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COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM1 Tema 4 CODIFICACIÓN Y MODULACIÓN DIGITAL.

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1 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM1 Tema 4 CODIFICACIÓN Y MODULACIÓN DIGITAL

2 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM2 Técnicas de Codificación zDatos digitales, señales digitales zDatos analógicos, señales digitales (PCM) zDatos digitales, señales analógicas (modem) zDatos analógicos, señales analógicas (AM, FM, PM)

3 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM3 Datos digitales, señales digitales zSeñal digital: secuencia de pulsos de tensión yDiscreto, pulsos de tensión discontinuos yCada pulso es un elemento de señal yDatos binarios codificados en elementos de señal

4 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM4 Esquemas de Codificación zNo Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) zNo Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) zBinario Multinivel (Bipolar-AMI, Alternate Mask Inversion) zPseudoternarios zBifase: Manchester y Manchester Diferencial zB8ZS (Bipolar con 8 ceros de sustitución) zHDB3 (Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros)

5 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM5 No Retorno a Cero-Nivel (NRZ-L) zDos tensiones diferentes para los bits 0 y 1 zTensión constante durante el intervalo del bit yno hay transición, no retorna a tensión cero zAusencia de tensión para 0, tensión constante positiva para 1 zMás habitual, tensión negativa para un valor y tensión positiva el otro valor

6 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM6 No Retorno a Cero Invertido (NRZI) zSin retorno a cero invertido en 1s zTensión constante durante la duración de un bit zEl dato se codifica por la presencia o ausencia de una transición al principio del tiempo del bit zTransición (bajo a alto o al revés) significa un 1 zSin transición significa un 0 zEjemplo de codificación diferencial

7 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM7 NRZ Cada vez que vaya a empezar un 1 se produce una transición. Si empieza un 0 no se produce transición.

8 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM8 Codificación Diferencial zDatos representados por cambios en vez de por niveles zDetección más fiable en la transición que en el nivel zEn sistemas de transmisión complicados es fácil perder la polaridad. Si se invierte, se cambian los 0 por 1 y viceversa. Con codificación diferencial no existe este problema

9 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM9 NRZ: ventajas e inconvenientes zVentajas: yFácil de implementar yUso eficaz del ancho de banda zInconvenientes yComponente continua (DC) yAusencia de la capacidad de sincronización zUsados para grabaciones magnéticas zNo usados para transmisión de señales

10 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM10 Binario Multinivel zUsan más de dos niveles zBipolar-AMI y0 representado por ausencia de señal y1 representado por pulsos de polaridad alternante yNo hay pérdidas de sincronismo para una larga cadena de unos (sí para cadena de ceros) yNo tiene componente continua yMenor ancho de banda que NRZ ySencilla detección de errores

11 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM11 Pseudoternario zUnos representados por ausencia de señal zCeros representados por pulsos de polaridad alternante zNo tiene ventajas ni inconvenientes respecto al Bipolar-AMI

12 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM12 Bipolar-AMI y Pseudoternario

13 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM13 Inconvenientes para Binario Multinivel zNo tan eficiente como el NRZ yCada elemento de señal sólo representa un bit yEn un sistema de 3 niveles, lo que representaría log 2 3 = 1.58 bits de información yEl Receptor debe distinguir entre tres niveles (+A, -A, 0) yNecesita aproximadamente 3dB más de potencia de señal para la misma probabilidad de error yDada una relación S/N, la tasa de error por bit para los códigos NRZ es menor que para binario multinivel

14 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM14 Bifase zManchester yTransición en mitad del intervalo de duración del bit yLa transición sirve como reloj y para transmitir el dato yTransición Bajo a Alto representa 1 yTransición Alto a Bajo representa 0 zManchester Diferencial yTransición en mitad del intervalo usado sólo para sincronizar. yLa transición al principio del intervalo del bit representa 0. yLa ausencia de transición al principio del intervalo representa 1 yNota: es un esquema de codificación diferencial

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16 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM16 Bifase: ventajas e inconvenientes zInconvenientes yAl menos una transición por cada bit pudiendo ser hasta dos yVelocidad de modulación máxima doble que en NRZ yNecesita más ancho de banda zVentajas ySincronización: el receptor se sincroniza con la propia señal (auto-sincronizados) yAusencia de componente continua yDetección de errores, si hay una ausencia de la transición esperada

17 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM17

18 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM18 Técnicas de Scrambling zUsada para reemplazar secuencias que producirían una tensión constante por otras secuencias con transiciones para mantener el sincronismo. zLa secuencia de relleno debe yProducir suficientes transiciones para sincronizar ySer reconocida por el receptor y reestablecer la original yTener la misma longitud que la original OBJETIVOS: zEliminar la componente continua zEvitar que las secuencias largas sean señales de tensión continua zNo reducir la velocidad de transmisión de datos zTener cierta capacidad de detectar errores

19 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM19 B8ZS (Norteamérica) zBipolar con 8 Ceros de Sustitución zBasado en AMI bipolar zSi aparece un octeto con todo ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, se codifica dicho octeto como zSi aparece un octeto con todo ceros y el último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, se codifica dicho octeto como zCausa dos violaciones del código AMI zImprobable que ocurra debido al ruido zEl receptor detecta e interpreta como octeto con todo ceros zAdecuado para transmisión a altas velocidades

20 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM20 HDB3 (Europa y Japón) zAlta Densidad Bipolar 3 Ceros zBasado en AMI bipolar zSi aparece un cuarteto con todo ceros y el último valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue negativo, se codifica dicho cuarteto como 000- o bien +00+ zSi aparece un cuarteto con todo ceros y el último valor de polaridad anterior a dicho cuarteto fue positivo, se codifica dicho cuarteto como 000+ o bien –00- zEn las violaciones siguientes se alternan las polaridades de las violaciones para evitar la componente continua zAdecuado para transmisión a altas velocidades

21 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM21 B8ZS y HDB3

22 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM22 Datos Digitales, Señales Analógicas zSistema de Telefonía pública y300 Hz a 3400 Hz yUsa modem (modulador-demodulador) zDesplazamiento de Amplitud (ASK, Amp Shift K.) zDesplazamiento de Frecuencia (FSK,Frec S. K.) zDesplazamiento de Fase (PSK,Phase S. Keying)

23 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM23 Técnicas de Modulación

24 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM24 Desplazamiento de Amplitud (ASK) zValores representados por diferentes amplitudes de portadora zUsualmente, una amplitud es cero ySe usa presencia y ausencia de portadora zSusceptible de repentinos cambios de ganancia zPoco eficiente zHasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica zUsada en fibra óptica

25 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM25 0 binario ASK 1 binario

26 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM26 Desplazamiento de frecuencia (FSK) zValores representados por diferentes frecuencias (próximas a la portadora) zMenos sensible a errores que ASK zHasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica zTransmisión por radio en HF (3-30 MHz) zIncluso en LAN en frecuencias superiores con cable coaxial

27 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM27 0 binario FSK 1 binario

28 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM28 FSK en línea de calidad telefónica

29 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM29 Desplazamiento de Fase (PSK) zLa Fase de la portadora se desplaza para representar los datos zPSK Diferencial yEl cambio de fase se refiere a la transmisión del bit anterior en lugar de a una referencia absoluta

30 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM30 0 binario 1 binario PSK

31 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM31 PSK en cuadratura (QPSK) zUso más eficaz del espectro si por cada elemento de señalización se representa más de un bit yCon saltos de fase de /2 (90 o ) yCada elemento representa dos bits ySe pueden usar 8 ángulo de fase e incluso amplitudes distintas yUn modem estándar de 9600 bps usa 12 ángulos, cuatro de los cuales tienen dos amplitudes

32 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM32 11 QPSK

33 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM33 OTROS PSK z8-PSK 8 fases, repartidas dos en cada cuadrante, para cada una de las 8 ternas que se pueden generar con tres bits z16-PSK 16 fases, repartidas cuatro en cada cuadrante, para cada una de las 16 cuaternas que se pueden generar con cuatro bits

34 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM34 Codificación Amplitud - Fase zLa información digital está contenida tanto en la fase como en la amplitud zPuede haber 16 cuaternas con 4 bits Amp Fase MSB LSB

35 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM35 Constelación

36 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM36 Modulación en Amplitud en Cuadratura (QAM) zSe pueden enviar dos señales diferentes simultáneamente sobre una misma portadora zSe utilizan dos réplicas de la portadora, una de ellas desfasada 90 respecto a la otra (en cuadratura) zCada una de las portadoras se modula usando ASK zLas dos señales independientes se transmiten por el mismo medio

37 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM37 Prestaciones (1) zAncho de Banda B T yASK y PSK directamente relacionado con la velocidad de transmisión R. yFSK depende tanto del salto de frecuencia de las frecuencias con la portadora como de la velocidad binaria R r es un factor relacionado con la técnica de filtrado y su valor está comprendido entre 0 y 1. es f 2 -f c o bien f c -f 1

38 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM38 Prestaciones (2) En señalización multinivel se consigue un importante aprovechamiento del espectro

39 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM39 Algunos ejemplos de Ancho de Banda en FSK =1,25 MHz, f c =5 MHz, R=1 Mbps, B T depende de =100 Hz, f c =1.170 Hz, R=300 bps, B T depende de R

40 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM40 Datos Analógicos, Señales Digitales zDigitalización: conversión de datos analógicos en datos digitales yLos datos digitales se pueden transmitir utilizando NRZ-L yLos datos digitales se pueden transmitir utilizando otros códigos que no sean NRZ-L yLos datos digitales se pueden convertir en señal analógica: (ASK, FSK, PSK) yLa conversión analógica a digital y viceversa se realiza usando un codec: PCM, DM yModulación por Impulsos Codificados (PCM) yModulación Delta (DM)

41 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM41 Modulación Impulsos Codificados MIC (Pulse Code Modulation) (1) zSi una señal se muestrea a intervalos regulares a un ritmo mayor que el doble de la componente de frecuencia más alta, las muestras contienen toda la información de la señal original (TEOREMA DEL MUESTREO) zLos datos de voz están limitados a 4000 Hz zSe necesitan 8000 muestras por segundo zA cada muestra se le asigna un código digital

42 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM42 Modulación por Impulsos Codificados MIC (PCM) (2) zUn sistema de 4 bits proporciona 16 niveles zCuantificación yError de cuantificación o ruido yLas aproximaciones suponen que es imposible recuperar exactamente la señal original zMuestras de 8 bits proporcionan 256 niveles zCalidad comparable a la transmisión analógica z8000 muestras por segundo de 8 bits cada una suponen 64 kbps

43 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM43 Relación Señal / Ruido PCM zLa relación S/N se mejora en aproximadamente 6 dB cada vez que se aumenta un bit

44 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM44 Codificación no lineal zLos niveles de cuantificación no están espaciados regularmente zSe reduce mucho la distorsión de señal zLos escalones son más pequeños para entradas más bajas zTambién se puede usar cuantificación uniforme y previamente expandir y comprimir la señal analógica, dando más ganancia a los niveles más bajos

45 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM45 Modulación Delta (DM) zLa entrada analógica se aproxima mediante una función escalera zSe mueve arriba o abajo un nivel en cada intervalo de muestra, intentando asemejarse a la entrada analógica zComportamiento binario: la subida se representa con un 1 y la bajada con un 0 zSe necesita un bit por cada muestra zLa precisión es mayor cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, si bien ello incrementa la velocidad de transmisión

46 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM46 Modulación Delta (DM) Compromiso elección : grande para poco error de sobrecarga de pendiente y pequeño para poco ruido o error de cuantificación (ruido granular)

47 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM47 Problemas DM zSobrecarga de pendiente, si la señal varía rápidamente el DM no puede seguir las variaciones zRuido granular o de cuantificación. En ausencia se señal, o con variaciones muy pequeñas el DM está variando constantemente entre 0 y 1 generando un ruido que la señal analógica no tiene zDM es más sencillo que PCM pero tiene peor relación S/N

48 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM48 Espectro Expandido zDatos analógicos o digitales zSeñal analógica zDatos esparcidos en una ancho de banda grande zConsigue que la perturbación y la interceptación sean más difíciles zSalto en Frecuencia (Frequency hoping) yLa señal se transmite sobre una serie pseudoaleatoria de frecuencias zSecuencia Directa yCada bit se representa mediante varios bits en la señal trasmitida

49 COMUNICACIÓN DE DATOS. ESI-CR.UCLM49 Secuencia Directa


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