Fundamentos de Transmisión Digital: Señales, Códigos y Perturbaciones

Fundamentos de Señales y Transmisión Digital

Señal Analógica

Las señales analógicas son continuas en el tiempo, es decir, pueden tomar infinitos valores dentro de un rango determinado.

Señal Digital

Las señales digitales son discontinuas en el tiempo y pueden tomar un número finito de valores discretos.

Ventajas de la Transmisión Digital

• La calidad de la transmisión digital es independiente de la distancia debido a su alta inmunidad al ruido.
• Las señales digitales pueden ser almacenadas y procesadas más fácilmente que las analógicas.
• Los sistemas digitales admiten la detección y corrección de errores, mejorando la fiabilidad.
• Permite introducir nuevos servicios en la red telefónica, ya que las señales de voz, datos e imagen son todas digitales.

Inconvenientes de la Transmisión Digital

• La transmisión digital requiere de un mayor ancho de banda que la analógica para la misma cantidad de información.
• Requiere convertir las señales analógicas en digitales antes de transmitirlas y volver a convertirlas en analógicas en el destino (proceso de codificación y decodificación).
• La transmisión digital requiere de una sincronización precisa entre el transmisor y el receptor.

Códigos Eléctricos de Línea

Los códigos eléctricos de línea son métodos para representar los bits de datos digitales como señales eléctricas para su transmisión a través de un medio físico.

Código Eléctrico NRZ (No Retorno a Cero)

El acrónimo NRZ significa No Retorno a Cero (Non-Return to Zero). En este código, el estado eléctrico de la señal se mantiene constante durante el tiempo que dura cada bit.

Inconvenientes del Código NRZ:

• La señal de información debe ir acompañada de una señal de reloj separada para que el receptor pueda determinar la sincronización de los bits.
• La señal tiene un cierto nivel de corriente continua (componente DC) que no la hace apta para ser transmitida por ciertas líneas de transmisión (por ejemplo, transformadores).

Código Eléctrico RZ (Retorno a Cero)

El acrónimo RZ significa Retorno a Cero (Return to Zero). A diferencia del NRZ, la señal vuelve a cero entre cada bit.

Inconvenientes del Código RZ:

• Aunque el código RZ permite que el receptor pueda recuperar la señal de reloj a partir de la señal de información, pierde la sincronización cuando existen grandes secuencias de ceros seguidos.
• La señal también tiene un cierto nivel de corriente continua.

Código Eléctrico AMI (Alternancia de Marcas Invertidas)

El acrónimo AMI significa Alternancia de Marcas Invertidas (Alternate Mark Inversion).

• El código AMI adjudica alternativamente un valor positivo y otro negativo a los niveles lógicos “1”. Los niveles lógicos “0” se representan con un nivel de voltaje cero.
• Así, genera una señal eléctrica sin componente de corriente continua, lo que lo hace adecuado para líneas con transformadores.
• El código AMI puede ser aplicado tanto a la señal NRZ como a la señal RZ.
• Sin embargo, el código AMI sincroniza mal cuando hay grandes secuencias de ceros seguidos, similar al RZ.

Código Eléctrico HDB3 (High Density Bipolar 3-Zero)

El código HDB3 evita los inconvenientes de los códigos anteriores, especialmente la pérdida de sincronización por largas secuencias de ceros.

• HDB3 limita a 3 el número máximo de ceros seguidos.
• Se insertan en las tramas bits V (de violación de código bipolar) para evitar cadenas con más de 3 ceros consecutivos.
• Se añaden bits B (de bipolaridad) para que los bits V mantengan la bipolaridad entre sí.
• El grupo de cuatro ceros (0000) es sustituido por un código específico, dependiendo del número de impulsos “1” entre la violación V anterior y la que se va a introducir:
  • B00V: Cuando el número de impulsos “1” entre la violación V anterior y la que se va a introducir es par.
  • 000V: Cuando el número de impulsos “1” entre la violación V anterior y la que se va a introducir es impar.

Regeneración de la Señal Digital

La regeneración de la señal digital es un proceso crucial en la transmisión a larga distancia. A diferencia de la amplificación analógica que amplifica también el ruido, la regeneración digital reconstruye la señal original.

Las cuatro operaciones básicas que realiza un sistema de regeneración son:

• Igualación y amplificación de la señal de entrada para compensar la atenuación y distorsión del canal.
• Extracción de la señal de reloj para sincronizar la detección de los bits.
• Detección de la presencia o ausencia de impulsos (decisión binaria) en los instantes de muestreo correctos.
• Regeneración y transmisión de impulsos limpios y bien formados a la línea.

Perturbaciones Frecuentes en Señales Digitales

Ruido

En los sistemas digitales, el ruido es atenuado y, en gran medida, eliminado en los regeneradores. No obstante, si la relación Señal/Ruido (S/N) no es suficientemente grande, los impulsos pueden no ser detectados correctamente en los regeneradores, provocando errores en la transmisión.

Distorsión Intersímbolos (ISI)

Se produce cuando el sistema de transmisión no tiene la anchura de banda suficiente. Consiste en que un impulso se "extiende" en el tiempo e interfiere con los impulsos adyacentes, dificultando su correcta detección.

Fluctuación de Fase (Jitter)

Los bits llegan antes o después de lo esperado debido a una mala sincronización en el reloj del receptor o a variaciones en el retardo de propagación. Esto puede llevar a errores de muestreo.

Tasa de Error de Bit (BER - Bit Error Rate)

La BER es una métrica clave de rendimiento en sistemas de comunicación digital. Se define como:

BER = (Número de bits erróneos) / (Número total de bits transmitidos)

Una BER baja indica una transmisión de alta calidad.