Digitalización de Voz y Multiplexación en Sistemas MIC

Técnicas de Digitalización de Voz y Obtención del Canal MIC

7.1 Muestreo

Teorema de Muestreo o de Nyquist: Para transmitir una señal de frecuencia f a través de una línea de transmisión no es necesario enviar la señal completa. Es suficiente con enviar muestras de la señal tomadas a una frecuencia de muestreo fm que sea al menos el doble de la frecuencia máxima fmax de la señal. Por ejemplo: si tenemos una señal con una frecuencia máxima de 4 KHz, se tendrían que tomar muestras a una frecuencia de muestreo de por lo menos 8 KHz.

Justificación del Teorema: Para recobrar la señal original, solo es necesario utilizar un filtro paso bajo que permita el paso del espectro comprendido entre fmin-fmax y no deje pasar el resto. En las señales telefónicas (banda entre 300 y 3400 Hz), se debe utilizar una fm > 6800 Hz, aunque en la práctica se muestrea la señal con una fm > 8000 Hz.

Diferencias entre Muestreo Ideal y Muestreo Real: En el muestreo ideal, las muestras tomadas tienen una anchura nula, mientras que en el muestreo real, las muestras de la señal original son tomadas durante un tiempo muy corto en comparación con el tiempo entre dos muestras consecutivas.

7.2 Cuantificación

Cuantificación: La cuantificación consiste en asignar valores concretos a nuestra señal, lo que determinará la calidad de la misma. Las muestras obtenidas anteriormente no pueden ser transmitidas directamente, ya que el rango de amplitudes que pueden tomar no está limitado y es infinito. Para solucionar esto, se divide todo el rango de amplitudes o gama de funcionamiento en un número limitado de intervalos llamados intervalos de cuantificación. Así, todas las muestras dentro de un mismo intervalo toman el mismo valor.

Se produce un error inevitable al realizar este proceso, ya que la amplitud real de la muestra se sustituye por una aproximada. Este error se denomina error de cuantificación.

Cuantificación Uniforme: La gama de funcionamiento se divide en 256 intervalos iguales. Está limitada inferior y superiormente por los valores virtuales de decisión inferiores y superiores, que limitan la máxima amplitud de señal que puede transmitirse. El error de cuantificación disminuye al aumentar los intervalos de cuantificación.

Este error se podría eliminar si los intervalos de cuantificación fueran infinitos, lo cual no es posible ya que:

• Cada valor tiene su equivalente digital, y para representarlos todos se necesitan 8 bits. Aumentar el número de intervalos requeriría más bits, lo que aumentaría excesivamente el ancho de banda.

En un cuantificador uniforme, la señal de salida solo cambia cuando la tensión de entrada pasa de un intervalo de cuantificación al siguiente. La diferencia entre la tensión de salida y la de entrada (Vs-Ve) representa el error de cuantificación. Este error deforma la señal reconstruida y genera una distorsión llamada distorsión o ruido de cuantificación.

Cuantificación No Uniforme: El problema de la cuantificación uniforme es que el error de cuantificación es constante para cualquier amplitud de la muestra, empeorando la relación señal-ruido a niveles bajos de la señal de entrada, con valores críticos para señales de amplitud similar a los intervalos de cuantificación.

Para mantener la relación señal-ruido estable, existen dos alternativas:

• Aumentar el número de intervalos de cuantificación (no viable por el aumento del ancho de banda).
• Utilizar la cuantificación no uniforme, donde se distribuyen un número determinado de intervalos de forma no uniforme, aproximándolos en niveles bajos y separándolos en niveles altos de la señal.

Ley de Cuantificación en Sistemas MIC Europeos (Ley A) y Americanos (Ley Mu): La cuantificación no uniforme sigue características específicas llamadas características de cuantificación o ley de codificación. En sistemas MIC europeos se usa la Ley A, y en sistemas MIC americanos, la Ley Mu. La Ley A utiliza 256 intervalos de cuantificación: 128 para señales positivas y 128 para negativas.

7.3 Codificación

Codificación: Representa las muestras cuantificadas mediante una secuencia binaria de unos y ceros.

Estructura y Códigos de la Palabra MIC: Al usar 256 intervalos de cuantificación, se necesitan secuencias binarias de 8 bits para representar cada muestra. Cada palabra MIC se representa como:

• Grupo P: Indica la polaridad de la muestra (1 si es positiva, 0 si es negativa).
• Grupo A: 3 bits que localizan 2³=8 segmentos de recta por cada polaridad (16 segmentos en total).
• Grupo B: 4 bits que determinan 16 intervalos posibles en cada segmento.

La codificación de las palabras MIC permite localizar cada intervalo de cada segmento, definiendo el valor de las posibles muestras de la señal transmitida.

Multiplexación de Canales MIC y Jerarquías de Transmisión

8.1 Diferencias entre MDT y MDF

La Multiplexación por División de Frecuencia (MDF) modula las diferentes señales a transmitir, asignándoles bandas de frecuencias distintas, y luego las envía juntas por el mismo canal sin interferencia.

La Multiplexación por División de Tiempo (MDT) multiplexa señales digitales intercalando partes de otras señales en los espacios de tiempo entre ellas, enviando la secuencia completa por la misma línea. En el receptor, las señales se separan sincronizadamente. Este proceso es fundamental en telefonía digital. En el extremo emisor, se toman muestras periódicas de los tres canales tributarios, que se codifican y envían a la línea formando una trama agregada. En el receptor, las muestras se entregan a sus canales respectivos mediante sincronización perfecta.

Tiempo de Trama: Periodo entre dos muestras consecutivas de un canal.

Intervalo de Tiempo: Periodo ocupado por una muestra de canal.