Codificador DTMF

Codificador DTMF

Marzo 2016

Irving Vallarta Ramírez, Alejandro Méndez Rivera, Jair Santamaria Linares, Miembro estudiantil, UAM-Iztapalapa.

I OBJETIVO

Digitalizar un tono de marcado que se transmite desde un teléfono celular (estando en modo de altavoz), es decir al marcar un número del 1 al 9, este se codificara en forma binaria, mostrándolo en cuatro leds

II INTRODUCCIÓN

Podemos distinguir dos grandes familias de señales:

 -Señales analógicas: Pueden ser representadas mediante funciones que toman un número infinito de valores en cualquier intervalo de tiempo considerado.

Para transmitir señales analógicas se emplean sistemas de transmisión analógicos, y la información va contenida en la propia forma de onda.

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-Señales digitales: Pueden ser representadas mediante funciones que toman un número finito de valores en cualquier intervalo de tiempo. Las señales digitales necesitarán sistemas de transmisión digitales donde la información estará contenida en los pulsos codificados, y no en la forma de onda.

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Existen fuentes de información que generan señales típicamente analógicas, como la voz y otras digitales como las computadoras, pero en ambos casos es posible transmitir la señal tanto en analógico como en digital. Las señales que no sufren ningún proceso de modulación ni desplazamiento en frecuencia, se denominan señales en banda base. En el caso de las señales digitales se denominan códigos en banda base o códigos de línea, y serán tratados en mayor profundidad en los capítulos correspondientes al nivel físico de las redes. Baste aquí señalar algunos códigos en banda base utilizados:

 - Unipolar: donde el ‘1’ lógico es representado por un voltaje positivo (+V) y el ‘0’ lógico por ausencia de voltaje.

- Polar: el ‘1’ lógico se representa mediante una señal (+V o -V) mientras que el ‘0’ con la opuesta (-V o +V respectivamente).

- Bipolar: el ‘0’ lógico se representa con ausencia de voltaje, mientras que el ‘1’ lógico se va representando con +V y –V alternativamente

Por qué modular señales analógicas?

Frecuencias mayores hacen más eficiente su transmisión, permite multicanalización por división de frecuencias Frequency Division Multiplexing (FDM)

• Tipos de modulación:

Modulación en Amplitud (AM).

Modulación en Frecuencia (FM)

Modulación en Fase (PM)

La digitalización Conversión Analógica a digital se hace mediante CODECs y Técnicas de Modulación:

• Modulación por Pulsos Codificados (PCM – Pulse Code Modulation)

 • Modulación Delta (DM – Delta Modulation)

Se hace mediante 3 procesos: Muestreo, Cuantificación, y Codificación.

Modulación por pulsos: Digitalización

En ella la señal portadora no es senoidal sino un tren de pulsos, que varían sus características en función de la señal moduladora. Podemos distinguir dos tipos básicos: la analógica, donde la información transmitida se encuentra en las variaciones de amplitud (PAM), duración (PDM) o posición (PPM) de los pulsos que conforman el tren, y digital, donde la información transmitida se encuentra en la codificación (secuencia de 0 y 1) de la señal modulada.

El esquema de MIC es el siguiente:

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a) Muestreo: Consiste en multiplicar la señal de entrada por un tren de impulsos de una cierta frecuencia fs denominada frecuencia de muestreo. Según el teorema de Nyquist la frecuencia de muestreo deberá ser, como mínimo, el doble de la frecuencia máxima de la señal de entrada para poder recuperar posteriormente la señal original; esto es, fs >= 2⋅BWseñal. Por ello, la señal de entrada deberá estar limitada en frecuencia, lo que se consigue con un filtro paso de baja antes del muestreo.

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b) Cuantificación: las amplitudes de los impulsos en la señal muestreada varían de forma analógica, pudiendo adoptar cualquier valor. En esta etapa debemos fijar un número finito de valores para dichas amplitudes. Cuanto mayor sea el número de valores posibles, menor diferencia habrá entre la señal muestreada antes y después de la cuantificación.

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La reconstrucción la forma de onda original se hará en base a la señal cuantificada, por lo que la diferencia entre esta y la señal original puede interpretarse como un ruido (ruido de cuantificación). El ruido de cuantificación disminuye al incrementarse el número de escalones o niveles de cuantificación, bien entendido que para codificar el valor de una muestra será necesario emplear un número de bits tal que permita identificar el escalón en el que se sitúa la muestra. Así, con 4 escalones, para indicar el valor de la muestra sólo necesitaré 2 bits, mientras que con 256 escalones serán necesarios 8 bits. En general: , siendo NE el número de bits por muestra y E el número de escalones en la etapa de cuantificación.[pic 11]

Cuando todos los escalones tienen el mismo tamaño hablamos de cuantificación uniforme, y la potencia del ruido de cuantificación resulta (asumiendo una resistencia de 1Ω) NQ=q2/12, siendo q la altura del escalón o intervalo mínimo de cuantificación.

El régimen binario a la salida del codificador será:  donde fs es la frecuencia de muestreo. [pic 12]

Para digitalización de señales vocales la ITU-T define en la recomendación G.711 el uso de 8 bits por muestra y fs de 8000 Hz.

El problema que plantea la cuantificación uniforme es que la relación señal a ruido es mayor para señales más potentes que para señales más débiles, pues el ruido de cuantificación es siempre el mismo. Para solucionar este problema se emplea la cuantificación no uniforme, donde los escalones correspondientes a las señales más débiles son de menor altura, procurando una figura S/N aproximadamente constante para cualquier potencia de la señal de entrada. En este aspecto la ITU-T ha definido en la recomendación G.711 dos tipos de cuantificación no uniforme: la ley A, utilizada en Europa, y la ley μ, usada en Estados Unidos y Japón.

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