mostrado en la figura 6.7.

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La señal RZ obtenida incorpora la información a transmitir y los impulsos de reloj necesarios

para determinar los tiempos de bit; ahora bien, ¿cómo es posible recuperar la señal de

temporización de nuevo?

El proceso se ilustra en la figura 6.8, donde se utiliza un circuito oscilador sintonizado a unafrecuencia igual a la frecuencia de reloj y un circuito recuadrador.

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Al recibir la señal RZ, el oscilador se sintoniza con la frecuencia recibida y genera una señal

sinusoidal en el punto B acorde con la señal recibida, posteriormente el recua-drador

transforma la señal a su entrada en una señal cuadrada, punto C, con las mismas

características que la señal de reloj original.

6.3.2. INCONVENIENTES DEL CÓDIGO RZ

Este sistema tiene dos grandes inconvenientes, el primero se presenta cuando exis¬ten

grandes secuencias de ceros seguidos, es decir en ausencia de señal; en este caso el oscilador

no tiene señal piloto de referencia y pasado un cierto tiempo la senoide a su salida está

totalmente desfasada con la señal de reloj.

El segundo inconveniente es que la señal RZ tal y como la conocemos hasta ahora, tiene un

cierto nivel de corriente continua, lo cual no la hace apta para ser transmitida por líneas de

transmisión formadas por conductores paralelos, ya que como se ha visto en temas anteriores,estas líneas son equivalentes a sistemas formados por bobinas y condensadores, y por otro

lado existen multitud de transformadores a lo largo del sistema telefónico, con los

consiguientes problemas que presenta la corriente continua al aplicarse a estos elementos.

6.4. CÓDIGOS ELÉCTRICOS AMI Y HPB3

Los códigos AMI (Altérnate Mark Inversión) y HDB3 (High Density Bipolar) se han desarrollado

para evitar los inconvenientes presentados por los códigos descritos anteriormente.

El código AMI genera una señal eléctrica sin componente continua a partir del códi¬go RZ, tal y

como puede observarse en la figura 6.9.

Simplemente se alternan los niveles lógicos positivos, haciendo que el "1" lógico sea ana vez

positivo y otra vez negativo, así el nivel de continua presente en un impulso se anula con el

impulso siguiente de polaridad negativa; de esta forma se adecúan para ser transmitidos por

líneas de conductores por lo que reciben el nombre de códigos de línea.

El código puede ser aplicado tanto a la señal NRZ como a la señal RZ, según se ilus¬tra en el

ejemplo.

Para extraer la señal de reloj de la señal AMI - RZ, ésta debe ser reconvertida a su antecesora

RZ mediante un simple rectificador y posteriormente obtener los impulsos de a. señal de reloj.

6.4.1. INCONVENIENTES DEL CÓDIGO AMI - RZ

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Aún está pendiente la resolución de la pérdida de sincronización del oscilador ante ausencias

largas de señal.

Este problema se resuelve mediante la aplicación del código HDB3

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Este código limita a 3 el número máximo de ceros seguidos, sustituyendo esta secuen¬cia de

más de tres ceros consecutivos por grupos de 4 ceros y sustituyéndolos por los códigos BOOV y

000V.

B es un impulso con distinto signo que el impulso anterior, por lo que se sigue aplicando laalternancia del signo de los bits o ley de bipolaridad.

V es un impulso del mismo signo que el impulso anterior.

El grupo 0000 es sustituido por BOOV cuando el número de impulsos entre la violación V

anterior y la que se va a introducir es par.

El grupo 0000 es sustituido por 000V cuando el número de impulsos entre la violación V

anterior y la que se va a introducir es impar.

6.5. TRANSMISIÓN DE SEÑALES DIGITALES POR LÍNEA TELEFÓNICA DE PARES TRENZADOS

Nos referiremos al conjunto de operaciones y dispositivos que son necesarios utilizar para la

transmisión de señales digitales entre dos puntos lejanos a través de la línea tele¬fónica.

6.5.1. Regeneración de la señal digital

La operación más importante en este tipo de transmisiones es la regeneración de la señal

transmitida. Un ejemplo de dispositivo regenerador es el representado en el diagrama de

bloques de la figura 6.12.

Las cuatro operaciones básicas que realiza este sistema son:

•  Igualación y amplificación de la señal de entrada.

•  Extracción de la señal de reloj.

•  Detección de la presencia o ausencia de impulsos.

•  Regeneración y transmisión de impulsos a línea.

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La señal digital transmitida por la línea telefónica se deforma progresivamente por los efectos

provocados por el medio de transmisión, de tal forma que los impulsos que lle¬gan al

regenerador están totalmente deformados. Por esto es necesario restaurar de nuevo los

impulsos mediante el equipo regenerador mostrado en la figura anterior.

La señal presente a la entrada del dispositivo regenerador está representada en el punto 1 de

la gráfica de la figura 6.13. Puede observarse que estos impulsos no están igualados en

amplitud, por lo tanto el primer paso es la igualación de éstos, que se lleva a cabo mediante el

dispositivo igualador formado por el bloque A (de la figura 6.12), quedando la señal igualada a

la salida de este bloque.

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A la salida de esta primera etapa, la señal es llevada a dos circuitos diferentes, por un lado

tenemos el circuito de recuperación de la señal de reloj, formado por el bloque B, y por otro al

circuito detector de la presencia o ausencia de impulsos, formado por el bloque C.

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El bloque B recibe la señal igualada, la rectifica y mediante un circuito oscilador LC sintonizado

a la frecuencia de reloj da a su salida una señal sinusoidal. Este circuito es capaz de seguir

generando señal a su salida aunque no exista señal a su entrada durante un tiempo

determinado, de aquí la importancia de que no existan grandes secuencias de ceros seguidas.

A partir de la señal sinusoidal y mediante el recuadrador del bloque se obtiene una señal

cuadrada, mostrada en el punto 5, con la misma frecuencia que la señal de reloj original que se

utiliza como señal de temporización en el dispositivo regenerador. Hacer notar que esta señal

de reloj está ligeramente desfasada con la señal de reloj original debido al tiempo que tarda en

recorrer la línea de transmisión y a las distorsiones que ésta produce.

Los circuitos de decisión que forman el bloque C deciden si hay impulsos o no comparando la

señal presente en su entrada con un nivel de referencia +VR y -VR, entregan¬do a su salida por

un lado los impulsos positivos reflejados en el punto 3 y por otro los negativos representados

en el punto 4.

El bloque D se encarga de determinar si existen impulsos de información o no mediante la

comparación de los impulsos presentes en los puntos 3 y 4 con los impul¬sos de reloj

presentes en el punto 5. Cuando tenemos ambos se generan impulsos cua¬drados de la misma

duración que la señal de reloj, tal y como se muestra en los puntos 8 y 9; éstos forman la señal

bipolar presente en el punto 10 que es reenviada por la línea de transmisión.

6.6. PERTURBACIONES MÁS FRECUENTES DE LAS SEÑALES DIGITALES. ERRORES PRODUCIDOS

EN LA SEÑAL TRANSMITIDA

Las señales digitales a lo largo de la línea telefónica sufren distintas perturbaciones que

producen errores en la transmisión, los más importantes son el ruido, la distorsión

intersímbolos y la fluctuación de fase o jitter.

6.6.1. El ruido

El ruido está presente en todas las transmisiones de señales. En los sistemas digitales es un

problema que puede eliminarse más fácilmente que en los sistemas analógicos; no obstante

puede provocar que los impulsos no sean detectados correctamente en los rege¬neradores

dando lugar a errores.

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6.6.2. DISTORSIÓN INTERSÍMBOLOS

Se produce en la totalidad de los sistemas de transmisión de señales digitales eléctricas, ya que

se debe a la limitación del ancho de banda de dichos sistemas.

Para transmitir una señal digital, que en definitiva es una señal "cuadrada", necesitamos un

ancho de banda muy grande, debido a la gran cantidad de frecuencias que componen dicha

señal, que como sabemos es la suma de múltiples señales sinusoidales puras. Cuando elsistema no tiene esa anchura de banda se produce un fenómeno denominado "colas" del

impulso, tal y como se muestra en la figura 6.15.

Como puede observarse la cola anterior y la posterior pueden interferir con los impulsos

adyacentes, para evitarlo los impulsos deben estar lo suficientemente separados para no ser

interferidos por este tipo de error; si cumplimos esta condición podemos considerar que no

existe distorsión intersímbolos.

Es fácil entender que este tipo de error es uno de los causantes de la limitación de velocidad

de transferencia de datos en sistemas digitales.

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6.6.3. Fluctuación de fase

Es una variación de los frentes anteriores y posteriores de los impulsos con relación a los que

deberían ocupar teóricamente en el mismo tiempo, tal y como puede verse en la figura 6.16.

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6.6.4. Errores de código. Medida de la tasa de error BER

Se da cuando la señal al final del sistema contiene una violación del código que está utilizando.

La siguiente figura representa la señal en el origen y en el final de la línea de trans¬misiónutilizando el código HDB3-RZ

Puede verse que al regenerar la señal se ha cometido un error y no se ha reproducido el

primer bit negativo. Estos errores pueden subsanarse utilizando ciertas reglas o pro¬tocolos en

los códigos, por lo que de esta forma no es necesario conocer totalmente el contenido binario

de la información de la señal original.

Los errores que se producen al retransmitir bits a través de los medios de transmisión, pueden

cuantificarse calculando la tasa de error, o Bit Error Rate (BER) en inglés, que se define como la

relación entre el número de bits erróneos recibidos y el número total de bits transmitidos.

De esta forma un BER de 10'6 significa que existe un bit erróneo por cada millón de bits

transmitidos.

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TÉCNICAS DE DIGITALIZACIÓN DE LA VOZ Y OBTENCIÓN DEL CANAL MIC

Introducción

Las técnicas MIC se desarrollaron en la década de los cincuenta gracias a la invención deltransistor, aunque los principios teóricos se conocían ya en los años treinta.

Estas técnicas son el procedimiento más utilizado en telefonía para convertir seña¬les

analógicas en señales digitales y viceversa, aunque pueden aplicarse en multitud de procesos,

tales como, procesado de imágenes, grabación digital de sonido, etc.

En cualquier conversión de señales analógicas a digitales se realizan tres ope¬raciones

fundamentales descritas en detalle en apartados sucesivos; éstas son el muestreo, la

cuantificación y la codificación.

CONTENIDO

7.1. El muestreo

7.2. Cuantificación

7.3. Codificación

Ejercicios

OBJETIVOS

•  Estudiar los procesos que sufre la señal analógica para ser convertida en digital

apta para el envío a través de las líneas de transmisión telefónicas.

•  Entender cómo se producen los errores de cuantificación y de qué forma pueden

minimizarse.

•  Entender la filosofía de funcionamiento de la ley de cuantificación A utilizada en

Europa.

•  Ver cuáles son los códigos binarios utilizados para codificar las palabras MIC.

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7.1 EL MUESTREO

Para transmitir una señal de frecuencia/a través de una línea de transmisión no es necesario

que se envíe la señal completa, sino que es suficiente con enviar muestras (tro¬zos) de la señal

tomada a una frecuencia de muestreo fm que sea al menos el doble de la frecuencia máxima f-de la señal; esto se conoce como teorema de muestreo o de Nyquist.

Es decir, si la señal a transmitir tuviese una frecuencia máxima de 4 kHz, se tendrían que tomar

muestras como mínimo a una velocidad o frecuencia de muestreo de 8 kHz para poder

reconstruir la señal original en el extremo.

7.1.1. Justificación teorema de muestreo

En la figura 7.2 se representa el espectro de una señal obtenida después de muestrear una

banda de frecuencias comprendida entre fmín y fmáx.

Para recobrar la señal original, tan sólo es necesario utilizar un filtro paso bajo que sólo deje

pasar el espectro comprendido entre fmín y fmáx y no deje pasar el resto; para esto es

necesario que fm - fmáx> fmáx y despejando fm > 2 fmáx, condición impuesta por el teorema

de muestreo.

Por lo tanto, para las señales telefónicas, que ocupan una banda comprendida entre los 300 Hz

y los 3.400 Hz, se debe utilizar una frecuencia de muestreo fm > 6.800 Hz, aunque en la

práctica se muestrea la señal con una fm > 8.000 Hz, es decir se toman 8.000 muestras porsegundo para asegurar la calidad de las comunicaciones.

De esto resulta un tiempo de separación entre muestras de:

Que es el periodo de muestreo.

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7.1.2. Diferencias entre el muestreo idea! y el muestreo real

El muestreo mostrado en la figura 7.1 se denomina muestreo ideal, ya que las mues-T^5

tomadas tienen una anchura nula.

Como puede suponerse, esta operación no puede ser realizada por la limitación de los quipos

utilizados.

En la práctica las muestras de la señal original son tomadas durante un tiempo muy IOÍIO en

comparación con el tiempo entre dos muestras consecutivas; este tipo de mues-reo se

denomina muestreo real y es mostrado en la figura 7.3

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7.2 Cuantificación

Las muestras obtenidas en el proceso descrito anteriormente no se envían directamente por la

línea, ya que el rango de amplitudes que pueden tomar las muestras no está limitado y es

infinito, razón por la cual no podemos pensar en transmitirlas. Para solucionar esteinconveniente se divide todo el rango de amplitudes posibles que pueden tomar las muestras

o gama de funcionamiento, en un número limitado de intervalos que se denominan intervalos

de cuantificación, de forma que todas las muestras que estén dentro de un mismo intervalo

toman el mismo valor; este proceso es mostrado en la figura 7.4.

Se produce un error al realizar este proceso que es imposible eliminar, ya que la amplitud real

de las muestras es sustituida por una amplitud aproximada; este error se denomina error de

cuantificación. 

7.2.1. Cuantificación uniforme

La gama de funcionamiento se divide en 256 intervalos iguales, tomando el mismo valor las

muestras que se encuentran dentro de un mismo intervalo. Está limitada inferior y

superiormente por los valores virtuales de decisión inferiores y superiores, que limitan la

máxima amplitud de señal que puede transmitirse sin recorte de crestas.

Puede verse en la figura 7.5 una sinusoide a cuantificar como ejemplo de señal que puede

tomar cualquier valor entre los valores virtuales de decisión y la gama de funcionamiento

dividida en 256 tramos exactamente iguales.

El proceso de cuantificación introduce necesariamente un error de cuantificación, por el

redondeo que se produce al aproximar el valor verdadero de la señal a su valor cuantificado. El

error irá disminuyendo a medida que se aumenten los intervalos de cuantificación y será

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eliminado totalmente si los intervalos de cuantificación son infinitos, lo cual no es posible por

el siguiente motivo.

Cada uno de los valores tiene su equivalente digital, de esta forma para representarlos todos

son necesarios 8 bits, ya que 28 = 256 posibles combinaciones.

Si aumentamos el número de intervalos de cuantificación de 256 a 4.096, se necesitarían 12

bits, ya que 212 = 4.096, lo que daría lugar a un excesivo ancho de banda en la línea telefónica,

ya que depende directamente del número de bits empleado para representar cada intervalo.

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La figura 7.6 representa la relación entre la señal de entrada Ve y la señal de salida Vs en un

cuantificador uniforme. Se puede observar que la señal a la salida tan sólo cambia cuando la

tensión a la entrada pasa de un intervalo de cuantificación al siguiente, por lo que la señal

original en forma de rampa se transforma a la salida del cuantificador en una rampa

escalonada que se aproxima a la señal real.

La diferencia entre la tensión de salida y la tensión de entrada Vs - Ve representa el error decuantificación.

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El error de cuantificación deforma la señal reconstruida y da lugar a una distorsión que se

denomina distorsión o ruido de cuantifícación que debe ser inapreciable para el oído humano.

7.2.2. Cuantificación no uniforme

El problema de la cuantificación uniforme es que el error de cuantificación se mantiene para

cualquier amplitud de la muestra, de esta forma la relación señal-ruido empeora para niveles

pequeños de la señal de entrada, llegando a tener valores críticos para señales de amplitud

similar a los intervalos de cuantificación, tal y como ilustra la figura 7.7.

Se observa que para señales de amplitud muy pequeñas, el error es casi tan grande como las

muestras.

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Para mantener la relación señal-ruido al mismo valor para todos los niveles de las mues-tras

existen dos alternativas, una es la de aumentar el número de intervalos de cuantifica-ción, lo

cual no es viable debido al aumento del ancho de banda necesario para transmitir las señales

por las líneas; otra alternativa es utilizar la cuantificación no uniforme, en la cual se toma un

número determinado de intervalos y se distribuyen de forma no uniforme aproximándolos en

los niveles bajos de señal y separándolos en los niveles altos.

Así, para las señales débiles es como si se utilizase un número muy alto de intervalos de

cuantificación, reduciéndose el ruido de cuantificación en estos casos. Sin embargo, para

señales fuertes el número de intervalos disminuye, aumentando el ruido pero conservando

una calidad suficientemente buena.

En la figura 7.8 tenemos la relación entre la señal de entrada y la señal de salida, pudiendo

apreciar que los intervalos de cuantificación están más próximos para señales de entrada de

nivel bajo.

7.2.3. Ley de cuantificación utilizada en sistemas MIC europeos (ley A) y americanos (ley u)

La cuantificación no uniforme responde siempre a unas características determinadas que se

denominan características de cuantificación o ley de codificación.

Aunque existen diferentes tipos de leyes de codificación, la ley de codificación para señales de

frecuencia vocal utilizada en sistemas MIC europeos es la ley A y en sistemas MIC americanos

es la ley u

5/12/2018 TRANSMISI N DIGITAL - slidepdf.com

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La ley A utiliza 256 intervalos de cuantificación, 128 intervalos para señales positi¬vas y 128

intervalos para señales negativas.

Según se observa en la figura 7.9, que representa la ley A, ésta se forma por 16 seg¬mentos de

recta, de los cuales los cuatro centrales están alineados, por lo que se consideran uno solo yqueda numerado como intervalo n° 7; de esta manera se reduce de 16 a 13 segmentos.

A su vez, cada uno de estos segmentos está subdividido en otros 16 intervalos de

cuantificación iguales entre sí, pero desiguales de unos segmentos a otros, excepto en los

cuatro segmentos centrales en los que son iguales todos los intervalos de cuantificación.

7.3 CODIFICACIÓN

Mediante la codificación se representan las muestras cuantificadas mediante una secuencia

binaria de unos y ceros.

7.3.1. Estructura y códigos de la palabra MIC

Como en telefonía se utilizan 256 intervalos de cuantifícación necesitamos secuen¬cias

binarias de 8 bits para representar cada una de las posibles muestras cuantificadas, de esta

forma representaremos cada una de las palabras MIC como un grupo de 8 bits de la siguiente

forma:

•  El primer grupo, indicado como P, indica la polaridad de la muestra, es decir si es

positiva o negativa, de esta forma puede indicar el estado positivo mediante un

"1" y el estado negativo mediante el "0".

•  El grupo A comprende tres bits, mediante los cuales podemos localizar 23 = 8

segmentos de recta para cada polaridad, es decir un total de 16 segmentos.