Las comunicaciones digitales utilizan números binarios para codificar la información que se transmite. Este tipo de comunicaciones tiene ventajas como su inmunidad al ruido y su facilidad para la codificación y procesamiento de la señal, aunque requiere de conversores analógico-digitales y tiene un ancho de banda mayor que los sistemas analógicos. La modulación por impulsos codificados (PCM) es el método más utilizado para convertir señales analógicas a digitales mediante muestreo y cuantificación.

2. ¿QUE SON COMUNICACIONES DIGITALES?
Son aquellas que utilizan números codificados en sistemas binarios (1 y
0), los códigos alfanuméricos, los símbolos gráficos, los códigos de
operación de microprocesadores o la información de base de datos, en
la transmisión y recepción de un mensaje dentro de un sistema de
comunicaciones.
FACTORES DE LA COMUNICACIÓN
Fuente de información
Medio de transmisión
Destino de información

3. VENTAJAS DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES
• El ruido no es acumulativo.
• Los sistemas digitales son más inmunes al ruido y a la distorsión de
canal.
• La señal puede ser fácilmente criptografiada, es decir, codificada con
el fin de obtener comunicaciones privadas.
• La señal puede codificarse para obtener bajos índices de error.

4. DESVENTAJAS DE LAS COMUNICACIONES DIGITALES
• El ancho de banda, en principio, es mucho mayor que el de un sistema
analógico. Sin embargo, los avances tecnológicos enfocados a minimizar esta
desventaja han permitido igualar, y en algunos casos, superar la eficiencia
espectral de los sistemas analógicos, sin una degradación considerable en la
calidad de las señales a transmitir.
• Para este tipo de sistemas se requiere de conversores Análogo – Digital
(A/D) y Digital – Análogo (D/A).

5. DIAGRAMA DE BLOQUE DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN DIGITAL

6. La capacidad de información de un sistema de comunicaciones
representa la cantidad de símbolos independientes que pueden
transportarse por el sistema en determinada unidad de tiempo. El
símbolo binario mas básico es el DIGITO BINARIO o BIT. En
consecuencia, conviene con frecuencia expresar la capacidad de
información de un sistema en BITS POR SEGUNDO, o bps.

7. ¿A QUE LLAMAMOS ENTROPIA DE LA FUENTE DE
INFORMACION?
Se ha definido la autoinformación en función de los mensajes
individuales o símbolos que una fuente pueda producir, pero un
sistema de comunicación no es diseñado para un mensaje en
particular, sino para todos los posibles mensajes. Por lo
tanto, aunque el flujo de información instantáneo de una fuente
pueda ser errático, se debe describir la fuente en términos de la
información promedio producida. Esta información promedio se
denomina Entropía de la fuente.

8. Establece la máxima cantidad de datos digitales que pueden ser transmitidos
sin error sobre dicho enlace de comunicaciones con un ancho de
banda específico y que está sometido a la presencia de la interferencia del
ruido.
B es el ancho de banda del canal. (Hz)
C es la capacidad del canal o de informacion (tasa de bits de información bit/s)
S es la potencia de la señal útil, que puede estar expresada en
vatios, milivatios, etc., (W, mW, etc.)
N es la potencia del ruido presente en el canal, (mW, μW, etc.) que trata de
enmascarar a la señal útil.

9. ANALOGICAS DIGITALES
Señales generadas por algún
fenómeno electromagnético
Representada por una
función matemática Representada en
continua en la que es valores discretos
variable su amplitud y codificada en su
periodo en función del contenido, como lo son
tiempo los valores de 0 y 1

10. ANALOGICAS
DIGITALES
Magnitudes físicas
comúnmente El interruptor de
portadoras de una la luz sólo puede
señal de este tipo tomar dos valores
son eléctricas como o estados: abierto
la intensidad, la o cerrado, o la
tensión y la misma lámpara:
potencia, pero encendida o
también pueden apagada; en la
ser hidráulicas familia lógica TTL
como la (transistor-
presión, térmicas transistor-logic)
como la los niveles son 0 V
temperatura, mecá y 5 V.
nicas, etc.

12.  Cuando una señal digital es atenuada o experimenta perturbaciones leves,
puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de
señales.
 Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizan
cuando la señal llega al receptor; entonces comprueban (uso de redundancia) la
señal, primero para detectar algún error, y, algunos sistemas, pueden luego
corregir alguno o todos los errores detectados previamente.
 Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es
fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento
de señal.
 La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad.
 Es posible aplicar técnicas de compresión de datos sin pérdidas o técnicas de
compresión con pérdidas, basados en la codificación perceptual mucho más
eficientes que con señales analógicas.

13.  Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación
posterior, en el momento de la recepción.
 Si no se emplean un número suficiente de niveles de cuantificación en el
proceso de digitalización, la relación señal a ruido resultante se reducirá con
relación a la de la señal analógica original que se cuantificó. Esto es una
consecuencia de que la señal conocida como error de cuantificación que
introduce siempre el proceso de cuantificación sea más potente que la del ruido
de la señal analógica original. En los casos donde se emplean suficientes
niveles de cuantificación, la relación señal a ruido de la señal original se
conservará esencialmente porque el error de cuantificación quedará por debajo
del nivel del ruido de la señal que se cuantificó. Esto, naturalmente, es lo
normal.
 Se hace necesario emplear siempre un filtro activo analógico pasa bajo sobre
la señal a muestrear con objeto de evitar el fenómeno conocido como
aliasing, que podría hacer que componentes de frecuencia fuera de la banda de
interés quedaran registrados como componentes falsos de frecuencia dentro de
la banda de interés. Asimismo, durante la reconstrucción de la señal en la
posterior conversión D/A, se hace también necesario aplicar un filtro activo
analógico del mismo tipo (pasa bajo) conocido como filtro de reconstrucción.

14. La conversión analógica-digital (CAD) consiste en la transcripción de señales
analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento
(codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más
inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales
analógicas.

15. Consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud
(tensión) de una señal, redondear sus valores a un conjunto finito de niveles
preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y
registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. La
conversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogue to
digital converter).
En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en la
conversión analógica-digital:
MUESTREO RETENCION CUANTIFICACION CODIFICACION

16. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras
periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta
muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como
frecuencia de muestreo.
Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas
(retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir
evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este
proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a
limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático.
Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de
cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal
analizada a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como
resultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación.
Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante
la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario
es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son
utilizados.

17. IMPORTANTE!!
Durante el muestreo y la retención, la señal aún es
analógica, puesto que aún puede tomar cualquier
valor. No obstante, a partir de la
cuantificación, cuando la señal ya toma valores
finitos, la señal ya es digital.

18. El Teorema del Muestreo, o Teorema de Nyquist-Shannon, establece
que la frecuencia mínima de muestreo necesaria para evitar el
“aliasing” debe ser.
fm>2.BW
Donde:
fm: frecuencia de muestreo
BW: ancho de banda de la señal a muestrear (BW=fmax - fmin)
Para señales con fmin = 0, se puede expresar como
fm>2.fmax
Para demostrar este teorema debemos aplicar conceptos básicos de
series de Fourier y trigonometría.

19. La cuantización es un proceso claramente no lineal, que genera distorsiones o
errores no lineales, donde se otorga a un rango de la señal una única salida. La
diferencia que resulta de restar la señal de entrada a la de salida es el error de
cuantización, esto es, la medida en la que ha sido necesario cambiar el valor de
una muestra para igualarlo a su nivel de cuantización más próximo.

20. En el proceso de cuantificación, la diferencia que resulta de restar la señal de
entrada a la de salida se denomina error de cuantificación, esto es, la medida en
la que ha sido necesario cambiar el valor de una muestra para igualarlo a su
nivel de cuantificación más próximo.
Esta diferencia, entendida como una secuencia de muestras de tiempo
discreto pero de amplitud continua (al igual que la señal de entrada), puede ser
interpretado en la práctica como una señal indeseada añadida a la señal
original.
El cuantificador redondea el valor de la señal de entrada al valor más cercano
de los posibles niveles de cuantificación. El nivel de decisión para el redondeo
hacia arriba o hacia abajo, suele tomarse a la mitad del intervalo de
cuantificación.

22. La Modulación por Amplitud de Pulsos (PAM) es la más sencilla de las
modulaciones digitales. Consiste en cambiar la amplitud de una señal, de
frecuencia fija, en función de la señal transmitir.

23. La transmisión de las señales moduladas por amplitud de pulsos impone
condiciones severas respecto a las respuestas en magnitud y fase del sistema, a
causa de la corta duración de los pulsos. Por otra parte, el comportamiento de
un sistema PAM respecto al ruido nunca puede ser superior al de transmisión
en banda base.
Sin embargo, la modulación por amplitud de pulsos es el primer paso
indispensable en la conversión de señales analógicas a
digitales, entendiéndose aquí por señal digital aquélla que solamente tiene
dos niveles. La señal PAM es una señal discreta, no necesariamente digital.

24. PCM
Es el método de
Es la más Una señal
conversión de
utilizada de todas analógica puede
señales
las modulaciones convertirse a
analógicas a
de pulsos. digital mediante
digitales (CAD).
un proceso de
muestreo y
cuantificación.
La amplitud de PCM siempre
una señal conlleva
digital sólo modulación previa
puede tener un de amplitud de El muestreo la convierte en
número finito pulsos. una señal PAM, la
de valores, por cuantificación redondea el
lo general dos valor de la amplitud al
(cero y uno). número permisible más
cercano, generalmente en el
intervalo (0, 2n) y lo codifica
en un cierto número de bits.

26. Cuando se muestrea una señal a una frecuencia ligeramente superior a la
frecuencia de Nyquist, como ocurre en casi todos los casos prácticos, la señal
muestreada presenta una elevada correlación entre muestras adyacentes, es
decir que, en promedio, la señal no cambia substancialmente entre muestras
sucesivas. Como resultado de esto la varianza de la diferencia entre muestras
adyacentes es menor que la de la señal en sí.
Por consecuencia, la señal codificada en PCM contiene información
redundante que no es indispensable para su adecuada recuperación en el receptor,
de modo que si se elimina esta redundancia antes de la codificación, se tendrá una
señal codificada más eficiente.
Si se conoce el comportamiento de una señal en el pasado, es posible
predecir su comportamiento en el futuro inmediato, evidentemente con un
cierto error que puede ser muy pequeño.
DPCM hace uso de esta idea de predicción en la forma ilustrada en el siguiente
diagrama de bloques:

27. La señal de entrada al Es la señal cuantificada de
cuantificador es el error, que se codifica para
error de producir la señal de salida
predicción, dado por DPCM.
la diferencia entre la
señal muestreada de
entrada y su
predicción.
La señal predicha
se obtiene
mediante un filtro
predictivo lineal
cuya entrada es la
versión
cuantificada de la La versión
señal. cuantificada de
la señal
original de
entrada se
El receptor reconstruye a
consiste de un partir de la
decodificador, salida del
para reconstruir decodificador
la señal usando un
cuantificada de filtro de
error. predicción
igual al del
transmisor.

28. En la modulación delta, la señal de entrada se sobremuestrea a una
frecuencia mucho mayor que la de Nyquist para aumentar
deliberadamente la correlación entre muestras adyacentes de la señal.
Esto se hace para permitir una estrategia simple
de cuantificación en la reconstrucción de la señal.
En su forma básica, la modulación delta proporciona una aproximación
en escalera de la versión sobremuestreada de la señal. La diferencia
entre la entrada y la aproximación se cuantifica únicamente a dos
niveles, ±Δ, correspondientes a diferencias positivas o negativas, como
se ilustra en la figura:

30. DISTORSIÓN POR
RUIDO
SOBRECARGA DE
GRANULAR
PENDIENTE
Cuando los niveles de la
Cuando el tamaño del
aproximación en escalera
escalón, Δ, es muy grande
no pueden seguir las
en tanto que la pendiente
variaciones rápidas de la
de la señal es pequeña, es
señal de entrada cuando la
decir que la señal de
pendiente de ésta es
entrada varía poco.
grande.

31. IMPORTANTE!!
De acuerdo a esto es necesario tener, por una
parte, escalones grandes, para acomodar un rango dinámico
grande de la señal de entrada y, por otra, escalones
pequeños para una representación precisa de las señales
de, relativamente bajo nivel. Esto hace necesario un
modulador adaptativo, en el sentido de que el tamaño del
escalón pueda hacerse variar de acuerdo al nivel de la señal
de entrada.