Transmision Por Modulacion PCM En Matlab

Modulación por Codificación de Pulsos PCM

Resumen –En esta práctica de laboratorio se desarrolló la modulación por codificación de pulsos (PCM), para esto se utilizó una grabación de voz, la cual fue muestreada, filtrada, cuantificada (cuantificación no uniforme-Ley µ) y codificada, luego de haber hecho estos pasos se modulo utilizando modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK), posteriormente se pasó por el canal de transmisión agregándole ruido aleatorio, para luego ser demodulada, decodificada y expandir la señal para reproducirla nuevamente. Las comunicaciones digitales le abren numerosas puertas al usuario, le otorga herramientas no solo para expresarse de forma escrita, sino que permite usar imágenes, videos, grabaciones de voz, animaciones, hipervínculos, correos electrónicos, blogs, entre otros; para expresar sus pensamientos e ideas

Abstract – In this practice of laboratory the modulation developed for codification of pulses (PCM), for this there was in use a recording voice, which was sampled, leaked, quantified (quantification not uniform - law µ) and codified, after made credit these steps I modulate using modulation for frequency shift (FSK), later it passed for the channel of transmission adding random noise, then to be demodulada, decoded and to expand the sign to reproduce her again. Digital communications will open many doors to the user, not only gives you tools to express themselves in writing, but lets you use pictures, videos, voice recordings, animations, hyperlinks, emails, blogs, among others, to express their thoughts and Ideas

Palabras clave – Ruido, frecuencia de muestreo, modulación digital, filtro pasabajas, comprensión, expansión, cuantificación no uniforme, ley µ, modular, cuantificar, decodificar, FSK, PCM.

OBJETIVOS

Comprender como las formas de onda analógicas pueden transformarse en ondas digitales, mediante la modulación por codificación de pulsos (PCM).

Examinar como el filtrado de señales de pulso afecta la habilidad para recuperar la información digital en el receptor.

Analizar el efecto del ruido en el canal de comunicaciones.

Estudiar el espectro para señales digitales.

INTRODUCCION

Cuando se habla de la comunicación de datos, la modulación por amplitud de pulsos no es una técnica muy eficiente debido a varios problemas, el primero que se puede identificar es que el comportamiento de un sistema PAM respecto al ruido nunca puede ser superior al de transmisión en banda base, haciendo que la señal sea muy inmune al ruido, otro factor importante a tener en cuenta cuando se realiza modulación por amplitud de pulsos, es que el ancho de banda requerido es muy grande ya la señal actual se traduce a un tren de pulsos y estos requieren mayor ancho de banda para su transmisión.

Es por eso que en el área de las telecomunicaciones se hizo necesario cambiar la forma en que se modulaban las señales, con las que se trabajan, especialmente cuando se manejaban señales de audio, por esta razón nace el audio digital, el cual permite que se pueda identificar la señal original del ruido y la distorsión, generada por los medios de transmisión. Esta característica es aprovechada en gran medida por la telefonía móvil.

Con esto surge la modulación por codificación de pulsos (PCM), la cual es usada en aplicaciones digitales de audio como los CDs de audio o la telefonía digital. Esta modulación permite crear comunicaciones más eficientes, con menos perdidas y con muy buena calidad de transmisión obteniendo ventajas que con las modulaciones analógicas no se podían lograr.

MARCO TEORICO

MODULAICON POR IMPULSOS CODIFCADOS (PCM):

La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglas inglesas de Pulse Code Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec Reeves en 1937. Una trama o stream PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados.

Este tipo de modulación, es sin duda la más utilizada de todas las modulaciones de pulsos es, básicamente, el método de conversión de señales analógicas a digitales (CAD). PCM siempre conlleva modulación previa de amplitud de pulsos. Una señal analógica se caracteriza por el hecho de que su amplitud puede tomar cualquier valor entre un mínimo y un máximo, de forma continua. Una señal PAM también puede tener cualquier valor, pero en intervalos discretos. Esto significa que el posible número de valores de amplitud es infinito. Por otra parte, la amplitud de una señal digital sólo puede tener un número finito de valores, por lo general dos (cero y uno).[1]

En el sistema PCM cada pulso es codificado en su equivalente binario antes de su transmisión convirtiendo así una señal analógica en digital siguiendo los pasos: [2]

Muestreo con PAM, PPM o PDM

Cuantificación

Codificación

Figura 1.Proceso para la codificación de una señal análoga.

Muestreo: Para convertir una señal analógica en señal PCM el primer paso es muestrearla, obteniendo de esta forma una señal discreta en un dominio pero continua en su rango, es decir, está definida únicamente en unos instantes de tiempo pero la amplitud que puede alcanzar en dichos instantes es cualquiera.

Cuantificación: El hecho de que la amplitud de la señal en los instantes de muestreo pueda ser cualquiera supone que para codificarla se necesitaria un número infinito de bits. En otras palabras: se tiene un número infinito de niveles. Por tanto, es necesario cuantificar la señal, es decir, asignar a una serie de valores de x(t) un único valor, de forma que después del proceso de cuantificación, el número de valores que puede tener la señal x(t) sea finito.

Codificación: La fase de codificación consiste en asignar un número de bits a cada una de las muestras que se van a enviar. Este número de bits depende del número de niveles de cuantificación que se hayan usado en la fase previa. La relación existente entre número de niveles usados (N) y número de bits asignados (n) es logarítmica:

n≥〖log〗_2 N

Ventajas de PCM:

En el sistema, pueden utilizarse ampliamente circuitos digitales relativamente económicos.

Las señales PCM derivadas de todos los tipos de fuentes analógicas (audio, video, etc.) pueden combinarse con señales de datos (de computadoras digitales, por ejemplo) y transmitirlas a través del mismo sistema digital de comunicación de alta velocidad. Esta combinación se conoce como multiplexación por división de tiempo.

En los sistemas telefónicos digitales de larga distancia que necesitan repetidores, una forma de onda PCM limpia puede regenerarse a la salida de cada repetidor, donde la entrada consiste en una forma de onda PCM con ruido.

El rendimiento de ruido de un sistema digital puede ser superior al de uno analógico.

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Cuantificación no uniforme:

La cuantificación no uniforme o no lineal se aplica cuando se procesan señales no homogéneas que se sabe que van a ser más sensibles en una determinada banda concreta de frecuencias.

En este caso, lo que se hace es estudiar la propia entropía de la señal y asignar niveles de cuantificación de manera no uniforme (utilizando un bit rate variable), de tal modo que se asigne un mayor número de niveles para aquellos márgenes en que la amplitud cambia más rápidamente (contienen mayor densidad de información).

Cuando durante la digitalización se ha usado una cuantificación no uniforme, se debe utilizar el mismo circuito no lineal durante la decodificación, para poder recomponer la señal de forma correcta.

Figura 2. Cuantificación no uniforme.

Ley µ:

El algoritmo Ley μ (μ-law o mu-law) es un sistema de cuantificación logarítmica de una señal de audio. Es utilizado principalmente para audio de voz humana dado que explota las características de ésta. El nombre de Ley μ proviene de µ-law, que usa la letra griega µ. Su aplicación cubre el campo de comunicaciones telefónicas. Este sistema de codificación es usado en Estados Unidos y Japón. En Europa se utiliza un sistema muy parecido llamado ley A.[3]

Características:

Es un algoritmo estandarizado, definido en el estándar ITU-T G.711

Tiene una complejidad muy baja

Utilizado en aplicaciones de voz humana

No introduce prácticamente retardo algorítmico (dada su baja complejidad)

Es adecuado para sistemas de transmisión TDM

No es adecuado para la transmisión por paquetes

Factor de compresión aproximadamente de 2:1

Funcionamiento:

El algoritmo Ley Mu basa su funcionamiento en un proceso de compresión y expansión llamado compasión. Se aplica una compresión/expansión de las amplitudes y posteriormente una cuantificación uniforme. Las amplitudes de la señal de audio pequeñas son expandidas y las amplitudes más elevadas son comprimidas.

Esto se puede entender de la siguiente forma; cuando una señal pasa a través de un compansor, el intervalo de las amplitudes pequeñas de entrada

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