APUNTES CHOLICO

Universidad de Guadalajara Teleinformática

Ing. Carlos Vázquez Cholico Pág. 10

MODULACION DELTA La Modulación Delta es también un convertidor A/D en la cual las muestras de la

señal analógica se comparan con una sucesión de incrementos (δ) y van codificándose con un solo bit, siendo “1” si la amplitud de la muestra es mayor que la muestra anterior o “0” si, al contrario, la amplitud es menor. Esta técnica requiere frecuencias de muestreo superiores al cálculo de Nyquist y su velocidad de transmisión es igual a la velocidad de muestreo.

Fig. 3.13 PCM, Muestreo logarítmico

tiempo

01111111

01110000

01100000

00000000

11100000

11110000

11111111

Fig. 3.14 Modulación Delta



La Modulación Delta genera una escalera de incrementos δ con la cual se obtienen los valores digitales, sin embargo las muestras y las δ no siempre coinciden con la curva, por lo cual se presentan dos errores particulares en esta técnica: a) Distorsión por sobrecarga. Es un error de cuantificación que sucede cuando la pendiente de la curva es más que el mismo incremento de la δ. b) Ruido granular. Es otro tipo de error de cuantificación que sucede cuando el escalón δ es demasiado grande frente a la pendiente de la muestra.

2. La Codificación de señales digitales

La codificación digital, también llamada codificación de línea, se utiliza como adecuación previa de las señales digitales (por ejemplo, las generadas por computadoras, sistemas de monitoreo, telefonía digital, etcétera) antes de ser transmitidas por algún medio.

Los sistemas digitales generan portadoras binarias con los niveles de voltaje

típicos de sus circuitos integrados, estos voltajes son pequeños y con poco umbral entre sí; señales con estas características no son útiles en telecomunicaciones, pero la codificación proporciona mayor apertura en el umbral y otras características que le facilitan ser transmitidas.

En transmisiones digitales es normal que una misma portadora sea codificada en

uno o dos códigos e incluso que se multiplexe antes de ser transmitida. Existen muchas técnicas para codificar señales digitales que a su vez tienen variantes en cuanto a la polaridad y niveles de voltaje; Nosotros clasificaremos esas técnicas o códigos de las siguientes formas3

3 Es importante hacer notar que no existe una clasificación estándar reconocida, que organice y

defina todos los diferentes métodos de codificación existentes, incluyendo los que son normas y los que no. Por esa razón existen muchas divergencias entre los diferentes autores al momento de definir y clasificar estos métodos.

:

Fig. 3.15 Errores de Cuantificación de la Modulación Delta



Por su polaridad: Se refiere al uso de polos en su trazo y son de dos tipos: Codificaciones polares son aquellas que utilizan ambos polos, o sea que grafican

su señal con voltajes negativos y positivos Codificaciones unipolares solo emplean voltajes de una misma polaridad

pudiendo incluso utilizar el nivel de cero voltios. Por sus cambios de nivel: Definen el comportamiento de la portadora mientras dura

el ciclo de reloj, son de dos tipos: Codificaciones sin retorno a cero (NRZ) mantienen fijo su nivel de voltaje al valor

correspondiente durante todo el ciclo de reloj, efectuando los cambios al inicio de un nuevo ciclo de reloj. Ejemplos: NRZ_L (level), con niveles asignados a "1" y a "0". NRZ_M (mark), con cambios solo para “1”. NRZ_S (space), con cambios solo para “0”.

Codificaciones con retorno a cero voltios, también llamadas bifásicas, hacen un cambio de estado junto con el pulso de reloj ya que cada elemento de señalización cambia simultáneamente con el pulso de reloj; estas técnicas tienen la gran ventaja de facilitar la sincronización. Ejemplos: Bifase_L (Mánchester), con niveles asignados a "1" y a "0". Bifase_M, con cambios solo para “1”. Bifase_S, con cambios solo para “0”.

Por número de niveles empleados: Están determinados por el número de bits

codificados en cada elemento de señalización, se pueden agrupar en dos tipos: Codificaciones binarias solo utilizan dos voltajes o niveles diferentes, uno para

cada valor digital (“1” ó “0”). Codificaciones multinivel utilizan más de dos niveles de voltaje y cada elemento

de señalización representa dos o más bits de la portadora.

Por código de correspondencia: También llamados códigos de bloque, en este tipo de códigos, existe un conjunto de combinaciones predefinidas donde las cadenas binarias que van a ser transmitidas se separan en palabras de 4, 6, 8 o mas bits y por cada una de estas palabras se transmite la palabra correspondiente según el código de que se trate. Las técnicas de codificación que estudiaremos son RZ, NRZ-L, NRZI, PE, AMI,

B8ZS, 2B1Q, 4B5B y 8B6T; sin embargo hay otros códigos no menos importantes que dejamos fuera de nuestro programa de estudio tales como NRZ-M, NRZ-S, CMI, Manchester Diferencial, HD3B, MLT-3, 4B3T, 8B10B y 8B12B entre otros.



a) NRZ-L NIVEL SIN RETORNO A CERO, (Nonreturn-to-zero Level).- También llamado simplemente código NRZ, es el más antiguo y simple de los códigos de línea. Se utiliza en comunicaciones RS-232 e internamente en algunos equipos.

Es un código que no tiene retorno a cero y utiliza dos niveles de voltaje en forma polar (un voltaje positivo y otro negativo).

Valor lógico “0” representado por V1 voltios. Valor lógico “1” representado por V2 voltios. Estos voltajes V1 y V2 son en corriente directa y no tienen un valor estándar

definido, de tal forma que puede haber variedad en cuando a los niveles de voltaje en los equipos; pero siempre se utiliza un voltaje negativo para V1 y otro positivo para V2. Durante cada pulso de reloj, el NRZ-L mantiene el voltaje fijo en el nivel respectivo, sin regresar a cero, de ahí su nombre.

b) RZ CODIFICACIÓN CON RETORNO A CERO, (Return-to-zero).- Ésta es una variante del anterior la cual se utiliza el nivel de cero voltios en su umbral, es unipolar con dos niveles.

Valor lógico “0” representado por V1 = 0 voltios. Valor lógico “1” representado por V2 = +Vcd durante la primer mitad del bit y 0

voltios durante la segunda mitad.

Fig. 3.17 Codificación RZ

tiempo

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

señal RZ

reloj

datos

Fig. 3.16 Codificación NRZ-L

tiempo

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

señal NRZ-L

reloj

datos



c) NRZI SIN RETORNO A CERO CON INVERSIÓN DE UNOS, (Nonreturn-to-zero Inverted).- Es polar con dos niveles, básicamente detecta los niveles de los “1’s” con un cambio de estado como sigue.

El valor lógico “0” representado por V1 voltios. El valor lógico “1” puede ser representado por un voltaje de V1 ó V2 según el

voltaje previo, si el voltaje anterior era V1 entonces el “1” será V2, en cambio si el voltaje previo era V2 entonces el “1” será V1.

El NRZI tiene la ventaja de no ser polarizado4

, ello debido a que resuelve los niveles en forma diferencial. Al igual que los anteriores, en este método los valores de los voltajes V1 y V2 pueden ser asignados en forma discrecional.

d) PE CODIFICACIÓN POR FASE (Phase Encode).- Es más conocido con el nombre de CÓDIGO MANCHESTER ó codificación bifase, se utiliza en las redes Ethernet 10BASE5, 10BASE2 y 10BASE-T.

Puede ser polar ó unipolar, tiene dos niveles, es bifásico aunque no necesariamente con retorno a cero. Funciona con cambios de estado a la mitad de cada pulso de reloj de la siguiente forma:

Para un valor lógico “0” cambia del nivel alto (V2) al nivel bajo (V1). Para un valor lógico “1” cambia del nivel bajo (V1) al nivel alto (V2). 4 Aquí el término “polarizado” no hace referencia a que sea polar ó unipolar.

tiempo

Fig. 3.18 Codificación NRZI

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

señal señal

reloj

datos

Fig. 3.19 Codificación Manchester

tiempo

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

señal PE

reloj

datos



e) AMI CODIFICACIÓN CON INVERSIÓN ALTERNADA de unos (Alternate Mark Inverstion).- El código AMI se utilizo inicialmente en las primeras aplicaciones de PCM (enlaces E1 y T1), pero pronto se reemplazo debido a los problemas que se presentan al transmitir varios “ceros” consecutivos; se desarrollaron entonces técnicas para compensar esto, dando origen a diversas variantes del código. Actualmente solo se utiliza en Europa para equipos digitales de voz que no transporten datos.

Es un código polar que invierte los valores para el “1” como lo hace NRZI, pero a diferencia de aquel, utiliza tres niveles de voltaje ( –V1, 0 volts y +V2):

El valor lógico “0” siempre es representado por 0 voltios. El valor lógico “1” es representado alternadamente por un voltaje de -V1 ó +V2

según el valor previo, si el anterior era -V1 entonces siguiente “1” será +V2, en cambio si el “1” previo fue +V2 entonces el “1” será -V1.

A pesar de que el código AMI utiliza tres niveles de voltaje no se considera un

código multinivel ya que solo codifica un bit por nivel5

5 El autor del libro COMUNICACIONES Y REDES DE COMPUTADORES, Williams Stallings

clasifica como multinivel a todos los códigos que presentan más de dos niveles en sus valores, sin embargo para otros autores no es así. Stallings considera, pues, que el código AMI y algunos otros (como el Pseudoternario) son multinivel,

.

f) B8ZS BIPOLAR CON SUBSTITUCIÓN DE OCHO CEROS, (Bipolar with 8 Zeros Subtitution).- Este código es una evolución del AMI que impide se pierda la sincronía cuando se transmiten cadenas con muchos “0” continuos.

El B8ZS es un código polar con tres niveles que invierte los valores para el “1” como el AMI, pero cuando se presenta una cadena con mas de siete ceros la reemplaza por bloques de ocho bits de la siguiente conformación: 000VB0VB, donde la V es un “1” que viola la cadencia de alternancia, mientras que B es un “1” respetando la cadencia.

El valor lógico “0” siempre es representado por 0 voltios. El valor lógico “1” es representado alternadamente por un voltaje de -V1 ó +V2

según el valor previo, si el anterior era -V1 entonces siguiente “1” será +V2, en cambio si el “1” previo fue +V2 entonces el “1” será -V1.

Si se presentan ocho bits “0’s” se reemplazan por el bloque 8ZS.

tiempo

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

Fig. 3.20 Codificación AMI

señal AMI

reloj

datos



Este código es utilizado por las compañías telefónicas en Estados Unidos y

Canadá en líneas T1 de servicios digitales; en México y en Europa se usa otro código equivalente para el mismo propósito, el HD3B en las líneas E1. g) 4B5B 4 BIT 5 BIT.- Es un código por correspondencia donde los datos binarios son separados en nibbles (de 4 bits) que son sustituidos por otros patrones correspondientes de 5 bits (5B). FastEthernet 100BASE-TX utiliza 4B5B precedido de MLT-3 mientras que 100BASE-FX lo hace antes de NRZI. Cada patrón 4B5B está formado por cinco bits y considerando que con cinco bit se obtienen hasta 32 combinaciones (25 = 32) y que solo se necesitan 16 (24 = 16) para representar todos los nibbles, se escogieron únicamente aquellas combinaciones de unos y ceros más adecuadas, desechándose las que dificultan la sincronización, contándose además con patrones de control.

Tabla 3.3 Código 4B5B BINARIO 4B5B

0000 11110 0001 01001 0010 10100 0011 10101 0100 01010 0101 01011 0110 01110 0111 01111 1000 10010 1001 10011 1010 10110 1011 10111 1100 11010 1101 11011 1110 11100 1111 11101

Tabla 3.4 Código 8B6T

BINARIO 8B6T

0000 0000 +-00+-

0000 0001 0+-+-0

…. …. ……

.... .... ......

0000 1110 -+0-0+

…. …. ……

.... .... ......

1111 1110 -+0+00

1111 1111 +0-+00

Fig. 3.21 Codificación B8ZS

tiempo

1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0

señal B8ZS

reloj

datos



h) 2B1Q CODIFICACIÓN DE 2 BITS EN 1 NIVEL CUATERNARIO (2-Bits-on-1-level-Quaternary).- Este es un estándar de la ANSI (1988) utilizado en transmisiones de ISDN (Integrated Services Digital Network) y algunos tipos de xDSL (Digital Subscriber Line).

Es un método de codificación multinivel, con dos bits por elemento de señalización, estos dos bits son representados en cuatro niveles de voltaje diferentes llamados quats. Es una técnica polar con los siguientes valores definidos para cada uno de los quats:

Para el valor binario 00 el nivel eléctrico es de –3Vdc. Para el valor binario 01 el nivel eléctrico es de –1Vdc. Para el valor binario 10 el nivel eléctrico es de +3Vdc. Para el valor binario 11 el nivel eléctrico es de +1Vdc.

i) 8B6T 8 BIT 6 TERNARIO.- Es un código por correspondencia donde la cadena de unos y ceros es separada en patrones preestablecidos de 8 bits (8B) los cuales antes de ser transmitidos son reemplazados por otros patrones específicos (6T); 8B6T fue diseñado para 100BASE-T4 que es una variante de FastEthernet.

Cada patrón 6T está formado por seis bits en tres niveles, voltaje negativo, cero voltios y voltaje positivo (-V, 0 y +V); puesto que con seis bit en tres niveles se obtienen hasta 729 combinaciones (36 = 729) y que solo se necesitan 256 para las posibles combinaciones los ocho bits (8B) por transmitir (28 = 256), se eligen las combinaciones más adecuadas para representar los patrones 6T que correspondan a los datos (8B) y palabras de control.

1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0

Fig. 3.22 Codificación 2B1Q

tiempo

señal 2B1Q

reloj

datos

Fig. 3.23 Codificación 8B6T

reloj

datos

señal 8B6T

0 0 0 1 1 1 00

-V +V 0 -V 0 +V

1 1 1 1 1 1 01

-V +V 0 +V 0 0

0 00

+V -VCodigo 8B6T



3.4. Multicanalización En comunicaciones LAN el costo por el uso del canal no se considera asunto

importante, puesto que las distancias son cortas el usuario suele ser el propietario de los cables y equipos, sin embargo cuando las distancias son mayores, de más de algunas decenas de kilómetros, ya no es costeable para el usuario instalar sus propios canales y por ello existen los carriers. Las compañías carrier proporcionan servicios de conexión a otras empresas, cobrándoles renta en razón de la distancia de cobertura y ancho de banda contratado.

Suele suceder a menudo que las estaciones que se comunican no utilizan al

100% la capacidad del canal rentado; ya que la comunicación entre ordenadores es discontinua, realizándose con ráfagas de tráfico esporádicamente, separadas por intervalos de silencio; muchas de las aplicaciones cuentan con terminales remotas que acceden a un ordenador central a través de líneas de larga distancia; el tráfico que genera un terminal es típicamente bajo debido a que su operador humano no es capaz de teclear por encima de una cierta velocidad.

Las técnicas de multiplexación ó multicanalización son utilizadas para sacar el

máximo provecho de aquellas líneas de conexión cuyo tiempo representa un costo; básicamente, consisten en compartir un mismo medio de transmisión entre varias comunicaciones, con lo que se divide el costo correspondiente a cada comunicación.

La multiplexación es realizada por unos aparatos llamados multiplexores

(MUX’s), los cuales tienen n número de entradas que aceptan conectar igual número de canales, donde cada canal lleva una señal diferente y a la salida del multiplexor las n señales pueden viajar por un mismo medio, obviamente en el otro extremo se requiere un equipo contraparte que se encargue de reconstituir las n señales originales. Generalmente un solo dispositivo realiza las dos funciones, multiplexa y demultiplexa. La Multiplexión se hace de tres métodos diferentes:

a) Multiplexación por división de la frecuencia (FDM).- En la multiplexación por

división de la frecuencia se divide el ancho de banda del medio entre las señales a multiplexar, a cada señal le corresponde un canal modulado en banda ancha y cada canal puede transmitir simultáneamente.

En este tipo de multiplexación, el ancho de banda del medio de transmisión debe exceder a la suma de los anchos de banda de las señales que se transmiten, puesto que es necesario dejar bandas de seguridad entre las frecuencias asignadas a los diversos canales. Las señales transmitidas a través del medio deben ser señales analógicas.

Fig. 3.24 Equipo multiplexor.



Fig. 3.26 Uso de prismas para demultiplexar una señal DWM

b) Multiplexación por división del tiempo (TDM).- En este caso el multiplexor realiza una segmentación de cada una de las señales, haciendo envíos ordenados de los trozos de cada señal en banda base. Se asigna a las diferentes estaciones un turno de transmisión rotativo, durante un quantum de tiempo transmite una estación, luego la siguiente, etcétera. Cada señal utiliza el medio alternativamente, no de forma simultánea.

c) Multiplexación estadística por división del tiempo (StatTDM).- Es parecida a la anterior, pero en este método se optimiza el canal, dando mayor tiempo de envío a las señales más demandantes. En este caso el multiplexor no asigna el turno de transmisión de una manera secuencial, sino que obtiene información estadística del uso de cada canal y asigna el turno mediante un algoritmo que intenta maximizar la utilización del medio de transmisión.

d) Multiplexación por División de Longitud de Onda (WDM).- La WDM

(Wavelength Division Multiplexing) son la técnicas de multicanalización más modernas ya que su estándar se publicó a principios de este siglo, su funcionamiento es similar a la FDM, pero en lugar de señales eléctricas utiliza señales luminosas que son conducidas por fibra óptica en lugar de cable ó aire; en este caso el multiplexor transmite varios canales de información en un solo haz de luz por el que cada canal viaja en un tono de luz distinto (λ). Para poder combinar y separar las variadas longitudes de onda se utilizan prismas y rejillas de difracción.

La ITU reconoce cuatro tipos de WDM en su estándar ITU-G.694.1 emitido en 20026

6 La norma solo recomienda lineamientos generales, por lo que las características técnicas de

cada aplicación práctica dependerán de la marca y modelo de los equipos activos utilizados.

tres clasificados como DWDM y otro como CWDM.

Fig. 3.25 Multiplexión TDM de cuatro canales.

Canal 1 Canal 2

Canal 3 Canal 4

mux DEmux



La multiplexación por división de longitud de onda densa DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) utiliza muy poca separación entre una λ y otra, lo que implica el uso de transmisores laser muy preciso posibles traslapes entre los canales próximos. Existen tres versiones comerciales de DWDM diferenciadas entre sí por el alcance del enlace, el número de canales y la capacidad cada canal, propiedades que dependen de las combinaciones resultantes entre los tipos de fibra óptica y láseres empleados en cada caso, de los cuales estos últimos deben ser emisores laser estabilizados, capaces de emitir siempre en una misma longitud de onda y prácticamente sin ninguna desviación de tono: a) La DWDM para cobertura metropolitana tiene espaciamientos entre canales

de 0.8 ηm a 1.6 ηm, maneja 32/16 canales y cada canal tiene la capacidad de transmitir hasta 2.5 Gigabits por segundo; alcanza a cubrir distancias de hasta 200 kilómetros y se utiliza para anillos intermetropolitanos.

b) La DWDM para larga distancia tiene espaciamientos entre canales de 0.8 ηm, maneja 80/40 canales y cada canal tiene la capacidad de transmitir hasta 10 Gigabits por segundo; alcanza a cubrir distancias de hasta 600 kilómetros y se utiliza para conexiones internacionales.

c) La DWDM para ultra larga distancia tiene espaciamientos entre canales de 0.4 ηm, maneja 160/80 canales y cada canal tiene la capacidad de transmitir hasta 40 Gigabits por segundo; alcanza a cubrir distancias de hasta 5,000 kilómetros y se utiliza para conexiones intercontinentales y transcontinentales.

La desventaja de DWDM es que cada uno de los canales debe ser tratado individualmente en cada punto de repetición. La CWDM multiplexación por división aproximada de longitud de onda (Coarse Wavelength Division Multiplexing) distribuye los canales con un mayor espaciamiento entre ellos, 20 ηm entre cada canal, lo que significa equipos menos precisos que no requieren laser refrigerados y por lo tanto mucho mas económicos; su alcance es de hasta 80 km y se utilizan principalmente en anillos metropolitanos para una diversidad de clientes, servicios y protocolos de dos posibles maneras:

a) Con 8 canales y velocidades de transmisión desde 1.0 a 3.125 Gbps por canal, ó

b) Con 16 canales y velocidades desde 1.0 a 2.5 Gbps por canal.

Fig. 3.27 Acoplador óptico WDM de 1 a 2 canales.



Bibliografía del Modulo Tres. Titulo: Comunicaciones y Redes de Computadores. 5ta Edición. Autor: William Stallings. Editorial: Ed. Prentice Hall, España 1997. ISBN: 84-89660-01-8 Titulo: Voice Fundamentals. Autor: Northern Telecom Limited Editor: Northern Telecom Limited. Canada 1999. Titulo: Telecommunications Engineer’s Reference Book. 2nd Edition. Autor: FRAIDOOM MAZDA Editorial: Focal Press; U.S.A. Titulo: Teleinformática para Ingenieros en Sistemas de Información. Vol. 1. 2da Edición. Autor: Lechtaler, C. & Fusario, J. Editorial: Reverté, S.A., España 2001. Titulo: Telecommunications Primer: Data, Voice and Video Communications. 2nd Edition. Autor: Carne, E. Bryan. Editorial: Prentice Hall; U.S.A. 2001.

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