William Stallings Comunicaciones y Redes de Computadores Capítulo 5 Codificación de datos Modulación

Técnicas de comunicación La comunicación de datos puede ser de: Datos digitales en señales digitales Datos analógicos en señales digitales Datos digitales en señales analógicas Datos analógicos en señales analógicas

Datos digitales en señales digitales ¿Qué es una señal digital? Es una secuencia de pulsos de voltaje discretos y discontinuos Cada pulso se llama elemento de señal Contiene la información digital que se quiere transmitir

Términos Las señales digitales pueden ser: Señales unipolares Todos los elementos de la señal tienen el mismo signo (todos positivos o todos negativos) Señal polar Los elementos de la señal pueden ser positivos y negativos

A considerar en la transmisión: (1) Velocidad de transmisión Cantidad de bits que se transmites por segundo Duración o longitud de un bit Tiempo tomado por el transmisor para emitir un bit. Para una velocidad de transmisión R, la duración debit es 1/R Velocidad de modulación Velocidad a la cual la señal cambia de nivel Medida en baudios = elementos de señal por segundo

A considerar en la transmisión: (2) El receptor debe conocer: La duración del bit (inicio y final) Nivel de la señal (1 y 0) Factores que afectan la recepción exitosa de datos La relación señal a ruido Velocidad de transmisión Ancho de banda disponible

A considerar en la codificación: (1) Espectro de la señal La ausencia de altas frecuencias reduce la necesidad de ancho de banda La ausencia de componente dc reduce el ruido La mayor energía se encuentra en un reducido espacio del espectro Sincronización (Clocking) Sincronización entre el emisor y el receptor Existencia de relojes externos La sincronía a partir de la señal de entrada

A considerar en la codificación: (2) Detección de errores Se detectan a partir del código que traen los datos Interferencias e inmunidad al ruido Algunos códigos son mejores que otros Costo y complejidad A mayor velocidad de transmisión, mayor es el costo del equipo Algunos códigos implican una velocidad de transmisión de elementos mayor que la tasa real de datos

Esquemas de codificación Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Bipolar -AMI Pseudoternary Manchester Differential Manchester B8ZS HDB3

Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Un voltaje representa un 0 y otro un 1 El voltaje es constante mientras dure el bit Por ejemplo, Ausencia de voltaje para 0, constante voltaje positivo para 1 Frecuentemente, voltaje negativo para un valor y voltaje positivo para el otro

NRZ-L y NRZI

Codificación diferencial NRZI es un ejemplo de codificación diferencial Codificación con ausencia o presencia de una transición Si se trata de un 0, se codifica con la señal anterior, si se trata de un 1, la codificación sufreuna transición Es más facil detectar transiciones

NRZ pros y contras Pros Contras Fácil de implementar Hace buen uso del ancho de banda Contras Cuneta con una componente de dc No cuenta con capacidad de sincronización No es utilizada con frecuencia para transmision de datos

Codificación binaria multinivel Utiliza más de dos niveles Bipolar-AMI El 0 es aunsencia de señal El 1 es un pulso negativo o positivo Con cada uno hay alternancia de polaridad No se pierde la sincronía en largas cadenas de 1’s (los ceros si son problema) No tiene una componente de dc Bajo ancho de banda Fácil detección de error

Bipolar-AMI y Pseudoternario

Características de codificación binaria multinivel Cada elemento de la señal sólo representa un bit La lógica del receptor debe distinguir entre tres niveles diferentes (+A, -A, 0) Requiere aprox. 3dB más potencia de señal para dada probabilidad de bit de error

Codificación bifase Manchester Manchester Diferencial Transición a la mitad de cada periodo de bit La transición sirve para recuperar el reloj Bajo a alto representa un uno Alto a bajo representa un cero Usado por IEEE 802.3 para redes LAN Manchester Diferencial La transición se utiliza para sincronizar el reloj Transición al inicio de un periodo de bit representa un cero Ausencia de transición al inicio del bit representa un uno Usado por IEEE 802.5 para redes LAN en anillo

Pros y contras Contras Pros La velocidad de modulación es del doble que cualquier otro código Requiere más ancho de banda Pros El fácil reconocer el reloj a partir del código No contiene componente de cd Facilita la detección de error

Velocidad de modulación

Scrambling Se usa scrambling para evitar secuencias con voltajes constantes a altas frecuencias No contiene componentes de cd No reduce la velocidad de transmisión de los datos Tiene cierta capacidad para detectar errores

Scrambling B8ZS Bipolar With 8 Zeros Substitution Basado en bipolar-AMI Cuenta con un algoritmo basado en la cantidad de ceros en un bit Ayuda a la detección de errores

Scrambling HDB3 High Density Bipolar 3 Zeros Basado en bipolar-AMI Las cadenas de cuatro ceros se reemplazan con uno o dos pulsos

B8ZS and HDB3

Datos digitales en señales analógicas Se utiliza en sistemas telefónicos 300Hz a 3400Hz Por ejemplo, un modem (modulador-demodudator) Técnicas de codificación Desplazamiento de amplitud (ASK) Desplazamiento de frecuencia (FSK) Desplazamiento de fase (PK)

Técnicas de modulación

Amplitude Shift Keying Los valores son representados por diferentes amplitudes de la portadora Es suceptible al ruido Poco eficiente Se puede utilizar sobre fibra óptica

Frequency Shift Keying Los valores son representados por diferentes frecuencias (cerca de la portadora) Menos suceptible a errores que ASK Se utiliza para radio de alta frecuencia Se utiliza sobre algunas LAN’s sobre cable coaxial

FSK en una transmisión full duplex

Phase Shift Keying La fase de la señal portadora es desplazada para representar el dato

PSK en cuadratura Q-PSK Muy eficiente porque cada elemento de señal representa más de un bit e.g. shifts of /2 (90o) Cada elemento representa dos bits Modem’s de 9600bps utilizan 12 angles , cuatro de los cuales tienen dos amplitudes

Datos analógicos en señales digitales Digitalización Conversión de un dato analógico a uno digital Los datos digitalizados se pueden transmitir con NRZ-L Los datos digitales se pueden transmitir de nuevo con señales analógicas Es necesario utilizar un codec Se utiliza modulación por codificación de impulsos Ó se utiliza modulación delta

Modulación por codificación de impulsos (PCM) (1) Si una señal se muestrea a intervalos regulares con una frecuencia del doble de la frecuencia más alta de la señal a transmitir, las muestras obtenidas contienen toda la información Una señal de voz de 4000Hz requiere un muestreo de 8000 muestras por segundo A cada muestra se le asigna un byte

Modulación por codificación de impulsos (2) Sistemas de 4 bits proporcionan 16 niveles diferentes 8 bits por mmuestra dan 256 niveles La calidad se compara con la transmisión a analógica 8000 muestras por segundo de 8 bits dan 64kbps

Codificación no lineal Lo niveles de cuantización no están igualmente separados Más niveles para señales de amplitud pequeña y viceversa Reduce el error de cuantización

Modlación Delta La entrada analógica se aproxima mediante una función escalera Ver figura

Delta Modulation - ejemplo

Datos analógicos en señales analógicas Por qué modular señales analógicas? Altas frecuencias para mejor transmisión Permite la multiplexación por división de frecuencia (capítulo 8) Tipos de modulación Amplitud Frecuencia Fase

Modulación Analógica

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