Conversión digital a digital

Conversión digital a digital.

La conversión digital a digital, codifica los unos y ceros en una secuencia de pulsos de tensión que se puedan propagar por un medio de transmisión.

De todos los mecanismos usados para la codificación digital a digital, se van a tratar los más utilizados para la transmisión de datos, que se pueden agrupar en tres amplias categorías: Codificación Unipolar que usa una sola técnica; Codificación Polar, que tiene tres subcategorías NRZ, RZ y bifásica; y la codificación bipolar que tiene tres variantes AMI, B8ZS y HDB3.

SEÑAL UNIPOLAR: Se dice que la señal unipolar, cuando el valor que representa a un determinado dígito binario, sea este un cero o un uno toma siempre la misma polaridad (positiva o negativa), mientras que el otro dígito toma el valor cero. Esta condición de líneas equivalente a representar un 1 o 0 mediante el encendido o el apagado de luz.

La codificación unipolar es muy sencilla y muy primitiva. Aunque actualmente es casi obsoleta, permite representar los conceptos usados con los sistemas de codificación más complejos y permite examinar los tipos de problemas que se deben resolver en los sistemas de transmisión digital. El sistema de transmisión digital va con pulsos de voltaje por un medio de enlace, cable o un hilo. En este tipo de codificación consta de dos partes: COMPONENTES DC y la SINCRONIZACIÓN.

Componente DC: La amplitud media de una señal con codificación unipolar no es cero, eso crea lo que se llama una componente de corriente continua (señal de frecuencia cero).

Cuando una señal contiene una componente continua, no puede viajar a través de medios que no pueden gestionar este tipo de componentes.

Sincronización.

Cuando una señal no varía, el receptor no puede determinar el principio y el final de cada bit, por tanto, la codificación unipolar puede tener problemas de sincronización siempre que el flujo de datos contenga una larga serie ininterrumpida de ceros o unos.

SEÑAL POLAR: Se dice que es señal polar, cuando los valores que representan los dígitos binarios 1 y 0, se originan como frecuencia de la conmutación de la línea entre un valor positivo de tensión V1 y el valor negativo de tensión -V1. De esta forma un valor binario cualquiera tendrá siempre una determinada polaridad mientras que el otro binario presentará polaridad inversa, la señal en la línea nunca toma el valor 0.

La Codificación polar usa dos niveles de voltaje: uno positivo y uno negativo.

Estos dos niveles en su mayoría de los métodos de codificación polar de reducen el nivel de voltaje medio de la línea y se alivia el problema de la componente DC. De las muchas variantes existentes, las más populares son: Sin Retorno a Cero (NRZ, Nor Return to Zero), Retorno a Cero (RZ Return to Zero) y bifásica. La codificación NRZ incluye dos métodos: sin retorno a cero, nivel (NRZ-L) y sn retorno a cero invertido (NRZ-I). El método bifásico también tiene dos variantes: Manchester y Manchester diferencial.

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Sin Retorno a Cero (NRZ)

En la codificación NRZ, el nivel de la señal es siempre positivo o negativo, los dos métodos más usuales son: 

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NZR-L. En esta codificación, el nivel de la señal depende del tipo de bit que representa, habitualmente un valor de tensión positiva indica que el bit es un 0 y un valor de tensión negativa indica que el bit es un 1 (o viceversa), por tanto el nivel de la señal depente del estado del bit. Pero cuando hay un flujo grande de ceros o unos en los datos puede surgir el problema de la sincronización.

NZR-I. En esta codificación, una inversión de la tensión representa un bit, es la transición entre el valor de la tensión positiva y negativa, no la tensión en si misma, lo que representa un bit. Un bit 0 se representa sin ningún cambio. NZR-I es mejor que NZR-L debido a la sincronización implícita provista por el cambio de señal cada vez que se encuentra un 1. La existencia de unos en el flujo de datos permite al receptor sincronizar su temporizador con la llegada real de la transmisión. Las tiras de ceros todavía pueden causar problemas.

La figura muestra las representaciones NZR-L y NZR-I de la misma serie de bits.

En la secuencia NZR-L las tensiones positiva y negativa tienen un significado específico: positivo para el 0, negativo para el 1. En la secuencia NZR-I, las tensiones no tienen significado por si mismas, es el cambio de nivel la base para reconocer los unos. El siguiente enlace explica con mayor profundidad este modelo codificación NZR. Con retorno a cero (RZ) Si los datos originales contienen tiras de unos o ceros, el receptor puede sufrir pérdidas por sincronización. Otra de las soluciones es incluir de alguna forma la sincronización dentro de la señal codificada, algo similar a la solución de NZR-I pero capaz de manejar tiras de unos y de ceros.

La figura muestra las representaciones NZR-L y NZR-I de la misma serie de bits.

En la secuencia NZR-L las tensiones positiva y negativa tienen un significado específico: positivo para el 0, negativo para el 1. En la secuencia NZR-I, las tensiones no tienen significado por si mismas, es el cambio de nivel la base para reconocer los unos. El siguiente enlace explica con mayor profundidad este modelo codificación NZR. Con retorno a cero (RZ) Si los datos originales contienen tiras de unos o ceros, el receptor puede sufrir pérdidas por sincronización. Otra de las soluciones es incluir de alguna forma la sincronización dentro de la señal codificada, algo similar a la solución de NZR-I pero capaz de manejar tiras de unos y de ceros.

Para asegurar la sincronización debe haber un cambio de señal para cada bit, sea éste un 1 o un 0, el receptor puede usar estos cambios para construir, sincronizar o actualizar su reloj. La codificación RZ usa tres valores, una tensión positiva, una negativa y el nivel nulo de tensión. En RZ, la señal cambia durante cada bit, de modo que al igual que en NZR-L un nivel positivo indica un 1 y un nivel negativo un 0, pero, a diferencia de NZR-L, a mitad del bit, la señal vuelve al nivel nulo de tensión. Por tanto un 1 se representa por una transición del nivel +V a 0V, y un bit 0 por la transición del nivel -V a 0V. La principal desventaja de la codificación RZ es que necesita dos cambios de señal para codificar un bit.

SEÑAL BIPOLAR: Se dice que la señal es bipolar cuando un determinado dígito (0 o 1) toma valores de polaridad alternados, mientras que el restante dígito siempre adopta el valor cero.

El comportamiento de estos tipos de señales, respecto a los elementos técnicos que pueden ser parte del hardware de comunicaciones para las construcciones de redes es tan diferente que da lugar a que éstas se puedan clasificar también en redes analógicas y redes digitales.

Bipolar con una inversión de marca alternada (AMI). Es la forma más sencilla de codificación bipolar, AMI significa la inversión a 1alterno. Un valor neutral, es decir, un voltaje positivos y negativos O, representa el 0 binario. Los unos binarios se representan alternando valores de voltaje positivos y negativos.

Existe una variante de esta codificación AMI bipolar denominada pseudoternaria en la que el bit 0 alterna entre valores positivos y negativos. Sin embargo si bien la codificación AMI resuelve el problema de la componente DC, y la sincronización cuando hay una larga serie de bits 1, no lo hace cuando la serie es de bits 0. Por ello se han desarrollado dos variantes para resolver este problema especialmente en las transmisiones a larga distancia, la primera se usa en Norteamérica y se denomina bipolar con sustitución de 8 ceros B8ZS, y la segunda, usada en Europa y Japón, denominada bipolar 3 de alta densidad HDB3.

Modulación por codificación de pulsos (PCM): Este tipo de modulación, sin duda la más utilizada de todas las modulaciones de pulsos es, básicamente, el método de conversión de señales analógicas a digitales (CAD). PCM siempre conlleva modulación previa de amplitud de pulsos.

Una señal analógica se caracteriza por el hecho de que su amplitud puede tomar cualquier valor entre un mínimo y un máximo, de forma continua. Una señal PAM también puede tener cualquier valor, pero en intervalos discretos. Esto significa que el posible número de valores de amplitud es infinito. Por otra parte, la amplitud de una señal digital sólo puede tener un número finito de valores, por lo general dos (cero y uno). Una señal analógica puede convertirse a digital mediante un proceso de muestreo y cuantificación. El muestreo la convierte en una señal PAM, la cuantificación redondea el valor de la amplitud al número permisible más cercano, generalmente en el intervalo (0, 2n ) y lo codifica en un

cierto número de bits. En realidad, no es estrictamente necesario transmitir con toda exactitud las amplitudes de las muestras. En el caso de señales de voz o de imagen, el receptor último es el oído o el ojo, que detectan sólo diferencias finitas, de modo que la señal original, continua, puede aproximarse por una señal formada por un conjunto de amplitudes discretas seleccionadas de forma tal que el error sea mínimo. Si las muestras de amplitudes distintas están muy cercanas entre sí, la señal aproximada prácticamente no se distinguirá de la señal continua original. Desde un punto de vista práctico, es deseable una señal binaria, que puede tomar sólo dos valores, por su simplicidad. Para ello, la señal cuantificada a niveles discretos entre 0 y 2n valores, puede codificarse mediante un símbolo de n bits, por lo que generalmente la cuantificación va seguida de un proceso de codificación.

Modulación por codificación de pulsos (PAM):

Modulación de Amplitud de Pulso (PAM) la amplitud de cada muestra de pulso es proporcional a la amplitud de la señal de mensaje en el momento de muestreo.

Modulación de Amplitud de Pulso (PAM) Dos ventajas de la transmisión de señales PAM por encima de las señales analógicas completas son: Si la duración del pulso PAM es pequeña, la energía requerida para transmitir los pulsos es mucho menor que la energía requerida para transmitir la señal analógica. El intervalo de tiempo entre los pulsos PAM debe ser llenado con muestras de otros mensajes, lo cual permite que varios mensajes se puedan transmitir simultáneamente en un canal: esta técnica es llamada multiplexación por división de tiempo (TDM).

La modulación por amplitud de pulsos (Pulse Amplitude-Modulation) (PAM) es la más sencilla de lasmodulaciones digitales. Consiste en cambiar la a mplitud de una señal, de frecuencia fija, en función del símbolo atransmitir. Esto puede conseguirse con un amplificador de ganancia variable o seleccionando la s eñal de un bancode osciladores. (incluir dibujo de un modulador con amplificador variable) (incluir dibujo de un banco deosciladores) Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si representamos las amplitude s en el plano complejo tenemoslo que se llaman constelaciones de señal (incluir d ibujo). En función del número de símbolos o amplitudes posiblesse llama a la mo

dulación NPAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM. De la correcta elección de los puntosde la constelación (amplitudes) depende la inmunidad a ruido (distancia e ntre puntos) o la energía por bit(distancia al origen).