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Informe Previo – Laboratorio de Telecomunicaciones II– FIEE – UNI – 2018 – II

EXPERIENCIA #4: MODULACION POR CODIFICACION DE PULSOS MARCELO AURAZO ERICK 20131214I GUERRABRICEÑO MIGUEL ANGEL 20131207B

1 OBJETIVO  

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Conocer las ventajas de la codificación de diversos códigos binarios El estudio y desarrollo de todo lo concerniente a la codificación, así como a la cuantificación; describiéndose técnicas y aspectos a tener en cuenta para ser capaces de discernir entre que tipos o técnicas de codificación usar de acuerdo a las características o parámetros deseados de nuestra transmisión, Por último, nos permitirá realizar la comunicación entre modem – computadora, utilizando los comandos AT. Analizar el funcionamiento de un software de comunicación, que permita transferencia de archivos, ejecución remota, utilizando los puertos serial y paralelo y vía modem.

2 MATERIALES Todos los materiales a utilizar estarán disponibles en un modelo como el que se muestra en la Fig.1       

1 modulador PAM 1 modulador PCM 1 demodulador PAM 1 demodulador PCM 1 generador de funciones 1 contador de frecuencias Fuente 15 V, 3 A

Fig.1 Modulo a utilizar para la experiencia

3 CUESTIONARIO PREVIO

DEL

INFORME

MODULACIÓN La amplia naturaleza de las señales analógicas es evidente, cualquier forma de onda está disponible con toda seguridad en el ámbito analógico, nos encontramos con una onda original y una distorsión de la que tenemos que identificar la onda original de la distorsionada. Aquí surge la necesidad del audio digital ya que nos permite separar de la señal original el ruido y la distorsión. La calidad de una señal de audio no es función del mecanismo de lectura, sino que parámetros tales como respuesta en frecuencia, linealidad y ruido son sólo funciones del conversor digital - analógico empleado. En el proceso de conversión de la forma instantáneas de una señal análoga cambiante en el tiempo, tal como la amplitud de una análoga a la forma digital y viceversa aparecen tres términos matemáticos o lógicos básicos: el muestreo, la cuantización y la codificación. El muestreo es el proceso de tomar medidas forma de onda compleja. La información muestreada permite reconstituir más o menos una representación de la forma de onda original. Sin embargo, si las muestras son relativamente escasas (o infrecuentes), la información entre las muestras se perderá. El teorema de muestreo o Teorema de Nyquist establece que es posible capturar toda la información de la forma de onda si se utiliza una frecuencia de muestreo del doble de la frecuencia más elevada contenida en la forma de onda.. Una vez que la muestra y su valor han sido obtenidos, la cuantización es el siguiente proceso para la reducción de la señal análoga compleja. Este permite aproximar la muestra a uno de los niveles de una escala designada. .Hay que notar que el proceso de cuantización puede introducir un ruido de cuantización; una diferencia entre el valor original de la amplitud muestreada y el valor aproximado correspondiente a la escala seleccionada, donde la magnitud de este error estará determinada por la fineza de la escala empleada

Informe Previo – Laboratorio de Telecomunicaciones II– FIEE – UNI – 2018 – II Modulación de Pulsos Codificados (PCM) 1. Ventajas de la modulación PCM Respecto a la modulación por codificación de pulsos, así como sus diversas variantes, están presente, en la mayoría de las aplicaciones para transmitir o procesar información analógica en forma digital. Algunas de sus ventajas más importantes son:   

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Robustez ante el ruido e interferencia en el canal de comunicaciones. Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo de la trayectoria de transmisión. Formato uniforme de transmisión para diferentes clases de señales en banda base, lo que permite integrarlas con otras formas de datos digitales en un canal común mediante el multiplexado en tiempo. Facilidad de encriptar la información para su transmisión segura.

Fug.2 De la señal analógica al código PCM

Fig.3 Diagrama de bloques de un transmisor PCM

Muestreo de la señal analógica:

2. Desventajas de la modulación PCM El precio a pagar por las ventajas anteriores es el mayor costo y complejidad del sistema, así como el mayor ancho de banda necesario. Respecto a la complejidad, la tecnología actual de circuitos integrados en gran escala (VLSI) ha permitido la implementación de sistemas a, relativamente bajo costo y facilitado el crecimiento de este método o de sus variantes.

Así, podemos mencionar entre una de sus desventajas    

Fig.4 Muestreo de una señal analógica Mayor costo del sistema. Mayor complejidad del sistema. Mayor ancho de banda necesario. Respecto a la complejidad, la tecnología actual de circuitos integrados en gran escala (VLSI) ha permitido la implementación de sistemas a, relativamente bajo costo y facilitado el crecimiento de este método o de sus variantes.

Transmisor de una señal PCM El transmisor obedece al diagrama de bloques de la figura 1

Representación gráfica de medio ciclo positivo (+), correspondiente a una señal eléctrica analógica de sonido, con sus correspondientes armónicos. Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling) de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilo Hertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante Durante el proceso de muestreo se asignan valores numéricos equivalentes a la tensión o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuación el proceso de cuantización.

Informe Previo – Laboratorio de Telecomunicaciones II– FIEE – UNI – 2018 – II Las tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las siguientes:    

 24 000 muestras por segundo (24 kHz) 30 000 muestras por segundo (30 kHz) 44 100 muestras por segundo (44,1 kHz) (Calidad de CD) 48 000 muestras por segundo (48 kHz)

Para realizar el muestreo (sampling) de una señal eléctrica analógica y convertirla después en digital, el< primer paso consiste en tomar valores discretos de tensión o voltaje a intervalos regulares en diferentes< puntos de la onda senoidal.

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las entradas más frecuentes y, consecuentemente, se minimice el error (ruido). Cuantificación vectorial: se basa en cuantificar según las muestras vecinas, resulta más eficiente cuantificar los datos en bloques de N muestras. Cuantificadores de Vecino Más Cercano (Voronoi): el proceso de codificación no necesita almacenar una descripción geométrica de las celdas, la codificación es mediante una comparación de distancias.

Codificación del resultado de la cuantización en código binario:

Por tanto, una señal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendrá menos calidad y fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea el número de muestras tomadas, mayor será también el ancho de banda necesario para transmitir una señal digital, requiriendo también un espacio mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD

La codificación asigna un valor numérico (código digital binario) a cada uno de los N valores discretos utilizados en la cuantización.La representación de N valores a través de un código digital binario corresponde a un número de bits m que cumple con la relación:

Cuantización de la propia señal:

Los números del código digital asignado no necesariamente deben de tener una relación directa con el valor real de la señal original f(t), sino que puede considerarse que f(t) es normalizada para su codificación. Los valores reales de f(t) pueden ser recuperados en el proceso de conversión digital a analógica a través de un proceso de desnormalización (normalmente la multiplicación por una constante y la posible suma o resta de una componente de directa).

Se conoce como error de cuantificación (o ruido), a la diferencia entre la señal de entrada (sin cuantificar) y la señal de salida (ya cuantificada), interesa que el ruido sea lo más bajo posible.

Técnicas de cuantificación: Como información complementaria, decir que existen diferentes tipos de cuantificación, cada uno de las cuales se amoldara a los datos que estemos enviando.  Cuantificación uniforme: la distancia entre los niveles de reconstrucción es siempre la misma. No hacen ninguna suposición acerca de la naturaleza de la señal a cuantificar, de ahí que no proporcionen los mejores resultados. Sin embargo, tienen como ventaja que son los más fáciles y menos costosos de implementar.  Cuantificación logarítmica: incrementa la distancia entre los niveles de reconstrucción conforme aumenta la amplitud de la señal. Muy usada en señales de voz.  Cuantificación no uniforme: si conocemos la función de la distribución de probabilidad, podemos ajustar los niveles de reconstrucción a la distribución de forma que se minimice el error cuadrático medio. Esto significa que la mayoría de los niveles de reconstrucción se den en la vecindad de

𝑵 = 𝟐𝒎

Fig.5 Representación digital de las diferentes etapas de una transmisión PCM

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¿Cuántos valores de amplitudes pueden ser codificadas con 8 bits? Con 8 bits, se pueden codificar 28 = 256 niveles. Si las magnitudes de los intervalos de cuantizacion son de aproximadamente 80mv. Entonces el rango aproximado de modulación para una lineal cuantizacion es de 80x256=20480 ¿Son los procesos de cuantizacion y muestreo reversibles? Ambos procesos son perfectamente reversibles, es decir, su reconstrucción es exacta y no aproximada. Si se desea reducir la resolución del modulador PCM de 8 a 5 bits, que bits se deberían deshabilitar. Lo más apropiado seria deshabilitar los 3 bits más significativos, para que se pueda mantener de esta forma una lineal cuantizacion. 3 BIBLIOGRAFIA [1] SISTEMAS DE COMUNICACIONES DIGITALES Y ANALOGICOS – LEON W COUCH

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