Modulación y Códigos de Línea en Sistemas de Comunicación Digital

Modulación de Señales

Datos Analógicos a Señal Analógica

En la transmisión de datos analógicos mediante señales analógicas, se utilizan técnicas de modulación como:

• AM (Modulación en Amplitud)
• FM (Modulación en Frecuencia)
• PM (Modulación en Fase)

Conceptos clave:

• Portadora: Señal base sobre la que se realiza la modulación.
• Moduladora: Señal que contiene la información a transmitir.
• Señal Modulada: Señal resultante de la modulación (AM, PM o FM).

Datos Digitales a Señal Analógica

Cuando se transmiten datos digitales mediante señales analógicas, se emplean técnicas de modulación por desplazamiento:

• ASK (Desplazamiento de Amplitud): Modifica la amplitud de la señal portadora. Los valores binarios se representan mediante dos amplitudes diferentes de la portadora. Es común que una de las amplitudes sea cero. Es sensible a cambios repentinos de la ganancia y se utiliza en fibras ópticas.
• FSK (Desplazamiento de Frecuencia): Modifica la frecuencia de la portadora. Los valores binarios se representan mediante frecuencias diferentes, próximas a la frecuencia de la portadora. Es menos sensible que ASK y se utiliza en transmisión mediante módems y en radio a altas frecuencias.
• PSK (Desplazamiento de Fase): Modifica la fase de la señal portadora. La señal portadora se desplaza para representar los datos. Por ejemplo, 0 se representa con fase 0º y 1 con fase 180º.
• QPSK (PSK en Cuadratura): Cada elemento de señal representa más de un bit.

El número de bits transmitidos por segundo se denomina baudios.

Codificación de Señales Digitales

Datos Digitales a Señal Digital

Una señal digital puede tener varios estados distintos. Si tiene dos, la señal es binaria; si tiene tres, ternaria; si tiene cuatro, cuaternaria, y así sucesivamente. En función de su polaridad, las señales pueden ser:

• Unipolar: 1 se representa con V+ y 0 con ausencia de voltaje.
• Polar: 1 se representa con V+ o V-, mientras que 0 se representa con el valor opuesto.
• Bipolar: 0 se representa con ausencia de voltaje y 1 con V+ o V-.

El modo de representar los datos digitales a transmitir mediante una señal digital se denomina código eléctrico, código de línea o código banda base. Se denomina banda base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación de salida frente a las que las origina.

En la transmisión digital en paralelo, hay que tener en cuenta que una componente continua nula es necesaria para atravesar elementos inductivos, y no pueden existir largas secuencias de ceros consecutivos para no perder el sincronismo.

Ejercicios Prácticos

Ejercicio 1: Coeficiente de Distorsión Armónica

El coeficiente de distorsión armónica (THD) de un sistema no lineal se calcula mediante la siguiente fórmula:

THD = (√(A2² + A3² + A4²)) / A1 * 100

Donde A1, A2, A3 y A4 son las amplitudes de los armónicos.

Ejercicio 2: Conversor Analógico/Digital (A/D)

Tabla de intervalos de tensión de entrada y salida binaria para un convertidor A/D de 4 bits con Vref = 3V:

Primero, calculamos el intervalo de voltaje: 3V / (24 - 1) = 3V / 15 = 0.2V

Luego, construimos la tabla:

• 0000: 0 a 0.2V
• 0001: 0.2 a 0.4V
• ...
• 1111: 2.8 a 3V

Ejercicio 3: Conversor Digital/Analógico (D/A)

Conformar una señal diente de sierra mediante un convertidor D/A de 3 bits, con un factor K = 10mV, frecuencia = 1kHz y Vmax = 70mV.

a) Tabla con valores binarios y tensión de salida:

• 000: Vs = 10mV * 0 = 0mV
• 001: Vs = 10mV * 1 = 10mV
• ...
• 111: Vs = 10mV * 7 = 70mV

b) Dibujar la señal obtenida: Se representa la gráfica de los mV de 10 en 10, y se van tomando los valores binarios en otra gráfica paralela.

c) La frecuencia de impulsos de conversión para obtener dicha señal con la frecuencia de 1kHz se calcula como:

Fimpulsos = 1 / 0.0001s = 10000Hz = 10kHz

Códigos de Línea: AMI y HDB3

Los códigos AMI (Inversión de Marcas Alternadas) y HDB3 (Bipolar de Alta Densidad de orden 3) se emplean en sistemas de comunicación para evitar secuencias largas de ceros consecutivos.

Sistema MIC de 30 Canales

En el sistema MIC (Modulación por Impulsos Codificados) de 30 canales, el intervalo 16 se utiliza para enviar la sincronización de cada canal, usando 4 bits por canal.