TEMA III MODULACION POR CODIFICACI

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TEMA IIIMODULACION POR CODIFICACIÓN DE PULSOS
(PCM)(Parte II)
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica
Vigencia Abril 2008 Ch. González/H. Romero
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Indice

1. Modulación por Codificación de Pulso PCM
2. Cuantización y Ruido de Cuantización
3. Ventajas de la PCM
4. Circuitos Prácticos y Generación de PCM
5. Descodificación sub-óptima
6. Ancho de banda de PCM
7. Efectos del ruido en PCM
8. Proceso de Cuantización no uniforme

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Modulación por Codificación de Pulso PCM.

• Este tema está dedicado a explicar como es la
  fundamentación teórica y operativa de convertir
  una señal analógica en digital.
• Este proceso se conoce con el nombre de
  digitalización en forma general y en el ambiente
  de las comunicaciones, se conoce como Modulación
  por Codificación de Pulso, PCM.

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Modulación por Codificación de Pulso PCM.

• En este tipo de modulación no solo se cuantifica
  la señal, sino que se usa un código para designar
  cada nivel en cada tiempo de muestreo, por lo
  cual recibe el nombre de Modulación de Código de
  Pulsos y se denota como PCM (Pulse Code
  Modulation).

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Proceso de Cuantización y Codificación

• Si se hace corresponder un dígito a cada nivel de
  manera que exista correspondencia uno a uno entre
  los niveles y el conjunto de los enteros reales,
  se puede construir una tabla de valores para
  representar binariamente cada valor de la señal
  en cada uno de los intervalos de muestreo.
• De esta manera se logra digitalizar una señal
  contínua.

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La Cuantización

• La señal original se compone de un grupo de
  valores contínuos en el tiempo, para
  discretizarla se divide en un grupo finito de
  magnitudes discretas entre un limite superior y
  un limite inferior.
• Una señal cuantizada es una aproximación de la
  señal analógica.

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El Ruido de Cuantización

• Las diferencias entre los niveles de las señales
  analógicas y cuantizada conducen a una
  incertidumbre que se conoce como ruido de
  cuantización.
• El ruido de cuantización solo puede reducirse
  utilizando un número mayor de niveles, sin
  embargo al aumentar el número de niveles se
  requiere también un mayor ancho de banda mayor.

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Proceso de Digitalización

• Formas de Ondas
• en un
• Sistema PCM

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Ventajas de los sistemas PCM

• En comunicaciones a largas distancias, las
  señales PCM pueden regenerarse por completo 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 solo hay que preocuparse
  por el ruido de la transmisión entre repetidoras
  adyacentes.
•  

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Ventajas de los sistemas PCM

1. Los circuitos para la modulación y demodulación
   son todos digitales, alcanzando por ello gran
   confiabilidad y estabilidad, y se adaptan con
   rapidez al diseño lógico de circuitos integrados.
2. Las señales pueden almacenarse y ponerse a escala
   en el tiempo de manera eficiente.

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Ventajas de los sistemas PCM

• Puede usarse un código eficiente para reducir la
  repetición innecesaria de información binaria (la
  redundancia en los mensajes).
• Una codificación adecuada puede reducir los
  efectos del ruido y la interferencia.

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Porque Usar PCM ?

• La gran DESVENTAJA de PCM es su gran ancho de
  banda en comparación con el ancho de banda que
  requiere la señal analógica original, sin embargo
  con las ventajas tan potentes que posee, con
  mucha frecuencia se recurre a la PCM para ser
  utilizados en los sistemas de comunicaciones.

Ruido y Errores
Ancho de Banda
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Generación de PCM

• Diagrama de bloques de un generador de PCM
• utilizando el codificador de rampa

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Decodificador de PCM Sub-óptimo

• Diagrama de bloques de un receptor de PCM

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Ancho de Banda de PCM

• Cada nivel de PAM puede ser representado por un
  código de n bits, dando como resultado M niveles
  diferentes, con M2n según el teorema de
  muestreo y se pueden representar cada Ts.
• La frecuencia de muestreo denotada como fs se
  determina como

La tasa de bits se puede determinar como
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Ancho de Banda de PCM

• Para condiciones de transmisión sin aliasing,
  , el ancho de banda se puede
  estimar por

Finalmente
El ancho de Banda es directamente proporcional al
número de bits
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Efectos del Ruido en PCM

• A la salida de un sistema PCM la señal está
  corrompida por el ruido. Las causas pueden ser
• Ruido de cuantización provocado por el
  cuantizador de M escalones en el transmisor PCM.
• Errores de bits de la señal PCM recuperada. Los
  errores de bits son provocados por ruido en el
  canal, lo mismo que por una filtración
  inapropiada en el mismo, lo cual provoca
  interferencia intersimbolos.

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La Potencia de Ruido Total Promedio en PCM

• La potencia de ruido total promedio se puede
  estimar como

La potencia promedio de la señal con respecto a
la potencia del ruido promedio es
M es el número de niveles de cuantización y Pe la
probabilidad de error
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Proceso de Cuantización No Uniforme

• Existen dos métodos de cuantización no uniformes
  que son ampliamente utilizados
• En América denominada Ley ?
• En Europa denominada Ley A

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Proceso de cuantización no uniforme Ley ?

• La ley ? se puede determinar por la ecuación

donde los valores máximos permitidos para w1(t)
son ? 1, ? es un parámetro constante positivo y
ln es el logaritmo natural.
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Proceso de cuantización no uniforme Ley ?

• Característica
• Grafica
• de la Ley ?

La curva aparece comprimida para pequeños valores
de voltajes de entrada.
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Proceso de cuantización no uniforme Ley ?

• Característica
• Grafica
• de la Ley ?

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Proceso de cuantización no uniforme Ley A

• La ley A, se define como

A es una constante positiva, comúnmente toma
valores de A 87,6
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Proceso de cuantización no uniforme

• Característica
• Grafica
• de la Ley A

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Comparación de ambas gráficas
Compare ambas gráficas y establezca sus
conclusiones. Porque existen las dos técnicas
en vez de una?
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Proceso de RecepciónCaso Cuantización No
Uniforme

1. Cuando se utiliza compresión en el transmisor, a
   la salida del receptor se debe utilizar expansión
   para restaurar los niveles de la señal a sus
   valores relativos correctos.
2. La característica del expansor es la inversa de
   la característica de compresión.
3. La combinación de un compresor y un expansor se
   llama compandor.

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RENDIMIENTO DE UN SISTEMA PCM CON CUANTIZACIÓN
UNIFORME Y SIN RUIDO EN EL CANAL
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Aplicaciones de PCM
Los sistemas de comunicaciones actuales, están
basados en su mayoría, en sistemas digitales, es
decir, transmisión de 1s y 0s en vez de valores
analógicos.
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Aplicaciones de PCM
Esto tiene sus ventajas, pues tomando las
previsiones del caso se puede reducir el riesgo
de perder la señal por influencia del ruido.
Cada vez que se sospecha que la señal puede ser
contaminada con ruido y ser modificada, se le
realiza un proceso llamado regeneración.
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Aplicaciones de PCM
A continuación veremos un diagrama de un sistema
operando bajo este principio.
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Diagrama de Bloques de un Sistema de
Comunicaciones Utilizando PCM.
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DILEMA FINAL
PARA QUE DIGITALIZAR, ESO ES UNA PERDIDA DE
TIEMPO ! PCM DESPERDICIA ANCHO DE BANDA !
QUE HACER?
.. ESOS SISTEMAS ANALOGICOS SON UNA
TECNOLOGIA OBSOLETA Y EL RUIDO MMM
SOLUCION
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Fin Tema III-B
GRACIAS
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Sistema PCM Proceso de Cuantización
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Sistema PCM Cuantización de Señal de entrada
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Sistema PCM Ruido de Cuantización
Cual es la Condición ideal?
Tener Ruido igual a CERO
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Sistema PCM Proceso de Digitalización
Codificación con 3 bits
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Sistema PCM Ruido de Cuantización
Cual es la Condición ideal?
Tener Ruido igual a CERO !