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. Coste y complejidad : el coste aumenta con el aumento de la razón de elementos de señal .
4.1.1. 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 .
4.1.2. 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 .
4.1.3. 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 .
4.1.4. 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 .
4.1.5. 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 .
4 . 2 . Datos digitales , señales analógicas
4.2.1. 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 , por ejemplo s(t)=A x Cos ( 2 x pi x f x t ) simboliza el 1 y s(t)= 0 simboliza 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 .
4 . 3 . 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 .
4.3.1. 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 muestreando a intervalos no siempre iguales .
4.3.2. 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 .
4.3.3. 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 .
4 . 4 . 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 .
4.4.1. 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 .
4.4.2. 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 .
