4.4 Conceptos básicos sobre codificación de las señales de networking
4.4.2 Modulación y codificación
Nota para el instructor
  La función clave de este indicador de objetivos es distinguir entre dos términos que se utilizan frecuentemente en el ámbito de networking y que, si bien son similares, se deben distinguir uno del otro. Modulación significa utilizar una señal para modificar otra. De esta forma, en la Amplitud Modulada, la onda de señal modifica la amplitud de la onda portadora. En la Frecuencia Modulada, la onda de señal modifica la frecuencia de la onda portadora. En la modulación de fase, la onda de señal modifica la fase relativa de la onda portadora.

La codificación es un término algo más amplio. En su definición más sucinta, la codificación es la forma en que se representan el cero y el uno binario. Utilizamos el término en el sentido más amplio para mostrar de qué forma el uno binario y el cero binario se representan físicamente. Este concepto debe ser tangible para los estudiantes: la comunicación de datos codifica los unos y los ceros binarios como voltajes en cobre (utilizando varios esquemas de codificación, como por ejemplo NRZ, Manchester, 4B/5B), codifica la luz en fibra óptica (nuevamente, usando varios esquemas como por ejemplo 4B/5B y 8B/10B), y codifica las ondas EM en el espacio libre (utilizando una gran variedad de esquemas). Nuevamente, a través de la codificación, se pueden representar las abstracciones matemáticas (unos y ceros binarios) en elementos mensurables en el mundo físico.

Además, los estudiantes deben saber que históricamente los mensajes se han codificado como voltajes en alambres de cobre desde hace por lo menos 150 años. En segundo lugar, deben tomar conciencia de que muchas redes modernas todavía utilizan impulsos de voltaje en alambres de cobre para realizar comunicaciones de datos. Nuevamente, resulta de gran ayuda realizar una demostración con un osciloscopio, de ser posible.

Además, los estudiantes deben saber que históricamente los mensajes se han codificado como pulsos de luz visible durante cientos de años, aunque a velocidades de transmisión de datos relativamente lentas. En segundo lugar, los estudiantes deben tomar conciencia de que muchas redes de datos modernas utilizan LED de impulso y luz de láser en fibras ópticas y en el espacio libre para realizar la comunicación de los datos. Un lápiz de láser y un cable de conexión de fibra óptica son herramientas de demostración muy útiles para este indicador de objetivos.

Por otra parte, los estudiantes deben saber que históricamente los mensajes se han codificado como ondas electromagnéticas desde hace aproximadamente 100 años. Finalmente, los estudiantes deben tomar conciencia de que muchas redes de datos modernas utilizan las ondas electromagnéticas (sin límites) transmitidas a través del espacio abierto para la comunicación de los datos. Estas redes se conocen comúnmente como redes inalámbricas y utilizan por lo general las ondas infrarrojas, microondas y de radio del espectro electromagnético. Una radio AM/FM y un osciloscopio son herramientas útiles de demostración para este indicador de objetivos.

Codificación significa convertir los 1 y los 0 en algo real y físico, tal como:
  • Un pulso eléctrico en un cable
  • Un pulso luminoso en una fibra óptica
  • Un pulso de ondas electromagnéticas en el espacio.

Dos métodos para lograr esto son la codificación TTL y la codificación Manchester.

La codificación TTL (lógica transistor-transistor) es la más sencilla. Se caracteriza por una señal alta y una señal baja (a menudo +5 o +3,3 V para 1 binario y 0 V para 0 binario). En el caso de las fibras ópticas, el 1 binario puede ser un LED o una luz láser brillante, y el 0 binario oscuro o sin luz. En el caso de las redes inalámbricas, el 1 binario puede significar que hay una onda portadora y el 0 binario que no hay ninguna portadora.

La codificación Manchester es más compleja, pero es inmune al ruido y es mejor para mantener la sincronización. En el caso de la codificación Manchester, el voltaje del cable de cobre, el brillo del LED o de la luz láser en el caso de la fibra óptica o la energía de una onda EM en el caso de un sistema inalámbrico hacen que los bits se codifiquen como transiciones. Observe que la codificación Manchester da como resultado que los 1 se codifiquen como una transición de baja a alta y que el 0 se codifique como una transición de alta a baja. Dado que tanto los 0 como los 1 dan como resultado una transición en la señal, el reloj se puede recuperar de forma eficaz en el receptor.

La modulación, que específicamente significa tomar una onda y cambiarla, o modularla, para que transporte información, está relacionada estrechamente con la codificación. Para dar una idea de lo que es modulación, examinaremos tres maneras de modificar, o modular, una onda "portadora" para codificar bits:

  • En AM (amplitud modulada), la amplitud o altura, de una onda sinusoidal portadora se modifica para transportar el mensaje.
  • En FM (frecuencia modulada), la frecuencia, u ondulación, de la onda portadora se modifica para transportar el mensaje.
  • En PM (modulación de fase), la fase, o los puntos de inicio o fin de un ciclo determinado de la onda se modifica para transportar el mensaje.

También existen otras formas de modulación más complejas. La figura muestra tres maneras a través de las cuales se pueden codificar los datos binarios en una onda portadora mediante el proceso de modulación El 11 Binario (Nota: ¡que se lee como uno uno, no once!) se puede comunicar en una onda ya sea por AM (onda encendida/onda apagada), FM (la onda presenta numerosas oscilaciones para los unos, pocas para los ceros), o PM (un tipo de cambio de fase para los 0, otro tipo de cambio para los 1).

Los mensajes se pueden codificar de varias formas:

  1. Como voltajes en el caso de cobre; las codificaciones Manchester y NRZI son populares en el caso de las redes basadas en cobre.

  2. Como luz guiada; las codificaciones Manchester y 4B/5B son populares en el caso de redes basadas en fibra óptica.

  3. Como ondas EM radiadas; una amplia variedad de esquemas de codificación (variaciones en AM, FM y PM) se utilizan en el caso de las redes inalámbricas.

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