CODIFICACIÓN EN LÍNEA Tema V REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica 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

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 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).

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.  

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 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 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 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 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.

Formatos de Señalización Binaria

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios Señalización Unipolar NRZ.

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios Señalización Polar NRZ.

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios Señalización Unipolar RZ.

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios Señalización Bipolar RZ.

Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea binarios Señalización Manchester NRZ

Comparación entre los diferentes modos de codificación. Tipo de código Primer ancho de banda nulo (Hz) Eficiencia Espectral R/B [(bits/seg)/Hz] Unipolar NRZ R 1 Polar NRZ Unipolar RZ 2R ½ Bipolar NRZ Manchester NRZ Niveles Múltiples NRZ R/L* L Tabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de Líneas

Codificación Diferencial Los datos diferenciales codificados son generados por: Compuerta Or-Ex A B SAL 1 Los datos codificados recibidos se decodifican mediante

Generación de Codificación Diferencial.

Ejemplo de Uso de Codificación Diferencial Valor Inicial Arbitrario Codificación Código resultante Secuencia de entrada dn   1 Secuencia codificada en a) Decodificación (con polaridad correcta) Secuencia recibida Secuencia decodificada b) Decodificación (con polaridad invertida) Compuerta Or-Ex A B SAL 1 Se compara el valor lógico del dato actual con el anterior

Filtración de canal ideal 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

Formas de Ondas de Patrones de Ojos

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 VISIÓN DE LOS HECHOS…. A continuación analizaremos la codificación de línea vista por otro autor, en este caso W. Stallings.

Formatos de codificación digital de señales Definición de cada uno de los CODIGOS más empleados

Formatos de codificación digital de señales Resumen de las técnicas de codificación en línea

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 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 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 Inversión de unos (NRZI) Representación Espectral de la Codificación

Estos códigos usan más de dos niveles de señal. Los casos son: Binarios Multinivel Estos códigos usan más de dos niveles de señal. Los casos son: Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion) Pseudoternario

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 Representación Espectral de la Codificación

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.

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

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

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.

Esta basado en AMI bipolar, con las reglas: 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 + -

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

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.

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.

Técnicas de <Scrambling> HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en 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.

Técnicas de <Scrambling> HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3 Numero Impar de 1’s Desde la última sust.

Actividades Complementarias Analice los contenidos de este tema consultando la bibliografía. Resuelva algunos problemas planteados en el libro de W Stallings.

FIN TEMA 5 Gracias

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. 1

Bipolar AMI Representación Espectral de la Codificación

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 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. 1

Pseudoternario Representación Espectral de la Codificación

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

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.

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

Codificación Manchester

Codificación Manchester: Comparación con otras Codificaciones

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.

Manchester Diferencial

Manchester Diferencial: Comparación con otras Técnicas