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TORRES SUAREZ HECTOR MOISES
ENLACE : TRABAJO DE ANTENAS
miércoles, 4 de febrero de 2015
UNA HISTORIA EN LA VIDA REAL DE ENRIQUE
En un entorno donde la información a tiempo real es imprescindible para la correcta toma de decisiones, las antenas juegan un papel determinante. Gracias a ellas somos capaces de comunicarnos sin necesidad de cables, tenemos acceso a todo tipo de información en cualquier lugar y en cualquier momento.
Desde hace mucho tiempo el ser humano ha tenido la necesidad de comunicarse, y ésta comunicación le ha permitido crear redes sociales, que a su vez, se han comunicado con otras, y siempre lo ha hecho según las posibilidades tecnológicas propias de cada época o situación.
Hoy día es imposible concebir un mundo sin TIC's (es decir, Tecnologías de la Información y la Comunicación) y muy pocas veces nos damos cuenta que uno de los pilares de estas tecnologías son las antenas. En este artículo trataré de mostrar, qué son, cómo funcionan, por qué son tan importantes y cómo están presentes hoy día.
Enrique, un ingeniero civil que trabaja en Construcciones S.A., se acaba de despertar, y con los ojos entrecerrados, ha puesto la televisión para ver cómo van sus acciones en el mercado de valores, sintonizando el canal digital de Economía TV. Se dirige a la cocina para tomarse un buen café, porque como él dice; “No soy persona hasta que tomo café”, y como todas las mañanas, gracias al sistema domótico que tiene en casa el café está recién hecho.
Han pasado 45 minutos desde que Enrique comenzó el día, ya está en el coche, y hoy, antes de ir a la oficina, tiene que pasar a ver una obra que está haciendo en el pueblecito de Villaarriba. Como nunca ha ido enciende el navegador GPS del coche y mientras oye las principales noticias del día en la radio, la chica del navegador - con su educada voz electrónica - le da las indicaciones de qué ruta debe tomar. Cuando llega a la obra se da cuenta de que parte de los obreros no están trabajando y tras poner el rostro serio, le pregunta al jefe de obra. Éste, que ya conocía la naturaleza del problema le indica que no pueden trabajar porque les falta tabiques de tres agujeros, y a pesar de que se avisó al servicio telemático de stock de la obra con veinticuatro horas de antelación, a causa de una caída de los servidores de gestión de materiales, este (el servidor) no dio orden de aviso a la empresa de suministros. Así que Enrique toma aire, coge su PDA, accede vía WIFI a los datos del servidor, rehace el pedido a mano y reenvía desde el servidor a la empresa suministradora, vía 3G, todo el pedido. Inmediatamente recibe un SMS (“Short Message Service”; Servicio de mensajes cortos) dando el ok por parte de la empresa suministradora - todo arreglado -, pero… ha perdido casi una mañana de trabajo y ahora arenga a los obreros para que recuperen el tiempo perdido.
Esta pequeña historia nos demuestra la absoluta importancia de las antenas en la vida de Enrique, sin ellas no podría haber hecho la mayoría de las cosas, pero, vayamos por partes.
Lo primero y fundamental es definir el concepto de antena; una antena es un dispositivo que es capaz de emitir y recibir ondas de radio. A grandes rasgos existen dos grupos, las antenas emisoras o transmisoras y las antenas receptoras.
Cuando se ha levantado, como todos recordaréis, ha encendido la televisión y ha sintonizado el canal de Economía TV que pertenece a una plataforma digital; para que Enrique pueda ver el programa, en el tejado de su casa hay una antena parabólica, o dicho de otra manera, una antena reflectora de tipo Offset, este tipo de antenas tan conocidas por todos se basa en un par de conceptos para funcionar, en primer lugar en el caso de una antena receptora la propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco, que está centrado en el paraboloide (en el plato que todos vemos). Y en segundo lugar, en el caso de una antena emisora, las ondas que surgen del foco (o técnicamente llamado alimentador) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.
A parte de la antena Offset que usa Enrique, hay otros dos tipos de antenas reflectoras: los Reflectores de Foco primario, y los Reflectores Cassegrain. Los primeros son los más sencillos, y esto produce que su rendimiento no sea muy efectivo (en torno al 60% de la energía que llega a la antena, llega al foco y el resto se pierde. En el caso de las antenas (o reflectores) Cassegrain, presentan una gran directividad, es decir, son capaces de dirigir su radiación en una dirección concreta, son muy potentes y tienen un receptor con poco ruido, que significa que el receptor genera pocas interferencia en la señal. La forma de los reflectores Cassegrain es hiperbólico y su modo de funcionamiento es diferente al de las antenas Offset y de Foco primario.
Esta primera parte de antenas que hemos visto engloba las llamadas antenas reflectoras, pero en la vida de Enrique hay otros dos tipos de antenas imprescindibles para su forma de vida, las antenas de hilo o dipolo, y las antenas de parche o planas.
Como hemos visto enrique se ha montado en el coche y ha puesto la radio para escuchar las noticias; su coche, como el resto de coches, lleva incorporada una antena (a veces en el techo, a veces en el lateral) denominada Monopolo Vertical, que es un tipo de Antena de Hilo o Dipolo de los más sencillo, compuesto por un brazo rectilíneo que suele estar en posición vertical. Este tipo de antenas se alimenta en su base y tiene una alimentación asimétrica, es decir, cuando un brazo está a cero voltios el otro experimenta el cambio de tensión y se conecta a la radio mediante un cable coaxial.
A parte de los monopolos verticales, otros tipos de antenas de dipolo son los Dipolos Simples, Dipolos Cortados, Dipolos con brazos en V, etc. Todos estos son muy parecidos y se basan en los conceptos que hemos visto anteriormente.
Una de las aplicaciones prácticas más conocidas de las antenas de dipolo son las Antenas Yagi-Uda, que en cristiano, es una antena de televisión de toda la vida, esta se compone de un elemento conductor, unos reflectores y unos directores de guía cuya función es la de dirigir el patrón de radiación en el sentido que queramos.
Por otra parte y ya visto como funciona la radio del coche de Enrique nos centraremos en cómo funciona (desde el punto de vista de las antenas) el GPS portátil que tiene Enrique puesto en el salpicadero.
El GPS (Sistema de posicionamiento Global) es un dispositivo que nos permite saber dónde estamos con absoluta precisión, y además, si está integrado en un mapa, sabemos en qué calle, en qué punto del cielo o del océano estamos. Los sistemas de posicionamiento tienen su origen en la tecnología militar para guiar los misiles a su objetivo, aunque hoy más bien guíen a los 'domingueros' a su restaurante. Por supuesto, las aplicaciones no se quedan ahí. Sin GPS, hoy no serían lo mismo el tráfico aéreo, la navegación marítima, la cartografía, la topografía y muchos deportes de aventura. En un futuro próximo el sistema GPS podrá guiar a los coches sin necesidad de intervención del conductor.
En el caso de Enrique, su GPS portátil dispone de una Antena de Parche o Antena Plana integrada en la circuitería del dispositivo. Estas antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico, lo que, según el tamaño de la antena tendrá un patrón determinado de radiación. Su fabricación es sencilla y barata, son robustos, combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones, pero, también son poco eficientes, tienen una limitada potencia, alto factor de calidad y son de banda estrecha.
Las aplicaciones más importantes para las que están diseñadas estas antenas planas o de parche, a parte de los GPS, son: antenas de móviles, aplicadores de calor en tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y en general todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Enrique ya ha llegado a la obra y ahora consulta con su PDA los informes de stock vía WI-FI, que es un sistema de envío de datos sobre redes que utiliza ondas de radio en lugar de cables. Para ello se necesita una antena en la PDA que emita y reciba los datos y otra antena que esté donde se controla el stock de la obra. En este caso, la empresa de Enrique instaló una caseta prefabricada donde se gestionaba todo lo relacionado con la obra y montó una antena Logoperiódica WI-FI de 2,4 GHz que daba cobertura a todo el solar donde iba a construirse para que los jefes de obra pudieran consultar, a tiempo real, el stock de materiales, cuántos trabajadores están en la obra, el tiempo de espera de algunos materiales que estaban por servir, etc.
La Antena Logoperiódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos, usados habitualmente para redes WI-FI o antenas de televisión.
Una vez consultado el stock y solucionado el error de los servidores, envía desde la caseta prefabricada, vía 3G, a la empresa de suministro el nuevo pedido. Para enviar esta información, la caseta dispone de una antena plana GSM (Sistema Global de comunicaciones Móviles) direccional multibanda 3G. El sistema GSM es el medio de comunicaciones que usan todos los teléfonos móviles (a excepción de los teléfonos por satélite) y en este caso específico también envía la información por 3G que es una denominación para tercera-generación de telefonía móvil. Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como el envío de información, la descarga de programas, intercambio de email, mensajería instantánea).
Para permitir este envío de información es imprescindible contar con cobertura GSM y 3G en la zona, que existe gracias a los conjuntos de antenas que los proveedores de servicio móvil tienen por todo el país. Este conjunto de antenas se llaman Arrays de antenas y son torres metálicas con múltiples tipos de antenas (planas, reflectores parabólicos, etc.) cuyo diseño ha sido pensado para permitir la máxima cobertura con el mínimo número de antenas.
Si nos fijamos un poco en la vida de Enrique nos damos cuenta de la importancia tan relevante que tienen las antenas en su mundo. No vería su programa favorito en la tele por las mañanas sino tuviera una parabólica y una antena Yagi-Uda en el tejado de su casa, no escucharía la radio sin el monopolo vertical del coche, no sabría llegar a Villaarriba sin un mapa si no tuviera la antena de parche integrada en el GPS portátil que le indica el camino, no podría consultar el pedido de stock de la obra y ésta, a su vez, no podría realizar los pedidos a la empresa de suministros de forma automática, si no tuviera la antena plana sobre la caseta prefabricada y, además, nada de esto sería posible, como hablar por el teléfono móvil sin la cobertura de GSM y 3G en la zona de la obra de Enrique.
A modo de conclusión Enrique podría hacer parte de su trabajo sin las antenas pero, hoy día, y a la velocidad a la que se mueve el mercado, Enrique y su empresa se encontrarían en la edad de piedra tecnológica, perdiendo una batalla en la que las empresas necesitan tener la información en tiempo real para poder tomar mejores decisiones. Gracias a las antenas el mundo se mueve más rápido, más conectado, desaparecen las barreras de la distancia y obtenemos la información cuando queremos, como queremos y donde queremos.
Y el día para Enrique… no ha hecho más que empezar.
Desde hace mucho tiempo el ser humano ha tenido la necesidad de comunicarse, y ésta comunicación le ha permitido crear redes sociales, que a su vez, se han comunicado con otras, y siempre lo ha hecho según las posibilidades tecnológicas propias de cada época o situación.
Hoy día es imposible concebir un mundo sin TIC's (es decir, Tecnologías de la Información y la Comunicación) y muy pocas veces nos damos cuenta que uno de los pilares de estas tecnologías son las antenas. En este artículo trataré de mostrar, qué son, cómo funcionan, por qué son tan importantes y cómo están presentes hoy día.
Enrique, un ingeniero civil que trabaja en Construcciones S.A., se acaba de despertar, y con los ojos entrecerrados, ha puesto la televisión para ver cómo van sus acciones en el mercado de valores, sintonizando el canal digital de Economía TV. Se dirige a la cocina para tomarse un buen café, porque como él dice; “No soy persona hasta que tomo café”, y como todas las mañanas, gracias al sistema domótico que tiene en casa el café está recién hecho.
Han pasado 45 minutos desde que Enrique comenzó el día, ya está en el coche, y hoy, antes de ir a la oficina, tiene que pasar a ver una obra que está haciendo en el pueblecito de Villaarriba. Como nunca ha ido enciende el navegador GPS del coche y mientras oye las principales noticias del día en la radio, la chica del navegador - con su educada voz electrónica - le da las indicaciones de qué ruta debe tomar. Cuando llega a la obra se da cuenta de que parte de los obreros no están trabajando y tras poner el rostro serio, le pregunta al jefe de obra. Éste, que ya conocía la naturaleza del problema le indica que no pueden trabajar porque les falta tabiques de tres agujeros, y a pesar de que se avisó al servicio telemático de stock de la obra con veinticuatro horas de antelación, a causa de una caída de los servidores de gestión de materiales, este (el servidor) no dio orden de aviso a la empresa de suministros. Así que Enrique toma aire, coge su PDA, accede vía WIFI a los datos del servidor, rehace el pedido a mano y reenvía desde el servidor a la empresa suministradora, vía 3G, todo el pedido. Inmediatamente recibe un SMS (“Short Message Service”; Servicio de mensajes cortos) dando el ok por parte de la empresa suministradora - todo arreglado -, pero… ha perdido casi una mañana de trabajo y ahora arenga a los obreros para que recuperen el tiempo perdido.
Esta pequeña historia nos demuestra la absoluta importancia de las antenas en la vida de Enrique, sin ellas no podría haber hecho la mayoría de las cosas, pero, vayamos por partes.
Lo primero y fundamental es definir el concepto de antena; una antena es un dispositivo que es capaz de emitir y recibir ondas de radio. A grandes rasgos existen dos grupos, las antenas emisoras o transmisoras y las antenas receptoras.
Cuando se ha levantado, como todos recordaréis, ha encendido la televisión y ha sintonizado el canal de Economía TV que pertenece a una plataforma digital; para que Enrique pueda ver el programa, en el tejado de su casa hay una antena parabólica, o dicho de otra manera, una antena reflectora de tipo Offset, este tipo de antenas tan conocidas por todos se basa en un par de conceptos para funcionar, en primer lugar en el caso de una antena receptora la propiedad por la cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar a un punto denominado foco, que está centrado en el paraboloide (en el plato que todos vemos). Y en segundo lugar, en el caso de una antena emisora, las ondas que surgen del foco (o técnicamente llamado alimentador) se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena.
A parte de la antena Offset que usa Enrique, hay otros dos tipos de antenas reflectoras: los Reflectores de Foco primario, y los Reflectores Cassegrain. Los primeros son los más sencillos, y esto produce que su rendimiento no sea muy efectivo (en torno al 60% de la energía que llega a la antena, llega al foco y el resto se pierde. En el caso de las antenas (o reflectores) Cassegrain, presentan una gran directividad, es decir, son capaces de dirigir su radiación en una dirección concreta, son muy potentes y tienen un receptor con poco ruido, que significa que el receptor genera pocas interferencia en la señal. La forma de los reflectores Cassegrain es hiperbólico y su modo de funcionamiento es diferente al de las antenas Offset y de Foco primario.
Esta primera parte de antenas que hemos visto engloba las llamadas antenas reflectoras, pero en la vida de Enrique hay otros dos tipos de antenas imprescindibles para su forma de vida, las antenas de hilo o dipolo, y las antenas de parche o planas.
Como hemos visto enrique se ha montado en el coche y ha puesto la radio para escuchar las noticias; su coche, como el resto de coches, lleva incorporada una antena (a veces en el techo, a veces en el lateral) denominada Monopolo Vertical, que es un tipo de Antena de Hilo o Dipolo de los más sencillo, compuesto por un brazo rectilíneo que suele estar en posición vertical. Este tipo de antenas se alimenta en su base y tiene una alimentación asimétrica, es decir, cuando un brazo está a cero voltios el otro experimenta el cambio de tensión y se conecta a la radio mediante un cable coaxial.
A parte de los monopolos verticales, otros tipos de antenas de dipolo son los Dipolos Simples, Dipolos Cortados, Dipolos con brazos en V, etc. Todos estos son muy parecidos y se basan en los conceptos que hemos visto anteriormente.
Una de las aplicaciones prácticas más conocidas de las antenas de dipolo son las Antenas Yagi-Uda, que en cristiano, es una antena de televisión de toda la vida, esta se compone de un elemento conductor, unos reflectores y unos directores de guía cuya función es la de dirigir el patrón de radiación en el sentido que queramos.
Por otra parte y ya visto como funciona la radio del coche de Enrique nos centraremos en cómo funciona (desde el punto de vista de las antenas) el GPS portátil que tiene Enrique puesto en el salpicadero.
El GPS (Sistema de posicionamiento Global) es un dispositivo que nos permite saber dónde estamos con absoluta precisión, y además, si está integrado en un mapa, sabemos en qué calle, en qué punto del cielo o del océano estamos. Los sistemas de posicionamiento tienen su origen en la tecnología militar para guiar los misiles a su objetivo, aunque hoy más bien guíen a los 'domingueros' a su restaurante. Por supuesto, las aplicaciones no se quedan ahí. Sin GPS, hoy no serían lo mismo el tráfico aéreo, la navegación marítima, la cartografía, la topografía y muchos deportes de aventura. En un futuro próximo el sistema GPS podrá guiar a los coches sin necesidad de intervención del conductor.
En el caso de Enrique, su GPS portátil dispone de una Antena de Parche o Antena Plana integrada en la circuitería del dispositivo. Estas antenas se diseñan a partir de líneas de transmisión o resonadores sobre substrato dieléctrico, lo que, según el tamaño de la antena tendrá un patrón determinado de radiación. Su fabricación es sencilla y barata, son robustos, combinables con circuitos integrados de microondas, y se pueden diseñar para trabajar a diversas frecuencias y con distintas polarizaciones, pero, también son poco eficientes, tienen una limitada potencia, alto factor de calidad y son de banda estrecha.
Las aplicaciones más importantes para las que están diseñadas estas antenas planas o de parche, a parte de los GPS, son: antenas de móviles, aplicadores de calor en tratamientos de hipertermia, altímetros de aviones, aplicaciones militares y en general todos los sistemas a frecuencias de microondas.
Enrique ya ha llegado a la obra y ahora consulta con su PDA los informes de stock vía WI-FI, que es un sistema de envío de datos sobre redes que utiliza ondas de radio en lugar de cables. Para ello se necesita una antena en la PDA que emita y reciba los datos y otra antena que esté donde se controla el stock de la obra. En este caso, la empresa de Enrique instaló una caseta prefabricada donde se gestionaba todo lo relacionado con la obra y montó una antena Logoperiódica WI-FI de 2,4 GHz que daba cobertura a todo el solar donde iba a construirse para que los jefes de obra pudieran consultar, a tiempo real, el stock de materiales, cuántos trabajadores están en la obra, el tiempo de espera de algunos materiales que estaban por servir, etc.
La Antena Logoperiódica es una antena cuyos parámetros de impedancia o de radiación son una función periódica del logaritmo de la frecuencia de operación. El diseño de estas antenas se realiza a partir de unas ciertas dimensiones como las dimensiones de un dipolo o la separación que se van multiplicando por una constante. Una de los diseños más conocidos es la agrupación logoperiódica de dipolos, usados habitualmente para redes WI-FI o antenas de televisión.
Una vez consultado el stock y solucionado el error de los servidores, envía desde la caseta prefabricada, vía 3G, a la empresa de suministro el nuevo pedido. Para enviar esta información, la caseta dispone de una antena plana GSM (Sistema Global de comunicaciones Móviles) direccional multibanda 3G. El sistema GSM es el medio de comunicaciones que usan todos los teléfonos móviles (a excepción de los teléfonos por satélite) y en este caso específico también envía la información por 3G que es una denominación para tercera-generación de telefonía móvil. Los servicios asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como el envío de información, la descarga de programas, intercambio de email, mensajería instantánea).
Para permitir este envío de información es imprescindible contar con cobertura GSM y 3G en la zona, que existe gracias a los conjuntos de antenas que los proveedores de servicio móvil tienen por todo el país. Este conjunto de antenas se llaman Arrays de antenas y son torres metálicas con múltiples tipos de antenas (planas, reflectores parabólicos, etc.) cuyo diseño ha sido pensado para permitir la máxima cobertura con el mínimo número de antenas.
Si nos fijamos un poco en la vida de Enrique nos damos cuenta de la importancia tan relevante que tienen las antenas en su mundo. No vería su programa favorito en la tele por las mañanas sino tuviera una parabólica y una antena Yagi-Uda en el tejado de su casa, no escucharía la radio sin el monopolo vertical del coche, no sabría llegar a Villaarriba sin un mapa si no tuviera la antena de parche integrada en el GPS portátil que le indica el camino, no podría consultar el pedido de stock de la obra y ésta, a su vez, no podría realizar los pedidos a la empresa de suministros de forma automática, si no tuviera la antena plana sobre la caseta prefabricada y, además, nada de esto sería posible, como hablar por el teléfono móvil sin la cobertura de GSM y 3G en la zona de la obra de Enrique.
A modo de conclusión Enrique podría hacer parte de su trabajo sin las antenas pero, hoy día, y a la velocidad a la que se mueve el mercado, Enrique y su empresa se encontrarían en la edad de piedra tecnológica, perdiendo una batalla en la que las empresas necesitan tener la información en tiempo real para poder tomar mejores decisiones. Gracias a las antenas el mundo se mueve más rápido, más conectado, desaparecen las barreras de la distancia y obtenemos la información cuando queremos, como queremos y donde queremos.
Y el día para Enrique… no ha hecho más que empezar.
sábado, 31 de enero de 2015
TRANSMISION DE DATOS POR RADIOFRECUENCIAS
Para hablar de esto es un tema muy extenso, dentro de este archivo podemos visualizar de forma muy acertada y muy puntual, muestra informacion muy resumida de lo que es la transmision de datos por fadiofrecuencias, en este archivo tambien incluye los diagramas a bloques de como es un receptor, un transmisor y los dos sistemas trabajando en conjunto.
ENLACE: TRANSMICION DE DATOS
COMO SE CONVIERTE UNA SEÑAL ANALÓGICA A DIGITAL
CONVERSIÓN ANALÓGICO DIGITAL |
Una vez aclaradas las diferencias básicas entre la tecnología analógica y la digital, veamos ahora cómo se efectúa el proceso de conversión de una tecnología a otra.
Para realizar esa tarea, el conversor ADC (Analog-to-Digital Converter - Conversor Analógico Digital) tiene que efectuar los siguientes procesos: |
1.- Muestreo de la señal analógica.
2.- Cuantización de la propia señal 3.- Codificación del resultado de la cuantización, en código binario. |
Muestreo de la señal analógica
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Representación gráfica de medio ciclo positivo (+) , correspondiente a una señal eléctrica analógica de<sonido, con sus correspondientes armónicos. Como se podrá observar, los valores de variación de la<tensión o voltaje en esta sinusoide pueden variar en una escala que va de “0” a “7” volt. | ||
Para convertir una señal analógica en digital, el primer paso consiste en realizar un muestreo (sampling)de ésta, o lo que es igual, tomar diferentes muestras de tensiones o voltajes en diferentes puntos de la onda senoidal. La frecuencia a la que se realiza el muestreo se denomina razón, tasa o también frecuencia de muestreo y se mide en kilohertz (kHz). En el caso de una grabación digital de audio, a mayor cantidad de muestras tomadas, mayor calidad y fidelidad tendrá la señal digital resultante. Durante el proceso de muestreo se asignan valores numéricos equivalentes a la tensión o voltaje existente en diferentes puntos de la sinusoide, con la finalidad de realizar a continuación el proceso de cuantización. Las tasas o frecuencias de muestreo más utilizadas para audio digital son las siguientes: |
|
 | ||
Para realizar el muestreo (sampling) de una señal eléctrica analógica y convertirla después en digital, el<primer paso consiste en tomar valores discretos de tensión o voltaje a intervalos regulares en diferentes<puntos de la onda senoidal. | ||
Por tanto, una señal cuyo muestreo se realice a 24 kHz, tendrá menos calidad y fidelidad que otra realizada a 48 kHz. Sin embargo, mientras mayor sea el número de muestras tomadas, mayor será también el ancho de banda necesario para transmitir una señal digital, requiriendo también un espacio mucho mayor para almacenarla en un CD o un DVD.
En la grabación de CDs de música, los estudios de sonido utilizan un estándar de muestreo de 44,1 kHz a 16 bits. Esos son los dos parámetros requeridos para que una grabación digital cualquiera posea lo que se conoce como “calidad de CD”. |
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Cuantización de la señal analógica |
Una vez realizado el muestreo, el siguiente paso es la cuantización (quantization) de la señal analógica. Para esta parte del proceso los valores continuos de la sinusoide se convierten en series de valores numéricos decimales discretos correspondientes a los diferentes niveles o variaciones de voltajes que contiene la señal analógica original. Por tanto, la cuantización representa el componente de muestreo de las variaciones de valores de tensiones o voltajes tomados en diferentes puntos de la onda sinusoidal, que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de convertir esos valores en sistema numérico binario. |
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Proceso de cuantización (quantization) de la señal eléctrica analógica para su conversión en señal digital. | ||
Codificación de la señal en código binario |
Después de realizada la cuantización, los valores de las tomas de voltajes se representan numéricamente por medio de códigos y estándares previamente establecidos. Lo más común es codificar la señal digital en código numérico binario. |
 | ||
La codificación permite asignarle valores numéricos binarios equivalentes a los valores de tensiones o<voltajes que conforman la señal eléctrica analógica original. | ||
En este ejemplo gráfico de codificación, es posible observar cómo se ha obtenido una señal digital y el código binario correspondiente a los niveles de voltaje que posee la señal analógica. La siguiente tabla muestra los valores numéricos del 0 al 7, pertenecientes al sistema decimal y sus equivalentes en código numérico binario. En esta tabla se puede observar que utilizando sólo tres bits por cada número en código binario, se pueden representar ocho niveles o estados de cuantización. |
| Valores en volt en Sistema Decimal | Conversión a Código Binario |
| 0 | 000 |
| 1 | 001 |
| 2 | 010 |
| 3 | 011 |
| 4 | 100 |
| 5 | 101 |
| 6 | 110 |
| 7 | 111 |
Y en esta otra tabla se puede ver la sustitución que se ha hecho de los valores numéricos correspondientes a los voltajes de las muestras tomadas de la señal analógica utilizada como ejemplo y su correspondiente conversión a valores en código binario.
|
| Valor de los voltajes de la señal analógica del ejemplo | Conversión a Código Binario |
| 0 | 000 |
| 2 | 010 |
| 3 | 011 |
| 4 | 100 |
| 6 | 110 |
| 7 | 111 |
| 7 | 111 |
| 5 | 101 |
| 4 | 100 |
| 3 | 011 |
| 0 | 000 |
TRANSMISION DIGITAL DE INFORMACION
Este es el proceso de enviar información de un lugar a otro del sistema que pueden estar próximos o separados, se puede hacer de dos formas: paralela o serie.
PARALELA: Se utiliza mucho en los sistemas basados en microprocesador como los microprocesadores donde números enteros de bits se transmiten al mismo tiempo, pero se necesitan muchos registros, cerrojos y conductores.
Este se utiliza cuando la velocidad o el tiempo es muy importante.
Figura 11: Transmisión de datos paralelo
SERIE: Este sistema sólo utiliza una línea de transmisión y se utiliza cuando se transmiten datos a largas distancias, se transmite primero un bit de arranque en el nivel 0 luego se transmiten los siguientes 7 bits de datos, un bit de paridad para la detección de errores y finalmente 2 bits de parada en el nivel alto.
Figura 12: Transmisión de datos en serie
Transmisión digital binaria.
Utilicemos para esto el modo como un ordenador envía información de una parte del sistema a otra, por ejemplo, veamos como la computadora le "dice" a la impresora qué letra o signo de puntuación o número así como los espacios vacíos que debe escribir en la hoja de papel.
Supongamos que nuestra impresora está unida a la computadora a través de un cable conector con dos hilos uno positivo y otro de tierra por el cual la computadora puede enviar un patrón de señales a la impresora como estados de voltaje, uno "bajo" y otro "alto" que representarían estados equivalentes al "brillo" y "oscuridad" del sistema Morse y que en el caso de la transmisión digital binaria se conocen como "0" y "1" (cero y uno).
Cuando no se está enviando información, la señal en el cable permanece en estado "bajo".
Para comenzar la transmisión de un carácter la computadora cambia la señal a "alto" durante un cierto período breve de tiempo. Supongamos que este período es exactamente un milisegundo (una milésima parte de segundo), este primer milisegundo de señal en el nivel "alto" se llama bit de arranque porque sirve para "decirle" a la impresora que se "aliste" para recibir un carácter.
Entonces, para mandar el carácter, la computadora cambia la señal de bajo para alto varias veces según un patrón de código. Para permitir a la impresora reconocer cada cambio de voltaje, los cambios solo podrán hacerse en ciertos intervalos fijos de tiempo. En nuestro ejemplo los cambios solo se realizan al final de cada milisegundo después de comenzado el bit de arranque. Siete milisegundos son necesarios después del final del bit de arranque para mandar un carácter. En cada uno de esos siete milisegundos, la señal de voltaje puede ser cualquiera de los estados alto o bajo. Cuando se terminen los siete milisegundos la computadora espera al menos un par de milisegundos antes de mandar el próximo bit de arranque de un nuevo carácter.
Esas siete señales de voltaje sirven mejor para el mismo propósito que los puntos y rayas del código del telégrafo. Diferentes patrones de combinaciones de las señales sirven para diferentes caracteres en un código especial. Por ejemplo como se muestra en la figura siguiente un “alto-bajo-bajo-bajo-bajo-bajo-alto” significa la letra mayúscula A y un “bajo-alto-bajo-bajo-alto-bajo” es para el carácter “&”.
Figura 2
Utilizando este patrón de código de 8 bits (uno de arranque y siete de información) pueden lograrse 128 combinaciones diferentes que son suficientes para todos los caracteres del alfabeto latino, letras mayúsculas y minúsculas, símbolos, signos etc.
De la misma, forma cada una de estas combinaciones corresponderá a un dígito binario del 0 al 128 como veremos a continuación. Veamos:
Lo que se describe ahora es muy importante para entender la electrónica digital.
Decíamos que las combinaciones posibles eran tratadas como números binarios.
En la aritmética normal se utiliza la forma decimal de escribir las cifras donde cada lugar de la cifra corresponde a las unidades, decenas , centenas , miles... etc. De manera que cada lugar es 10 veces mayor que el lugar anterior y se utilizan 10 símbolos del 0 al 9. Sin embargo, en la matemática binaria solo se utilizan dos símbolos (cero y uno) y cada lugar dentro de la notación de derecha a izquierda resulta doble del anterior, así tenemos que el primer lugar de la derecha corresponde al uno, luego dos, después cuatro,... ocho, diez y seis, treinta y dos sesenta y cuatro, ...etc.
Para formar el número final, se suman los valores digitales de todos los lugares, de manera que donde aparezca un 1 se toma el valor del dígito binario correspondiente al lugar y donde aparezca un cero no se considera porque tiene un valor 0. De esta forma, como se muestra en la figura 3, un número cualquiera se puede escribir como una serie de “unos” y “ceros”.
Figura 3
Para entender; el número 1 se escribe como 1. El dos como 10, lo que se lee como “uno-cero” y significa que hay un 2 y ningún 1. El tres sería 11 que se lee como “uno-uno”(no once) y significa que hay un 2 y un 1 los que sumados darán tres. Para el cuatro tenemos 100 que se lee “uno-cero-cero” y significa que hay un 4, ningún 2 y ningún 1 y así sucesivamente pueden escribirse todos los dígitos.
Cada 0 y 1 en el número binario se llama en Inglés binary digit o bit para acortar, por lo que bit también significa la menor pieza de información posible en un sistema digital y expresa que solo pueden existir dos posibilidades dentro de un número binario, por ejemplo, el séptimo bit, de un número binario cualquiera, puede decir solo dos cosas “Sí, súmese un 64 en este número” o “No, no sume 64 en este número”.
Entendido esto, puede determinarse con facilidad que la letra mayúscula A corresponde al número binario 65, cuando la computadora envió el código“alto-bajo-bajo-bajo-bajo-bajo-alto” a la impresora en la figura 2, de hecho recibió el número binario 1000001 lo que significa que hay un 64, ningún 32, ningún 16, ningún 8, ningún 4, ningún 2, y hay un 1 es decir 65
Cada carácter que la computadora manda a la impresora está codificado como un número binario de 7 bits como este, mas el bit de arranque al comienzo, de tal forma que podemos decir que realmente lo que se envía a la impresora es una serie de números binarios. La impresora en cambio interpreta cada número como un carácter y lo escribe como tal. Este tipo de intercambio de datos se conoce como Serie porque se trasmiten los bits en serie uno detrás del otro.
El ASCII (American Standard Code for Information Interchange) es el código mas utilizado para transmitir caracteres y códigos de control. Fue desarrollado antes de que se inventaran las computadoras para el enviado automático de telegramas con teclado en los llamados Teletipos.
Una forma de trasmisión de datos mas rápida donde todos los bits se mandan al mismo tiempo se conoce como trasmisión en paralelo.
Trasmisión digital binaria en paralelo
Hemos visto que la trasmisión de datos de manera digital binaria consiste en una serie de bits (ceros y unos) los que son usualmente acomo números binarios y que si estos bits se envían a través de un cable simple , irían unos detrás de otros en la conexión llamada serie.
Sin embargo en muchas partes de los sistemas digitales, grupos de varios bits se envían de un punto a otro al mismo tiempo. Este método se llama trasmisión en paralelo. Por ejemplo, una gran parte de las computadoras trasmiten los datos a las impresoras por este método.
Un grupo de bits transmitidos y almacenados juntos, en un sistema digital se llama byte, un byte nominalmente hablando consiste en ocho bits.
En la transmisión en paralelo para la transmisión de bytes de ocho bits el cable de conexión tiene 10 hilos, uno de tierra, uno denominado reloj y ocho de transmisión de los bits, los cables de transmisión de bits (o de datos), están numerados del 0 al 7 y cada uno tiene el valor binario correspondiente, de manera que el hilo 0 vale 1, el hilo 1 vale 2, el hilo 3 vale 4, el hilo 5 vale 8, y así sucesivamente igual que los lugares de los números binarios.
El hilo denominado reloj puede tener dos estados como en todo sistema digital "alto" y "bajo" y sirve para indicar al dispositivo receptor de la información, cuando debe leer los datos contenidos en los cables de transmisión. Veamos como se realiza la transmisión.
Supongamos el caso de que estamos transmitiendo un documento de texto de una computadora a una impresora y que están conectadas por un cable paralelo. La computadora entonces coloca "ceros" y "unos" a los cables correspondientes del grupo de ocho transmisores de datos en correspondencia con el dígito binario que será interpretado por la impresora como un carácter y cambia el reloj de "bajo" para "alto" diciéndole a la impresora que en ese momento debe leer la información, lo que esta realiza obedientemente y con ello determina cual es el carácter recibido para imprimirlo en el papel, una repetición sistemática de este acto adecuando los valores de los "ceros" y los "unos" en los cables de datos sincronizados con los pulsos del reloj, va transfiriendo la información deseada hasta completar el documento. Con este método todos los bits de un byte se mandan al mismo tiempo por lo que la transferencia de datos se hace notablemente mas rápida que con el método serie.
Esta descripción simplificada de la transmisión de datos referida a texto es simple porque con un byte (ocho bits) es suficiente y de sobra para la manipulación de los caracteres comunes, pero cuando hablamos de la transmisión de imágenes a color a la impresora o a la pantalla la cosa se complica debido a que la computadora lo que tiene que hacer es dividir la imagen en pequeñas áreas en una especie de cuadriculado diminuto y tomar la información del color de cada área y enviarla a la impresora o a la pantalla, como un número digital igual que los caracteres de texto. La inmensa gama de colores, tonos y matices que pueden existir, obliga a utilizar mas de 8 bits para cubrirla por lo que para estos fines se usan paquetes de 16, 24 o 32 bits, de acuerdo a la complejidad de la acción que se ejecuta.
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