MODULACION POR CODIGOS DE PULSOS (PCM) TRABAJO DE REDES Y COMUNICACIONES GRUPO 02
TRABAJO DE REDES Y COMUNICACIONES GRUPO 02
MODULACION POR CODIGOS DE PULSOS (PCM)
INTRODUCCION
En este documento se explicara el proceso de modulación PCM el cual es uno de los métodos de modulación utilizados en la actualidad de las comunicaciones electrónicas.
La señal analógica (PCM) se convierte y se determina a una longitud fija, a un numero en formato binario serial para lograr la transmisión. Ese numero binario puede variar de acuerdo a la amplitud de la señal analógica.
EL PCM es un sistema binario, un pulso o ausencia de pulso, dentro de una ranura de tiempo prescrita representa ya sea una condición de lógica cero.
Los sistemas PCM se están haciendo cada vez más importantes, debido a ciertas ventajas inherentes sobre otros tipos de sistemas de modulación.
En este trabajo se estarán enumerando Algunas de estas ventajas.
Contenido
Modulación por códigos de Pulsos.
Modulación por impulsos codificados ( PCM ) es un método utilizado para digitalmente muestreados representan señales analógicas . Es la forma estándar para audio digital en los ordenadores y varios discos Blu-ray , DVD y discos compactos formatos, así como otras aplicaciones digitales tales como teléfonossistemas. Una corriente de PCM es una representación digital de una señal analógica, en el que la magnitud de la señal analógica es muestreada periódicamente a intervalos uniformes, con cada muestra cuantificada al valor más cercano dentro de una gama de pasos digitales.
Corrientes PCM tienen dos propiedades básicas que determinan su fidelidad a la señal analógica original: la frecuencia de muestreo , que es el número de veces por segundo que se toman las muestras, y la profundidad de bits , lo que determina el número de posibles valores digitales que cada muestra puede tomar.
Se basa en el teorema de muestreo que dice: " 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 paso - bajo". 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.
Las funciones de las distintas etapas de las que consta el sistema se detallan a continuación:
Muestreo
Cuantización
Codificación
Muestreo
Consiste en tomar muestras (medidas) del valor de la señal n veces por segundo con lo que tendrán n niveles de tensión en un segundo.
Para un canal telefónico de voz es suficiente tomar 8000 muestras por segundo o lo que es lo mismo una muestra cada 125 μseg. Esto es así porque, de acuerdo con el teorema de muestreo, si se toman muestras de una señal eléctrica continúa a intervalos regulares y con una frecuencia doble a la frecuencia más elevada de la señal, dichas muestras contendrán toda la información necesaria para reconstruir la señal original.
Como en este caso tenemos una frecuencia de muestreo de 8 kHz (periodo 125 μseg), sería posible transmitir hasta 4 kHz, suficiente por tanto para el canal telefónico de voz, donde la frecuencia más alta transmitida es de 3,4 kHz.
El tiempo de separación entre muestras (125 μseg) podría ser destinado al muestreo de otros canales mediante el procedimiento de multiplexación por división de tiempo
Cuantificación
En la cuantificación se asigna un determinado valor cuántico a cada uno de los niveles de tensión obtenidos en el muestreo. Como las muestras pueden tener un infinito número de valores en la gama de intensidad de la voz, gama que en un canal telefónico es de aproximadamente 60 dB, o lo que es lo mismo una relación de tensión de 1000:1, con el fin de simplificar el proceso, lo que se hace es aproximar al valor más cercano de una serie de valores predeterminados.
Codificación
En la codificación, a cada nivel de cuantificación se le asigna un código binario distinto, con lo cual ya tenemos la señal codificada y lista para ser transmitida. La forma de onda sería la indicada como (f) en la Figura 2.
VENTAJAS DE LA MODULACION POR CODIGOS DE PULSO
En comunicación a larga distancia, las señales PCM pueden regenerarse completamente en estaciones repetidoras intermedias porque toda la información está contenida en el código. En cada repetidora se transmite una señal esencialmente libre de ruido. Los efectos del ruido no se acumulan y sólo hay que preocuparse por el ruido de la transmisión entre repetidoras adyacentes.
Los circuitos de modulación y demodulación son todos digitales, alcanzando por ello gran confiabilidad y estabilidad, adaptándose rápidamente al diseño lógico de circuito integrado.
Las señales pueden almacenarse y escalarse en el tiempo eficientemente. Por ejemplo, los datos de PCM pueden generarse en un satélite orbital una vez por minuto durante una órbita de 90 minutos y después retransmitirse a una estación terrestre en cuestión de pocos segundos. Las memorias digitales realizan el almacenaje muy eficientemente.
Puede usarse un código eficiente para reducir la repetición innecesaria (la redundancia) en los mensajes. Por ejemplo, si se desea enviar "Una Feliz Navidad y un Próspero Año Nuevo" a un amigo distante por telegrama, es mucho más eficaz asignar un código (un número) a este mensaje redundante y enviar el código (el número). En la estación receptora, el decodificador reconoce el código y escribe el mensaje.
Una codificación adecuada puede reducir los efectos del ruido y la interferencia. Como ser verá pronto, el ancho de banda puede intercambiarse por potencia de la señal; como el PCM puede escalarse en el tiempo, este también puede intercambiarse por potencia de la señal. El diseñador de sistemas de comunicación tiene, pues, mayor flexibilidad en el diseño de un sistema PCM para satisfacer determinados criterios de funcionamiento.
PROCESO MODULACIÓN PCM
· Codificación Analógica – Digital.
· Modulación de Amplitud de Pulso (PAM).
· Modulación PCM.
· Tasa de prueba.
Codificación Analógica - Digital
Este tipo de codificación es la representación de información analógica en una señal digital. Por ejemplo para grabar la voz de un cantante sobre un CD se usan se usan significados digitales para grabar la información analógica. Para hacerlos, se debe de reducir el nº infinito potencial posible de valores en un mensaje analógico de modo que puedan ser representados como una cadena digital con un mínimo de información posible. La figura 1 nos muestra la codificación analógica - digital llamada códec (codificador-decodificador).
En la codificación analógica - digital, estamos representando la información contenida a partir de una serie de pulsos digitales (1s ó 0s).
La estructura de la señal traducida no es el problema. En su lugar el problema es como hacer pasar información de un número de valores infinitos a un número de valores limitados sin sacrificar la calidad. En la codificación analógica - digital, estamos representando la información contenida a partir de una serie de pulsos digitales (1s ó 0s).
La estructura de la señal traducida no es el problema. En su lugar el problema es como hacer pasar información de un número de valores infinitos a un número de valores limitados sin sacrificar la calidad.
Modulación de Amplitud de Pulso (PAM)
El primer paso en la codificación analógica - digital se llama PAM. Esta técnica recoge información análoga, la muestra (ó la prueba), y genera una serie de pulsos basados en los resultados de la prueba. El término prueba se refiere a la medida de la amplitud de la señal a intervalos iguales.
El método de prueba usado en PAM es más eficaz en otras áreas de ingeniería que en la comunicación de datos (informática). Aunque PAM está en la base de un importante método de codificación analógica - digital llamado modulación de código de pulso (PCM).
En PAM, la señal original se muestra a intervalos iguales como se observa en la figura. PAM usa una técnica llamada probada y tomada. En un momento dado el nivel de la señal es leído y retenido brevemente. El valor mostrado sucede solamente de modo instantáneo a la forma actual de la onda, pero es generalizada por un periodo todavía corto pero medible en el resultado de PAM
El motivo por el que PAM sea ineficaz en comunicaciones es porque aunque traduzca la forma actual de la onda a una serie de pulsos, siguen teniendo amplitud (pulsos)(todavía señal analógica y no digital). Para hacerlos digitales, se deben de modificar usando modulación de código de pulso (PCM)
Modulación PCM
PCM modifica los pulsos creados por PAM para crear una señal completamente digital. Para hacerlo, PCM, en primer lugar, cuantifica los pulsos de PAM. La cuantificación es un método de asignación de los valores íntegros a un rango específico para mostrar los ejemplos.
La imagen anterior muestra un método simple de asignación de signo y magnitud de los valores para muestras cuantificadas. Cada valor es traducido en su equivalente binario 7-bits. El octavo bit indica el signo.
Los dígitos binarios son transformados en una señal digital usando una de las técnicas de codage digital - digital. En la siguiente imagen muestra el resultado de la modulación de codage de pulso de la señal original codificada finalmente en señal unipolar. Solo se muestran los 3 primeros valores de prueba.
PCM se construye actualmente a través de 4 procesos separados: PAM, cuantificación, codage digital - digital. Que se vemos a continuación al proceso entero en forma de gráfico. PCM es el método de prueba usado para digitalizar la voz en la transmisión de línea-T en los sistemas de telecomunicaciones en América del Norte.
Tasa de Prueba
Como se puede ver a partir de las figuras anteriores, la exactitud de la reproducción digital de una señal analógica depende del número de pruebas tomadas. Usando PAM y PCM se puede reproducir una onda con exactitud si se toman una infinidad de pruebas, o se puede reproducir de forma más generalizada si se tomas 3 pruebas. La cuestión es: ¿cuántas muestras son suficientes?
Actualmente, se requiere poca información para la reconstrucción de señal analógica. En lo referente al Teorema de Nyquist, para asegurarse que la reproducción exacta de una señal analógica original usando PAM, la tasa de prueba debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal original. De este modo, si deseamos hacer muestra con la información de voz de un teléfono que tiene como frecuencia máxima 3300 HZ, la tasa de muestra debe ser de 6600 pruebas/s. En la práctica, actualmente se toman 8000 muestras para compensar las imperfecciones del proceso.
TERMINOS IMPORTANTES
PCM (PULSE CODE MODULATION)
Modulación por código de impulsos.- Es un proceso digital de modulación para convertir una señal analógica en un código digital. La señal analógica se muestrea, es decir, se mide periódicamente. En un convertidor analógico/digital, los valores medidos se cuantifican, se convierten en un número binario y se descodifican en un tren de impulsos. Este tren de impulsos es una señal de alta frecuencia portadora de la señal analógica original.
PCM BINARY CODE
Código binario PCM.- Un código de impulsos en el que los valores cuantificados son identificados por números tomados en orden. Este término no debe emplearse para transmisión por líneas.
PCM MULTIPLEX EQUIPMENT
Equipo múltiplex PCM.- Un equipo para derivar una señal digital simple, a una velocidad de dígitos definida, de dos o más canales analógicos mediante una combinación de modulación por código de impulsos y un multiplexado por división de tiempo (multiplexor) y también para realizar la función inversa (demultiplexor). La descripción debe ir seguida de una velocidad de dígitos binarios equivalente; p. ej., equipo múltiplex PCM de 2.048 kbit/s.
CONCLUSION
En esta investigación logramos observar que PCM no es más que un proceso digital de modulación para convertir una señal analógica en un código digital. En el cual la señal analógica se muestrea, es decir, se mide periódicamente. En un convertidor analógico/digital, los valores medidos se cuantifican, se convierten en un número binario y se descodifican en un tren de impulsos. Este tren de impulsos es una señal de alta frecuencia portadora de la señal analógica original.
