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CODIFICACIÓN EN LÍNEA Tema V

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CODIFICACIÓN EN LÍNEA Tema V. Sumario. 1. Introducción 2. Propiedades de los Códigos en Línea 3. Formatos de Señalización Binaria 4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos 5. Codificación Diferencial 6. Patrones de Ojos 7. Otra visión de la codificación en línea.

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Presentation Transcript
sumario
Sumario

1. Introducción

2. Propiedades de los Códigos en Línea

3. Formatos de Señalización Binaria

4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos

5. CodificaciónDiferencial

6. Patrones de Ojos

7. Otra visión de la codificación en línea

motivaci n del tema
Motivación del Tema

La codificación de línea se puede entender como …

Las diferentes maneras de representar los unos y ceros que componen una señal digital para adaptarla eficientemente al medio de transmisión.

propiedades deseables de los c digos de l nea
Propiedades deseables de los Códigos de Línea.

Auto sincronización: Debe poseer suficiente información de temporización incorporada al código de manera que se pueda diseñar la sincronización para extraer la señal de sincronización o de reloj.

Baja probabilidad de error de bits: Se pueden diseñar receptores para recuperar datos binarios con una baja probabilidad de error de bits cuando la señal de datos de entrada se corrompe por ruido o ISI (Interferencia InterSimbolo).

slide5

Propiedades deseables de los Códigos de Línea.

Un espectro adecuado para el canal: Por ejemplo, si el canal es acoplado de ca, la densidad espectral de potencia de la señal de codificación de líneas será insignificante a frecuencias cercanas a cero.

Ancho de banda del canal de transmisión: Debe ser tan pequeño como sea posible. Esto facilita la transmisión de la señal en forma individual o la multicanalización.

slide6

Propiedades deseables de los Códigos de Línea.

Capacidad de detección de errores: Debe ser posible poner en practica esta característica con facilidad para la adición de codificadores y decodificadores de canal, o debe incorporarse al código de línea.

Transparencia:El protocolo de datos y el código de líneas están diseñados de modo que toda secuencia posible de datos se reciba fiel y transparentemente.

formatos de se alizaci n binarias
Formatos de Señalización Binarias
  • Señalización Unipolar: Usando lógica positiva, el “1” binario se representa con un nivel alto de voltaje (+A Volts) y un “0” binario con un nivel de cero Volts.  
  • Señalización Polar: Los unos y los ceros binarios se representan por medio de niveles positivos y negativos de igual voltaje.
formatos de se alizaci n binarias1
Formatos de Señalización Binarias
  • Señalización Bipolar (Pseudoternaria): Los “1” binarios se representan por medio de valores alternadamente negativos y positivos. El “0” binario se representa con un nivel cero. El término pseudoternario se refiere al uso de tres niveles de señales codificadas para representar datos de dos niveles (binarios).
formatos de se alizaci n binarias2
Formatos de Señalización Binarias
  • Señalización Manchester:

Cada “1” binario se representa con un pulso de período de medio bit positivo seguido por un pulso de período de medio bit negativo. Del mismo modo, el “0” binario se representa con un pulso de período de medio bit negativo seguido por un pulso de período de medio bit positivo.

convenimientos previos
Convenimientos Previos
  • Con frecuencia se utilizan notaciones abreviadas para estos formatos, las cuales son:
    • Unipolar NRZ se nombrará simplemente como unipolar.
    • Polar NRZ como Polar.
    • Bipolar RZ como Bipolar.
an lisis de los espectros de potencia de los c digos de l nea binarios
Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios

Señalización Unipolar NRZ.

an lisis de los espectros de potencia de los c digos de l nea binarios1
Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios

Señalización Polar NRZ.

slide14

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios

Señalización Unipolar RZ.

slide15

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios

Señalización Bipolar RZ.

slide16

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios

SeñalizaciónManchester NRZ

comparaci n entre los diferentes modos de codificaci n

Tipo de código

Primer ancho de banda nulo (Hz)

Eficiencia Espectral

R/B [(bits/seg)/Hz]

Unipolar NRZ

R

1

Polar NRZ

R

1

Unipolar RZ

2R

½

Bipolar NRZ

R

1

Manchester NRZ

2R

½

Niveles Múltiples NRZ

R/L*

L

Comparación entre los diferentes modos de codificación.

Tabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de Líneas

codificaci n diferencial
Codificación Diferencial

Compuerta Or-Ex

Los datos diferenciales codificados son generados por:

Los datos codificados recibidos se decodifican mediante

ejemplo de uso de codificaci n diferencial

Codificación

Código resultante

Secuencia de entrada

dn

1

1

1

0

1

0

0

1

Secuencia codificada

en

0

1

1

0

0

0

1

a) Decodificación (con polaridad correcta)

Secuencia recibida

1

0

1

1

0

0

0

1

Secuencia decodificada

1

1

0

1

0

0

1

b) Decodificación (con polaridad invertida)

Secuencia recibida

0

1

0

0

1

1

1

0

Secuencia decodificada

1

1

0

1

0

0

1

Ejemplo de Uso de Codificación Diferencial

Valor Inicial Arbitrario

Compuerta Or-Ex

Se compara el valor lógico del dato actual con el anterior

patrones de ojos medida pr ctica de los niveles de ruido del c digo de l nea
Patrones de Ojos: Medida práctica de los niveles de ruido del código de línea.

El efecto de la filtración y ruido en un canal se ve observando el código de línea recibido en un osciloscopio.

En la imagen siguiente se muestran formas de onda polares NRZ dañadas en los casos de:

  • Filtración de canal ideal
  • Filtración que produce interferencia intersímbolos (ISI)
  • Ruido más ISI
e l patr n de ojo proporciona la siguiente informaci n
El Patrón de Ojo proporciona la siguiente información:

El error de sincronización permitido en el muestreador del receptor esta dado por el ancho del ojo, conocido como apertura del ojo.

La sensibilidad al error de sincronización esta dada por la pendiente de la apertura del ojo, evaluada en o cerca del cruce por cero.

El margen de ruido del sistema esta dado por la altura de la apertura del ojo.

segunda visi n de los hechos
SEGUNDA VISIÓN DE LOS HECHOS….

A continuación analizaremos la codificación de línea vista por otro autor, en este caso W. Stallings.

formatos de codificaci n digital de se ales
Formatos de codificación digital de señales

Definición de cada uno de los CODIGOS más empleados

slide26

Formatos de codificación digital de señales

Resumen de las técnicas de codificación en línea

no retorno a cero nrz nonreturn to zero
No Retorno a Cero (NRZ, Nonreturn to zero)

El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo.

NRZ-L, Nivel No Retorno a Cero (NonReturn to Zero Level)

no retorno a cero con inversi n de unos nrzi
No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)

El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” no cambia el nivel, el “1” cambia alternadamente el nivel.

no retorno a cero con inversi n de unos nrzi1
No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)
  • El caso de NRZI, es una codificación diferencial.
  • Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior.
  • Este esquema de polarización no es vulnerable a la inversión de cables en el proceso de transmisión, es decir la inversión de la polaridad en los cables de transmisión no afecta los datos.
no retorno a cero con inversi n de unos nrzi2
No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)

Representación

Espectral

de la

Codificación

binarios multinivel
Binarios Multinivel
  • Estos códigos usan más de dos niveles de señal.
  • Los casos son:
      • Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion)
      • Pseudoternario
bifase
BIFASE
  • Engloba todo un conjunto de técnicas de codificación alternativas, diseñadas para superar las dificultades encontradas en los códigos NRZ.
  • Dos de estas técnicas, son:
      • Manchester
      • Manchester diferencial
manchester y manchester diferencial
Manchester y Manchester Diferencial

Representación

Espectral

de la

Codificación

t cnicas de scrambling
Técnicas de <<Scrambling> >

La idea que se sigue es:

Reemplazar las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante por otras secuencias que proporcionen suficiente número de transiciones, de forma tal que el reloj del receptor pueda mantenerse sincronizado.

t cnicas de scrambling1
Técnicas de <<Scrambling> >
  • En el receptor:
  • Se debe identificar la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia original.
  • La secuencia reemplazada tendrá la misma longitud que la original, por lo cual no se produce cambio de velocidad
t cnicas de scrambling2
Técnicas de <<Scrambling> >
  • Los objetivos son
  • Evitar la componente en continua
  • Evitar las secuencias largas que correspondan a señales de tensión nula
  • No reducir la velocidad de transmisión de los datos
  • Tener cierta capacidad para detectar errores
t cnicas de scrambling3
Técnicas de <<Scrambling> >
  • Reglas de Codificación
  • B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) utilizado en Norteamérica.
  • HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) utilizado en Europa y Japón.
t cnicas de scrambling b8zs bipolar with 8 zeros substitution
Técnicas de <Scrambling>B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
  • Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:
  • Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, codificar dicho octeto con 0 0 0 + - 0 - +
  • Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, codificar dicho octeto como 0 0 0 - + 0 + -
t cnicas de scrambling b8zs bipolar with 8 zeros substitution1
Técnicas de <Scrambling>B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)

Estrategia:

Pulso anterior: + → 0 0 0 + - 0 - +

Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -

V: violación de secuencia bipolar

B: bit bipolar valido

t cnicas de scrambling b8zs bipolar with 8 zeros substitution2
Técnicas de <Scrambling>B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)

Con este procedimiento se fuerzan dos violaciones de código del código AMI, combinaciones de señalización no permitidos por el código.

El receptor identificará ese patrón y lo interpretará convenientemente como un octeto todo ceros.

t cnicas de scrambling hdb3 high density bipolar 3 zeros
Técnicas de <Scrambling>HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

Se basa en la codificación AMI.

Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos.

El cuarto cero se sustituye por una violación del código.

t cnicas de scrambling hdb3 high density bipolar 3 zeros1
Técnicas de <Scrambling>HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

La sustitución dependerá:

a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar.

b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de los cuatro ceros.

t cnicas de scrambling hdb3 high density bipolar 3 zeros2

Numero Impar de 1’s

Desde la última sust.

Técnicas de <Scrambling>HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

actividades complementarias
Actividades Complementarias

Analice los contenidos de este tema consultando la bibliografía.

Resuelva algunos problemas planteados en el libro de W Stallings.

bipolar ami

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

Bipolar AMI
  • El “0” binario se representa por ausencia de señal y el “1” binario se representa como un pulso positivo o negativo.
  • Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener una polaridad alternante.
bipolar ami1
Bipolar AMI

Representación

Espectral

de la

Codificación

bipolar ami2
Bipolar AMI
  • Ventajas:
  • Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.
  • No hay componente CD
  • El ancho de banda es, menor que para NRZ
  • Se puede usar la alternancia para los “1” como una forma de detectar errores.
  • Desventajas:
  • Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.
pseudoternario

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

Pseudoternario
  • Se tiene una codificación con tres niveles.
  • Para este caso el bit “1” se representa por la ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos de polaridad alternante.
pseudoternario1
Pseudoternario

Representación

Espectral

de la

Codificación

pseudoternario2
Pseudoternario
  • Ventajas
  • Se puede enviar la señal de sincronismo con la información.
  • No se tiene componente contínua.
  • Se disminuye el ancho de banda
  • El mayor nivel de energía está ubicado a la mitad de la frecuencia normalizada
pseudoternario3
Pseudoternario
  • Desventajas
  • Una larga cadena de “1” hace perder el sincronismo.
  • El sistema receptor se ve obligado a distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.
  • Requiere 1,58 bits para transportar solo un bit de información.
codificaci n manchester
Codificación Manchester
  • Siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización.
  • Regla:
  • a) “1” lógico: transición de bajo a alto.

b) “0” lógico: transición de alto a bajo.

Nota: esta regla es contraria a la utilizada por otros autores, pero se ajusta a la estandarizada en equipos de uso comercial

manchester diferencial
Manchester Diferencial
  • La transición en mitad del intervalo se utiliza tan solo para proporcionar sincronización.
  • La codificación de “0” se representa por la presencia de una transicion al principio del intervalo del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo.
ad