Unidad 3
3
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Modulación
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3.1 Técnicas de modulación analógica: modulación en amplitud (AM) y
modulación en frecuencia (FM).
3.2 Técnicas de modulación digital:
Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)
Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)
Modulación por desplazamiento de fase (PSK)
Modulación de amplitud en cuadratura (QAM).
3.3 Conversión analógico – digital: muestreo, cuantización y
codificación.
3.4 Códigos de línea:
RZ NRZ NRZ-L AMI, pseudo-ternaria, manchester, Manchester diferencial, B8ZS, HDB3, entre otros. 3.7 Modem, estándares y protocolos |
Técnicas de modulación analógica: modulación en amplitud (AM) y modulación en frecuencia (FM)
Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para
transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal
de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma
simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e
interferencias. Según la American National Standard for Telecommunications, la modulación es
el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una
portadora de acuerdo con una señal que transporta información. El propósito de
la modulación es sobreponer señales en las ondas portadoras
MODULACIÓN DE LA AMPLITUD (AM O
AMPLITUD MODULADA).
La modulación de altitud (AM) es
una técnica utilizada en la comunicación electrónica, más comúnmente para la
transmisión de información a través de una onda transversal de televisión. La
modulación en altitud (AM) funciona mediante la variación de la amplitud de la
señal transmitida en relación con la información que se envía. Contrastando
esta con la modulación de frecuencia, en la que se varía la frecuencia, y la
modulación de fase, en la que se varía la fase. A mediados de la década de
1970, una forma de modulación de amplitud, inicialmente llamada
"corrientes ondulatorias"-fue el primer método para enviar con éxito
audio a través de líneas telefónicas con una calidad deprimente.
MODULACIÓN DE LA FRECUENCIA (FM O
FRECUENCIA MODULADA).
La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia
es una modulación angular que transmite a través de una portadora variando su frecuencia. En aplicaciones analógicas, la frecuencia
instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la
señal moduladora. Datos digitales pueden ser
enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de
valores discretos, una modulación conocida como FSK.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (véase Radio FM). El sonido de
la televisión analógica también es difundido por medio de
FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es
generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o
N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha.
Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias
de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar
la luminancia (blanco y
negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es el único método factible
para la grabación de video y para recuperar de la cinta magnética sin la
distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de
componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a
varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar
con ecualices con la deuda al ruido
electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en
el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de
ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de
la reproducción, y que la captura del
efecto de FM elimina a través de impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si se añade a la señal - que se hizo
en V2000 o video 2000 y muchos formatos de alta banda - puede
mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar al tiempo de corrección.
Dentro de los avances más importantes que se presentan en las
comunicaciones, la mejora de un sistema de transmisión y recepción en
características como la relación señal – ruido, sin duda es uno de los más
importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el
paso de Modulación en Amplitud (A.M.), a la Modulación en Frecuencia (F.M.),
establece un importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la
relación señal ruido, sino también en la mayor resistencia al efecto del
desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en A.M.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias de audio para sintetizar sonido. Está
técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada
a principios de los sintetizadores digitales y se convirtió en una
característica estándar para varias generaciones de tarjetas de sonido de computadoras personales.
Técnicas de modulación digital:
Modulacion ASK:
No es mas que un caso particular de AM son también validos
para la detección de señales ASK. De esta
manera existen dos métodos comunes de modulacon dteccion síncrona y detección envolviente.
La modulación en ASK no es otra cosa que una variante de la
modulación en AM que se adapta perfectamente a las
condiciones de los sistemas digitales, además de que les permite trabajar sobre
una sola frecuencia de transmisión en ves de tener que lidiar con pulsos
cuadrados que contienen componentes en todas las frecuencias del espectro.
Su recuperación también resulta ser más sencilla, dado que sólo
depende de sincronizar la frecuencia de las señales sinusoidales que sirven de
portadoras y regeneradoras dependiendo si se hallan en el modulador o el
demodulador.
El ASK por sí sólo, a pesar de
todas estas consideraciones, no es uno de los métodos más utilizados debido a
que para cada frecuencia es necesario realizar un circuito
independiente, además de que sólo puede transmitirse un solo bit al mismo
tiempo en una determinada frecuencia. Otro de los inconvenientes es que los
múltiplos de una frecuencia fundamental son inutilizables y que este tipo de
sistemas son susceptibles al ruido.
La salida de un modulador de FSK binario, es una función escalón en el dominio del tiempo. Conforme cambia la señal de entrada binaria de 0 lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK se desplaza entre dos frecuencias: una frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio o de 0 lógico. Con el FSK binario, hay un cambio en la frecuencia de salida, cada vez que la condición lógica de la señal de entrada binaria cambia. Un transmisor de FSK binario sencillo se muestra en la figura l.
MODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)
La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulación digital en donde la información digital está contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.
QAM DE OCHO (8-QAM)
El QAM de ocho (8-QAM), es una técnica de codificación M-ario, en donde M = 8. A diferencia del 8-PSK, la señal de salida de un modulador de 8-QAM no es una señal de amplitud constante.
Transmisor de QAM de ocho
La figura 15 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de 8-QAM. Como pueda verse, la única diferencia, entre el transmisor de 8-QAM y el transmisor de 8-PSK es la omisión del inversor entre el canal C y el modulador da producto Q.
Conversión analógico – digital: muestreo, cuantización y codificación.
El término analógico la industria de las telecomunicaciones y el cómputo significa todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello se puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto límite, superior e inferior.
El término digital de la misma manera involucra valores de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el cero (0) o el uno (1) o Bits (BInary DigiTs).
La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos:
- muestreo
- cuantización
- codificación
Códigos de línea: RZ, NRZ, NRZ-L, AMI, pseudo-ternaria, Manchester, Manchester diferencial, B8ZS, HDB3.
RZ, NRZ, NRZ-L, AMI, pseudo-ternaria, Manchester, Manchester diferencial, B8ZS, HDB3, entre otros
NRZ
Se pueden utilizan los código NonRetourn to Zero Level (NRZ-L), de los cuales los más empleados son el unipolar y el bipolar.
RZ
Se emplea el RZ (Retourn to Zero) polar. En este caso se tiene tensión positiva en una parte de la duración de un 1 lógico, y cero tensión durante el resto del tiempo. Para un 0 lógico se tiene tensión negativa parte del tiempo y el resto del tiempo del pulso la tensión es cero.
RZ Polar
Este código si es auto-sincronizante debido a que en reloj (clock) del receptor queda sincronizado por la cadencia de los pulsos que llegan del transmisor puesto que todos los bits tienen una transición, esto permite identificar a cada bit en una larga cadena de unos o ceros.
RZ Bipolar
A la ventaja de ser autosincronizante se le contrapone el hecho de requerir mayor ancho de banda, pues los pulsos son de menor duración que en otros códigos, por ejemplo NRZ, lo cual es una gran desventaja.
Código Manchester
En este código siempre hay una transición en la mitad del intervalo de duración de los bits. Cada transición positiva representa un 1 y cada transición negativa representa un 0.
Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transición en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuenta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.
En está codificación no se tienen en cuanta los niveles de tensión sino que solo se consideran las transiciones positivas y negativas.
Esta técnica posibilita una transición por bit, lo cual permite autosincronismo.
Se puede eliminar la componente continua si se emplean valores positivos y negativos para representar los niveles de la señal.
Código Manchester diferencial
Durante la codificación todos los bits tienen una transición en la mitad del intervalo de duración de los mismos, pero solo los ceros tienen además una transición en el inicio del intervalo.
NRZ
Se pueden utilizan los código NonRetourn to Zero Level (NRZ-L), de los cuales los más empleados son el unipolar y el bipolar.
RZ
Se emplea el RZ (Retourn to Zero) polar. En este caso se tiene tensión positiva en una parte de la duración de un 1 lógico, y cero tensión durante el resto del tiempo. Para un 0 lógico se tiene tensión negativa parte del tiempo y el resto del tiempo del pulso la tensión es cero.
RZ Polar
Este código si es auto-sincronizante debido a que en reloj (clock) del receptor queda sincronizado por la cadencia de los pulsos que llegan del transmisor puesto que todos los bits tienen una transición, esto permite identificar a cada bit en una larga cadena de unos o ceros.
RZ Bipolar
A la ventaja de ser autosincronizante se le contrapone el hecho de requerir mayor ancho de banda, pues los pulsos son de menor duración que en otros códigos, por ejemplo NRZ, lo cual es una gran desventaja.
Código Manchester
En este código siempre hay una transición en la mitad del intervalo de duración de los bits. Cada transición positiva representa un 1 y cada transición negativa representa un 0.
Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transición en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuenta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.
En está codificación no se tienen en cuanta los niveles de tensión sino que solo se consideran las transiciones positivas y negativas.
Esta técnica posibilita una transición por bit, lo cual permite autosincronismo.
Se puede eliminar la componente continua si se emplean valores positivos y negativos para representar los niveles de la señal.
Código Manchester diferencial
Durante la codificación todos los bits tienen una transición en la mitad del intervalo de duración de los mismos, pero solo los ceros tienen además una transición en el inicio del intervalo.
En la decodificación se detecta el estado de cada intervalo y se lo compara con el estado del intervalo anterior. Si ocurrió un cambio de la señal se decodifica un 1 en caso contrario se decodifica un 0.
El código Manchester diferencial tiene las mismas ventajas de los códigos Manchester con la adición de las ventajas derivadas de la utilización de una aproximación diferencial.
Código HDB3
Este es un sistema de codificación utilizado en Europa, Asia y Sudamérica. La denominación HDB3 proviene del nombre en ingles High Density Bipolar-3 Zerosque puede traducirse como código de alta densidad bipolar de 3 ceros.
En el mismo un 1 se representa con polaridad alternada mientras que un 0 toma el valor 0. Este tipo de señal no tiene componente continua ni de bajas frecuencias pero presenta el inconveniente que cuando aparece una larga cadena de ceros se puede perder el sincronismo al no poder distinguir un bit de los adyacentes.
ESTÁNDARES
· Son recomendaciones estándares para la operación de los módems, han sido establecidas por varias organizaciones y corporaciones.
· Los estándares cubren la modulación y técnica de transmisión, usados por los módems así como otros elementos de su operación.
· Hasta la mitad de los 80's todos los módems en Estados Unidos usaban técnicas de modulación basados en estándares de los laboratorios Bell con velocidades de 300 hasta 1200 bps. Estos son conocidos como Bell103 y Bell 212A, respectivamente.
· Estos módems trabajan bien dentro de Estados Unidos. Otros países como Europa por instancia, usan diferentes estándares. El estándar internacional es llamado ITU-T, International Telecommunications Unión-Telecommunications Sector (antes conocido como CCITT Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía).
· Sumado a los estándares de velocidad, existen también estándares para VERIFICACIÓN
, errores y compresión de datos.
· A continuación se muestra una lista de los estándares de facto e internacionales con sus características operacional
ü V.22. Proporciona 1200 bits por segundo a 600 baudios (cambios de estado por segundo).
ü V.22bis. El primer estándar mundial verdadero, permite 2400 bits por segundo a 600 baudios.
ü V.32. Proporciona 4800 y 9600 bits por segundo a 2400 baudios.
ü V.32bis. Proporciona 14,400 bits por segundo o baja a 12,000, 9600, 7200, y 4800 bits por segundo.
ü V.32terbo.. Proporciona 19,200 bits por segundo o baja a 12,000, 9600, 7200, y 4800 bits por segundo; puede operar a mayores tasas de transmisión de datos con compresión, no fue estándar de CCITT/ITU.
ü V.34.Proporciona 28,800 bits por segundo o baja a 24,000 y 19,200 bits por segundo y compatibilidad hacia atrás con V.32 y V.32bis.
ü V.34bis. Proporciona hasta 33,600 bits por segundo o baja a tasas de transferencia de 31,200 o V.34.
ü V.35. Interfaz troncal de paquetes entre un dispositivo de acceso a una red y una red a tasas de transmisión de datos mayores a 19.2 Kbps. El V.35 puede usar los anchos de banda de varios circuitos telefónicos como grupo. Existen Transformadores de Género y Adaptadores V.35.
ü V.42. La misma tasa de transferencia que V.32, V.32bis y otros estándares pero con mejor corrección de errores y por tanto más fidedigno.
ü V.90. Proporciona hasta 56,000 bits por segundo corriente abajo (pero algo menos en la práctica). Derivado de la tecnología x2 de 3Com (US Robotics) y la tecnología K56flex de Rockwell.
PROTOCOLOS.
Los Protocolos en un ambiente de comunicación de datos sirve para dirigir la trasferencia de información entre dos entidades de comunicación. Para ambiente MAINFRAME ,redeslocales o servicios públicos son las redes de paquetes ,se usan los módem protocolos , para dirigir el flujo de mensajes entre las maquinas en conversación. Para dirigir el intercambio de mensajes entre PCs independientemente , usando circuitos telefónicos. Estos protocolos garantizan la transmisión y recepción de estos mensajes de forma segura y ordenada.
Protocolos más Utilizados:
1. XMODEM : Referenciado con CHECKSUN . Envía bloques de 128 bytes , uno es de CHECK (VERIFICA).
2.
3. XMODEM _ CRC : Envía bloques de 128 bytes , con dos bytes de CRC (Cyclic Redundancy Checking - Rutina de VERIFICACIÓN de Errores) .
4. XMODEM 1K : Envía bloques de 1K con dos bytes de verificación CRC.
5. YMODEM batch : Envía bloques de 1024b bytes con dos bytes CRC. Hace la
· Son recomendaciones estándares para la operación de los módems, han sido establecidas por varias organizaciones y corporaciones.
· Los estándares cubren la modulación y técnica de transmisión, usados por los módems así como otros elementos de su operación.
· Hasta la mitad de los 80's todos los módems en Estados Unidos usaban técnicas de modulación basados en estándares de los laboratorios Bell con velocidades de 300 hasta 1200 bps. Estos son conocidos como Bell103 y Bell 212A, respectivamente.
· Estos módems trabajan bien dentro de Estados Unidos. Otros países como Europa por instancia, usan diferentes estándares. El estándar internacional es llamado ITU-T, International Telecommunications Unión-Telecommunications Sector (antes conocido como CCITT Comité Consultivo Internacional de Telegrafía y Telefonía).
· Sumado a los estándares de velocidad, existen también estándares para VERIFICACIÓN
, errores y compresión de datos.· A continuación se muestra una lista de los estándares de facto e internacionales con sus características operacional
ü V.22. Proporciona 1200 bits por segundo a 600 baudios (cambios de estado por segundo).
ü V.22bis. El primer estándar mundial verdadero, permite 2400 bits por segundo a 600 baudios.
ü V.32. Proporciona 4800 y 9600 bits por segundo a 2400 baudios.
ü V.32bis. Proporciona 14,400 bits por segundo o baja a 12,000, 9600, 7200, y 4800 bits por segundo.
ü V.32terbo.. Proporciona 19,200 bits por segundo o baja a 12,000, 9600, 7200, y 4800 bits por segundo; puede operar a mayores tasas de transmisión de datos con compresión, no fue estándar de CCITT/ITU.
ü V.34.Proporciona 28,800 bits por segundo o baja a 24,000 y 19,200 bits por segundo y compatibilidad hacia atrás con V.32 y V.32bis.
ü V.34bis. Proporciona hasta 33,600 bits por segundo o baja a tasas de transferencia de 31,200 o V.34.
ü V.35. Interfaz troncal de paquetes entre un dispositivo de acceso a una red y una red a tasas de transmisión de datos mayores a 19.2 Kbps. El V.35 puede usar los anchos de banda de varios circuitos telefónicos como grupo. Existen Transformadores de Género y Adaptadores V.35.
ü V.42. La misma tasa de transferencia que V.32, V.32bis y otros estándares pero con mejor corrección de errores y por tanto más fidedigno.
ü V.90. Proporciona hasta 56,000 bits por segundo corriente abajo (pero algo menos en la práctica). Derivado de la tecnología x2 de 3Com (US Robotics) y la tecnología K56flex de Rockwell.
PROTOCOLOS.
Los Protocolos en un ambiente de comunicación de datos sirve para dirigir la trasferencia de información entre dos entidades de comunicación. Para ambiente MAINFRAME ,redeslocales o servicios públicos son las redes de paquetes ,se usan los módem protocolos , para dirigir el flujo de mensajes entre las maquinas en conversación. Para dirigir el intercambio de mensajes entre PCs independientemente , usando circuitos telefónicos. Estos protocolos garantizan la transmisión y recepción de estos mensajes de forma segura y ordenada.
Protocolos más Utilizados:
1. XMODEM : Referenciado con CHECKSUN . Envía bloques de 128 bytes , uno es de CHECK (VERIFICA).
2.
3. XMODEM _ CRC : Envía bloques de 128 bytes , con dos bytes de CRC (Cyclic Redundancy Checking - Rutina de VERIFICACIÓN de Errores) .
4. XMODEM 1K : Envía bloques de 1K con dos bytes de verificación CRC.
5. YMODEM batch : Envía bloques de 1024b bytes con dos bytes CRC. Hace la
http://personal.us.es/jluque/Libros%20y%20apuntes/1995%20Modulacion%20digital.pdf
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