compansión

La compansión es una técnica de procesamiento de señales que reduce el ruido al comprimir la señal en el transmisor y expandirla en el receptor. El nombre, una contracción de compresión-expansión, describe el ciclo completo. En aplicaciones de energía y servicios públicos, particularmente en telemetría remota y sistemas SCADA, la compansión protege las señales débiles que viajan largas distancias a través de canales ruidosos, ya sean portadoras de línea eléctrica, enlaces de radio o fibra óptica. Una señal débil que llega a una subestación o centro de control puede reconstruirse con gran parte de su ruido filtrado, mejorando la relación señal-ruido sin requerir más potencia de transmisión.

La mecánica es sencilla: un compresor en el extremo transmisor amplifica los detalles de la señal suave mientras limita los picos, creando una escala no lineal. Las porciones ruidosas se suprimen; las porciones silenciosas se amplifican. Esta señal comprimida se transmite tal cual. En el extremo receptor, un expansor aplica la transformación inversa, restaurando el rango dinámico de la señal original mientras deja el ruido en gran medida atrás. Debido a que el ruido se agrega típicamente de manera uniforme a lo largo de la ruta de la señal, el compansor preserva la información de la señal deseada mientras atenúa el ruido que se agregó durante la transmisión.

Variantes y aplicaciones prácticas

Los esquemas de compansión difieren principalmente en su ley de compresión. La ley Mu (utilizada en América del Norte y Japón) y la ley A (utilizada en Europa y la mayor parte del mundo) son los estándares dominantes en telecomunicaciones y comunicaciones de servicios públicos. La ley Mu utiliza una curva logarítmica con un valor mu de 255; la ley A utiliza una aproximación lineal por partes. Ambas fueron estandarizadas por la UIT para permitir la interoperabilidad entre fabricantes de equipos. En los sistemas analógicos de portadora de línea eléctrica, la compansión mejora la inteligibilidad de la voz y la señalización de datos en frecuencias entre 9 kHz y 500 kHz. Las implementaciones digitales aplican la curva de compresión a las señales muestreadas antes de la transmisión, y luego el expansor después de la recepción.

Surgen problemas cuando los compansores no coinciden: si un receptor utiliza la ley de expansión incorrecta para la compresión aplicada, la salida se distorsiona y es ininteligible. Los diseñadores del sistema deben asegurarse de que el transmisor y el receptor utilicen el mismo estándar. La compansión también funciona mejor cuando la señal es débil en relación con el ruido; si la señal ya está limpia, la compansión agrega procesamiento innecesario y una ligera distorsión. En los sistemas digitales modernos con corrección de errores hacia adelante y mayor disponibilidad de ancho de banda, parte de la compansión heredada ha sido reemplazada por esquemas de filtrado de ruido más simples, aunque la compansión sigue integrada en muchas redes de comunicación de servicios públicos más antiguas.

La compansión difiere de la amplificación simple porque es no lineal y selectiva. Un aumento de ganancia directo amplificaría el ruido por igual con la señal. La compansión sacrifica la fidelidad máxima por la inteligibilidad general, un intercambio que vale la pena en la telemetría de servicios públicos ruidosa donde el objetivo es detectar cambios de estado y condiciones de falla, no preservar la perfección de la forma de onda. La técnica también es distinta de la compresión de datos; la compansión no reduce el ancho de banda o la velocidad de transmisión, solo mejora la calidad de la señal en presencia de ruido.