Sistemas de Comunicación Digital. Teoría de la Comunicación (I.T.T. ST)

Sistemas de Comunicación Digital

Teoría de la Comunicación

(I.T.T. ST)

Introducción

• Se entiende por comunicación al proceso por el cual se transfiere información desde un punto llamado fuente a otro punto llamado destino.

• Dependiendo del tipo de información que se desea transmitir, los sistemas de comunicación se pueden dividir en:

– Sistemas de comunicación analógica.

– Sistemas de comunicación digital.

• En los sistemas de comunicación analógica se transmiten mensajes que pertenecen a un conjunto infinito y continuo de valores, lo cual hace que estos sean muy sensibles a cualquier perturbación que se superponga a ellos.

• En los sistemas de comunicación digital los mensajes pertenecen a un conjunto finito y discreto de valores, siendo menos sensibles a los ruidos que se superpongan a ellos durante la transmisión.

• Una de las diferencias entre un sistema de comunicación analógico y un sistema de

comunicación digital la marca el tipo de receptor utilizado en cada caso, en los sistemas de

comunicación analógica el receptor reproduce la señal que se está recibiendo, en los sistemas de

comunicación digital el receptor debe elegir entre un conjunto finito de símbolos.

Introducción

• La medida de calidad de un sistema de comunicación digital va ligada al número de decisiones erróneas que se pueden tomar, es decir la probabilidad de error (Pe).

• En los sistemas de transmisión analógica los repetidores amplifican y retransmiten tanto la señal recibida como el ruido, por lo tanto el ruido va a ser acumulativo.

• En los sistemas de comunicación digital cada repetidor reconstruye la señal original, retransmitiéndose libre de ruido.

• La evolución de los sistemas de comunicación digital viene marcada por la evolución de las tecnologías en el campo de las telecomunicaciones, lo cual permite una serie de ventajas respecto a los sistemas de comunicación analógica.

Muestreador Filtro

amplificado

Sincronizador de bit Señal distorsionada

Comparador

t Señal regenerada

t Reloj

V

Introducción

Ventajas de los sistemas de comunicación digital.

a. Simplicidad de diseño de los circuitos digitales y facilidad con que se pueden aplicar las técnicas de circuitos integrados a los sistemas digitales.

b. Posibilidad de preservar la intimidad con el uso de una codificación criptográfica.

c. Posibilidad de mezclar y transmitir señales procedentes de diversos servicios.

d. Posibilidad de regeneración de la señal transmitida.

e. Facilidad de multiplexación.

f. Mejor respuesta ante relaciones señal-ruido bajas.

g. Casi todas las señales analógicas pueden convertirse a señales digitales.

h. Debido a la alta inmunidad al ruido, es prácticamente independiente la calidad de la transmisión con la longitud del enlace.

i. Posibilidad de hacer coexistir, en la misma antena, portadoras de microondas para transmisión

analógica (múltiplex por división en la frecuencia) y para transmisión digital (PCM)

Introducción

Inconvenientes de los sistemas de comunicación digital.

a. Los sistemas de comunicación digital precisan de un canal de transmisión de mayor ancho de banda que el analógico, para transmitir la misma información.

b. La detección de señales digitales requiere un sistema de sincronización cuando al receptor le llega un flujo de dígitos. Se deben tomar, principalmente, dos decisiones:

ƒ Instante óptimo de muestreo de cada dígito a fin de reconocerlo correctamente.

ƒ Identificar el comienzo de cada una de las tramas a fin de separar y distribuir la información.

c. Necesidad de conversión A/D y D/A en los casos de transmitir información analógica.

d. Incompatibilidad con la red analógica existente.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal

de

transmisión

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Transmisor

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital

Sincronismo

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital

Sincronismo

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital

Sincronismo

Receptor

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital

Sincronismo

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital Fuente de información

digital

Fuente de información digital

• La fuente de información digital es la encargada de convertir el mensaje que se desea transmitir en una señal eléctrica adecuada al tipo de sistema que se va a utilizar.

• Por tratarse de un sistema de comunicación digital, la fuente debe generar una señal de tipo digital.

• En el caso de que la señal eléctrica sea de tipo analógico, será necesario

utilizar un conversor A/D que convierta dicha señal analógica en señal

digital.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente Codificador

de

fuente

Codificador de fuente

• El codificador de fuente tiene la función de eliminar parte de la redundancia ofrecida por la fuente, ofreciendo a la vez una compresión en el código.

• En la transmisión de señales vocales la información que genera la fuente es muy redundante ya que en su mayor parte la señal se compone de niveles bajos de tensión, dándose en escasas ocasiones los niveles altos.

• La mejora que introduce un cuantificador no uniforme está relacionado con

la curva de compresión utilizada, dependiendo esta, de las características

de la señal que se desea transmitir.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Encriptador

Encriptador

• En los sistemas de comunicación actual surge la necesidad de proporcionar confidencialidad a las comunicaciones, para ello se utiliza este bloque.

• Con el cifrado o la criptología se modifica la señal correspondiente a la información de forma que solamente el destinatario autorizado pueda descifrarla.

• El proceso de cifrado debe de ser un proceso económico tanto para la

fuente como para el destinatario, pero al mismo tiempo debe ser

difícilmente descifrable para cualquier intruso.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal Codificador

de

canal

Codificador de canal

• Se encarga de adecuar la señal que se desea transmitir a las condiciones que se van a dar en el canal de transmisión.

• Debido al ruido que se añade a la señal, la información recibida en el destino será diferente a la entregada por la fuente, es decir habrá un porcentaje de bits recibidos erróneamente (BER: Bit Error Rate).

• El codificador añade redundancia a la señal con la intención de poder detectar y corregir los posibles errores de la transmisión.

• Podría parecer paradójico el hecho de que en el codificador de fuente se intente

eliminar la redundancia y sin embargo en el codificador de canal se añada

redundancia, esto es debido a que la redundancia generada por la fuente de

información no aporta nada a la transmisión sin embargo la redundancia añadida por

el codificador de canal sirve para mejorar la transmisión.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Multiplexador

Multiplexador

• La multiplexación permite compartir los recursos de un sistema de comunicación, por varias señales diferentes.

• Dentro de los multiplexores se encuentra el MDF (múltiplex por división de frecuencia) y el MDT (múltiplex por división en el tiempo), en este caso se utiliza la M.D.T..

• El mayor problema con el que se puede encontrar el múltiplex por división en el

tiempo es que el receptor debe ser capaz de saber a que señal pertenece cada una

de las muestras que están llegando, esto implica que el emisor y el receptor han de

estar perfectamente sincronizados.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Acceso múltiple

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Modulador

Modulador

• El modulador realiza la operación de la modulación, que es el proceso por el cual se modifica alguna de las características de la portadora mediante la señal moduladora.

• Los parámetros de la portadora susceptibles de ser modificados son la amplitud, la frecuencia y la fase, así, se obtienen modulaciones digitales como:

ƒ ASK

ƒ FSK

ƒ PSK

ƒ M-QAM

ƒ DPSK

ƒ Y muchas otras.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Filtro transmisor

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Acceso

múltiple

Acceso múltiple

• Este bloque permite compartir el canal de transmisión por diferentes señales al igual que ocurría en el bloque de multiplexado.

• La diferencia entre el bloque de multiplexado y el de acceso múltiple radica en que mientras en el bloque de multiplexado las señales que llegan son en banda base, en el bloque de acceso múltiple se trabaja con señales moduladas.

• Hay varios métodos de acceso múltiple, algunos de ellos son:

ƒ Acceso múltiple por división en frecuencia (AMDF).

ƒ Acceso múltiple por división en el tiempo (AMDT).

ƒ Acceso múltiple por división en el código (AMDC), (códigos ortogonales).

ƒ Acceso múltiple por división en el espacio (AMDE).

ƒ Acceso múltiple por división en la polarización(AMDP).

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple

Filtro receptor Sincronismo

Canal de transmisión Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor Filtro

transmisor

Filtro transmisor

• Este bloque actúa a modo de filtro, limitando la señal modulada en función del ancho de banda establecido por el canal de transmisión, así mismo adecuará la potencia de transmisión de la señal modulada.

• Este filtro va a permitir controlar la interferencia entre símbolos (I.E.S. ó

I.S.I.), tal como se estudiar en posteriores temas.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple Sincronismo

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor

Canal

de

transmisión

Canal de transmisión

• El canal de transmisión va a ser el medio que va a utilizar la señal modulada para ser transmitida.

• El canal de transmisión puede ser analógico o digital. La diferencia entre un canal analógico y uno digital radica en que el digital incluye repetidores regenerativos y viene definido mas que por el ancho de banda, por el régimen binario.

• El canal contribuye en gran parte a los errores de transmisión. Las dos causas principales de naturaleza física que contribuyen a los errores en la transmisión son la atenuación que condiciona la potencia recibida y la limitación de ancho de banda.

• Puesto que las dos limitaciones no tienen el mismo orden de importancia, cabe destacar dos tipos de canales:

ƒ Canales limitados en potencia: Son canales en los cuales es difícil aumentar la potencia de transmisión, la solución pasaría por reducir la distancia entre emisor y receptor o mejorar las antenas. En este tipo de canales existen dos formas básicas de reducir la probabilidad de error.

ƒ La primera consiste en disminuir la velocidad de transmisión de la información con el fin de aumentar el tiempo de toma de decisión.

ƒ La segunda posibilidad consiste en utilizar códigos o formas de ondas especiales que reduzcan la probabilidad de error, aunque esto exige un aumento del ancho de banda.

ƒ Canales limitados en ancho de banda: En estos canales hay una restricción en el ancho

de banda disponible, sin embargo, dentro de estos límites se admiten niveles de potencia

relativamente altos, lo cual permite una mejora en la probabilidad de error.

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Acceso

múltiple Sincronismo

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor

Filtro

receptor

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador Demodulador Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple

Acceso

múltiple

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Demultiplexador

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demodulador

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Decodificador de canal

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Demultiplexador

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Desncriptador

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Decodificador

de

canal

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Decodificador de fuente

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Desncriptador

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Destino de información

digital

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Decodificador

de

fuente

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Sincronismo Fuente de

información digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital Destino de información

digital

Diagrama de bloques de un S. C. D.

Fuente de información

digital

Codificador de fuente

Encriptador

Codificador de canal

Multiplexador Modulador Acceso

múltiple

Filtro transmisor

Canal de transmisión

Filtro receptor Acceso

múltiple Demodulador

Demultiplexador Decodificador

de canal Desncriptador

Decodificador de fuente Destino de

información digital

Sincronismo

Sincronismo

Sincronización

• Las señales de sincronización, en un sistema de comunicación digital, van a ser muy importantes a la hora de permitir recuperar correctamente la información transmitida de ahí la importancia que tiene el poder obtener dichas señales.

• Para poder recuperar la información transmitida a través de un sistema de comunicación digital se precisa conocer la señal de sincronismo de bit, señal de sincronismo de trama y señal de sincronismo de portadora.

ƒ Señal de sincronismo de bit: permite distinguir el intervalo correspondiente a cada uno de los bits transmitidos.

ƒ Señal de sincronismo de trama: permite separar los distintos grupos de bits de una transmisión múltiplex de forma que los bits recibidos se puedan clasificar y dirigir al canal de salida apropiado.

ƒ Señal de sincronismo de portadora: permite recuperar la frecuencia y la fase de la portadora utilizada en la señal paso-banda de transmisión, para la detección coherente de la señal.

• Los sistemas de comunicación digital están diseñados de tal forma que las señales de

sincronismo se pueden recuperar bien a través de la señal recibida o bien a través de la

información recibida de un canal dedicado exclusivamente a transmitir la información de

sincronismo.