codificaciÓn en lÍnea tema v codificaciÓn en lÍnea tema v repÚblica bolivariana de venezuela...

CODIFICACIÓN CODIFICACIÓN EN LÍNEAEN LÍNEA

Tema VTema V

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica

SumarioSumario

1. Introducción1. Introducción

2. Propiedades de los Códigos en Línea2. Propiedades de los Códigos en Línea

3. Formatos de Señalización Binaria3. Formatos de Señalización Binaria

4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos

5. Codificación5. Codificación DiferencialDiferencial

6. Patrones de Ojos6. Patrones de Ojos

7. Otra visión de la codificación en línea7. Otra visión de la codificación en línea

Motivación del TemaMotivación del Tema

La codificación de línea se puede entender como … La codificación de línea se puede entender como …

Las diferentes maneras de representar los Las diferentes maneras de representar los unos y ceros que componen una señal digital unos y ceros que componen una señal digital

para adaptarla eficientemente al medio de para adaptarla eficientemente al medio de transmisión. transmisión.

Propiedades deseables de los Propiedades deseables de los Códigos de Línea.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).

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.


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 Señalización Formatos de Señalización BinariasBinarias

1.1. Señalización UnipolarSeñalización Unipolar:: Usando lógica Usando lógica positiva, el “1” binario se representa con positiva, el “1” binario se representa con un nivel alto de voltaje (+A Volts) y un un nivel alto de voltaje (+A Volts) y un “0” binario con un nivel de cero Volts. “0” binario con un nivel de cero Volts.

2.2. Señalización PolarSeñalización Polar:: Los unos y los Los unos y los ceros binarios se representan por medio ceros binarios se representan por medio de niveles positivos y negativos de igual de niveles positivos y negativos de igual voltaje.voltaje.

3.3. Señalización Bipolar (Pseudoternaria)Señalización Bipolar (Pseudoternaria):: Los “1” binarios se representan por Los “1” binarios se representan por medio de valores alternadamente medio de valores alternadamente negativos y positivos. El “0” binario se negativos y positivos. El “0” binario se representa con un nivel cero. El término representa con un nivel cero. El término pseudoternario se refiere al uso de tres pseudoternario se refiere al uso de tres niveles de señales codificadas para niveles de señales codificadas para representar datos de dos niveles representar datos de dos niveles (binarios). (binarios).


4.4. Señalización ManchesterSeñalización Manchester: :

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


Convenimientos PreviosConvenimientos Previos

Con frecuencia se utilizan notaciones abreviadas para estos formatos, las cuales son:

1. Unipolar NRZ se nombrará simplemente como unipolar.

2. Polar NRZ como Polar.3. Bipolar RZ como Bipolar.

Formatos de Formatos de Señalización Señalización

BinariaBinaria

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

binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Unipolar NRZ. Unipolar NRZ.

)(

11

4)(

22

fTfT

fTsenTAfP

bb

bbZunipolarNR

SSeñalización Polar NRZ. eñalización Polar NRZ.

2

2)(

b

bbNRZpolar fT

fTsenTAfP


binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Unipolar RZ. Unipolar RZ.

)(1

1

2

2

16)(

2

2

bnbb

b

bRZunipolar T

nf

TfT

fTsen

TAfP


binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Bipolar RZ. Bipolar RZ.

)(

2

2

8)( 2

2

2

bb

b

bRZbipolar fTsen

fT

fTsen

TAfP


binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Manchester NRZManchester NRZ

)2(

2

2)( 2

2

2 b

b

b

bNRZManchesterfTsen

fT

fTsen

TAfP


binariosbinarios

Comparación entre los Comparación entre los diferentes modos de diferentes modos de

codificación.codificación.

Tabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de LíneasTabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de Líneas

Tipo de código

Primer ancho de banda nulo

(Hz)

Eficiencia Espectral

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

NRZR 1

Polar NRZ R 1

Unipolar RZ 2R ½

Bipolar NRZ R 1

Manchester NRZ

2R ½

Niveles Múltiples

NRZ

R/L* L

Codificación DiferencialCodificación DiferencialLos datos Los datos diferenciales diferenciales codificados son codificados son generados por:generados por:

1 nnn ede

Los datos codificados recibidos se Los datos codificados recibidos se decodifican mediantedecodifican mediante

1

~~~

nnn eed

AA BB SALSAL

00 00 00

00 11 11

11 00 11

11 11 00

Compuerta Or-Ex

Generación de Codificación Generación de Codificación Diferencial.Diferencial.

Ejemplo de Uso de Codificación Ejemplo de Uso de Codificación DiferencialDiferencial

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

AA BB SALSAL

00 00 00

00 11 11

11 00 11

11 11 00

Compuerta Or-Ex

Se compara el valor lógico del dato actual con el anterior

Valor Inicial Arbitrario

Patrones de Ojos: Medida práctica de Patrones de Ojos: Medida práctica de los niveles de ruido del código de los niveles de ruido del código de

línea.línea.El efecto de la filtración y ruido en un canal se ve El efecto de la filtración y ruido en un canal se ve

observando el código de línea recibido en un observando el código de línea recibido en un osciloscopio. osciloscopio.

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

1.1. Filtración de canal idealFiltración de canal ideal2.2. Filtración que produce interferencia Filtración que produce interferencia

intersímbolos (ISI)intersímbolos (ISI)3.3. Ruido más ISI Ruido más ISI

Formas de Ondas de Patrones Formas de Ondas de Patrones de Ojosde Ojos

EEl Patrón de Ojo proporciona la l Patrón de Ojo proporciona la siguiente información:siguiente información:

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

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

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

SEGUNDA VISIÓN DE LOS SEGUNDA VISIÓN DE LOS HECHOS….HECHOS….

A continuación A continuación analizaremos la analizaremos la

codificación de línea vista codificación de línea vista por otro autor, en este por otro autor, en este

caso W. Stallings.caso W. Stallings.

Formatos de codificación digital Formatos de codificación digital de señalesde señales

DefinicióDefinición de cada n de cada

uno de uno de los los

CODIGOS CODIGOS más más

empleadoempleadoss

Formatos de codificación digital Formatos de codificación digital de señalesde señales

Resumen Resumen de las de las

técnicas técnicas de de

codificacicodificación en ón en línealínea

No Retorno a Cero (NRZ, No Retorno a Cero (NRZ, Nonreturn to zero)Nonreturn to zero)

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

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

No Retorno a Cero con Inversión No Retorno a Cero con Inversión de unos (NRZI)de unos (NRZI)

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

El caso de NRZI, es una codificación diferencial.El caso de NRZI, es una codificación diferencial.

Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior. señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior.

Este esquema de polarización no es vulnerable a la Este esquema de polarización no es vulnerable a la inversión de cables en el proceso de transmisión, es inversión de cables en el proceso de transmisión, es decir la inversión de la polaridad en los cables de decir la inversión de la polaridad en los cables de transmisión no afecta los datos.transmisión no afecta los datos.


RepresentacRepresentación ión

EspectralEspectral

de lade la

CodificaciónCodificación


Binarios MultinivelBinarios Multinivel

Estos códigos usan más de dos Estos códigos usan más de dos niveles de señal.niveles de señal.

Los casos son:Los casos son:

1.1. Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion)

2. Pseudoternario

BIFASEBIFASE

Engloba todo un conjunto de técnicas de Engloba todo un conjunto de técnicas de codificación alternativas, diseñadas para codificación alternativas, diseñadas para superar las dificultades encontradas en superar las dificultades encontradas en los códigos NRZ.los códigos NRZ.

Dos de estas técnicas, son:Dos de estas técnicas, son:

1.1. Manchester

2. Manchester diferencial

Manchester y Manchester Manchester y Manchester DiferencialDiferencial


EspectralEspectral

de lade la


Técnicas de Técnicas de << <<ScramblingScrambling> >> >

La idea que se sigue es:La idea que se sigue es:

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

En el receptor:En el receptor:

Se debe identificar la secuencia Se debe identificar la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia original. original.

La secuencia reemplazada tendrá la La secuencia reemplazada tendrá la misma longitud que la original, por lo cual misma longitud que la original, por lo cual no se produce cambio de velocidadno se produce cambio de velocidad


Los objetivos sonLos objetivos son

1.1. Evitar la componente en continuaEvitar la componente en continua

2.2. Evitar las secuencias largas que Evitar las secuencias largas que correspondan a señales de tensión nulacorrespondan a señales de tensión nula

3.3. No reducir la velocidad de transmisión de No reducir la velocidad de transmisión de los datoslos datos

4.4. Tener cierta capacidad para detectar Tener cierta capacidad para detectar erroreserrores


Reglas de CodificaciónReglas de Codificación

1.1. B8ZS (Bipolar with 8-Zeros B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution) utilizado en Substitution) utilizado en Norteamérica.Norteamérica.

2.2. HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) utilizado en Europa y Japón.utilizado en Europa y Japón.


Técnicas de Técnicas de <<ScramblingScrambling>>B8ZS (Bipolar with 8-Zeros B8ZS (Bipolar with 8-Zeros

Substitution)Substitution)Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:

a)a) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, codificar dicho octeto octeto fue positivo, codificar dicho octeto con con 0 0 0 + - 0 - +0 0 0 + - 0 - +

b)b) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, codificar dicho octeto octeto fue negativo, codificar dicho octeto como como 0 0 0 - + 0 + -0 0 0 - + 0 + -

V: violación de secuencia bipolarV: violación de secuencia bipolar

B: bit bipolar validoB: bit bipolar valido

EstrategiaEstrategia::

Pulso anterior: + Pulso anterior: + → → 0 0 0 + - 0 - +0 0 0 + - 0 - +

Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -


Substitution)Substitution)

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

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


Substitution)Substitution)

Técnicas de Técnicas de <<ScramblingScrambling>>HDB3 (High Density Bipolar 3 HDB3 (High Density Bipolar 3

Zeros)Zeros)

Se basa en la codificación AMI.Se basa en la codificación AMI.

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

El cuarto cero se sustituye por El cuarto cero se sustituye por una violación del código.una violación del código.

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3en HDB3

Numero de Pulsos Bipolares (unos) desde la última sustitución

Polaridad del pulso anterior

Impar Par

- 000- +00+

+ 000+ -00-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.


Zeros)Zeros)

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

Numero Impar de 1’sDesde la última sust.


Zeros)Zeros)

Actividades ComplementariasActividades Complementarias

1.1. Analice los contenidos de este tema Analice los contenidos de este tema consultando la bibliografía.consultando la bibliografía.

2.2. Resuelva algunos problemas planteados en Resuelva algunos problemas planteados en el libro de W Stallings.el libro de W Stallings.

FIN TEMA 5FIN TEMA 5

GraciasGracias

Bipolar AMIBipolar AMI El “0” binario se representa por ausencia de señal El “0” binario se representa por ausencia de señal

y el “1” binario se representa como un pulso y el “1” binario se representa como un pulso positivo o negativo.positivo o negativo.

Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener una polaridad alternante.una polaridad alternante.

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

Bipolar AMIBipolar AMI


EspectralEspectral

de lade la


Bipolar AMIBipolar AMI Ventajas:Ventajas:

1.1. Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.

2.2. No hay componente CDNo hay componente CD

3.3. El ancho de banda es, menor que para NRZEl ancho de banda es, menor que para NRZ

4.4. Se puede usar la alternancia para los “1” como Se puede usar la alternancia para los “1” como una forma de detectar errores.una forma de detectar errores.

Desventajas:Desventajas:

1.1. Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.

PseudoternarioPseudoternario Se tiene una codificación con tres niveles.Se tiene una codificación con tres niveles. Para este caso el bit “1” se representa por la Para este caso el bit “1” se representa por la

ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos de polaridad alternante.de polaridad alternante.

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

PseudoternarioPseudoternario


EspectralEspectral

de lade la



VentajasVentajas1.1. Se puede enviar la señal de sincronismo con Se puede enviar la señal de sincronismo con

la información.la información.

2.2. No se tiene componente contínua.No se tiene componente contínua.

3.3. Se disminuye el ancho de bandaSe disminuye el ancho de banda

4.4. El mayor nivel de energía está ubicado a la El mayor nivel de energía está ubicado a la mitad de la frecuencia normalizadamitad de la frecuencia normalizada


DesventajasDesventajas1.1. Una larga cadena de “1” hace perder el Una larga cadena de “1” hace perder el

sincronismo.sincronismo.

2.2. El sistema receptor se ve obligado a El sistema receptor se ve obligado a distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.

3.3. Requiere 1,58 bits para transportar solo un Requiere 1,58 bits para transportar solo un bit de información.bit de información.

bits58,13log2

Codificación ManchesterCodificación Manchester Siempre hay una transición en mitad Siempre hay una transición en mitad

del intervalo de duración del bit. Sirve del intervalo de duración del bit. Sirve como procedimiento de sincronización.como procedimiento de sincronización.

Regla:Regla:

a) “1” lógico: transición de bajo a alto.a) “1” lógico: transición de bajo a alto.b) “0” lógico: transición de alto a bajo.b) “0” lógico: transición de alto a bajo.

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

Codificación ManchesterCodificación Manchester

Codificación Manchester: Codificación Manchester: Comparación con otras CodificacionesComparación con otras Codificaciones

Manchester DiferencialManchester Diferencial La transición en mitad del intervalo La transición en mitad del intervalo

se utiliza tan solo para se utiliza tan solo para proporcionar sincronización. proporcionar sincronización.

La codificación de “0” se La codificación de “0” se representa por la presencia de una representa por la presencia de una transicion al transicion al principio del intervaloprincipio del intervalo del bit, y un 1 se representa del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia de una mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo.transición al principio del intervalo.

Manchester DiferencialManchester Diferencial

Manchester Diferencial:Manchester Diferencial:Comparación con otras TécnicasComparación con otras Técnicas

codificaciÓn en lÍnea tema v codificaciÓn en lÍnea tema v repÚblica bolivariana de venezuela...

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