Codificación de Linea

Publicado: 26 enero 2011 en Clase 8

Teniendo ya la señal discretizada en tiempo(muestreo) y discretizada en amplitud(cuantificación), se dispone de una señal de M símbolos cuya tasa de transmisión se mide en baudios. Si se quiere una transmisión binaria, faltaría convertir los símbolos a bits. Esto implica que los unos y ceros resultantes deben ser representados con formas de onda específicas que influirán en:
Potencia de transmisión, ancho de banda, facilidad de recuperación del reloj en el receptor, detección y corrección de errores, etc.
A la asignación de formas de ondas arbitrarias para los unos y ceros se le llama Codificación de línea. Como uno de los efectos mas importantes de la codificación de línea es el ancho de banda, a continuación deduciremos el espectro de la señal aleatoria que resulta al aplicar sobre la señal muestreada y cuantificada un proceso de codificación de línea.

Codificación digital unipolar

La codificación unipolar usa una sola polaridad, codificando únicamente uno de los estados binarios, el 1, que toma una polaridad positiva o negativa, es decir, toman un mismo valor dentro de un tren de pulso. El otro estado, normalmente el 0, se representa por 0 voltios, es decir, la línea ociosa.

Codificación digital polar

La codificación polar utiliza dos niveles de voltaje, positivo y negativo.

  • NRZ (No retornó a cero)
  • RZ (Retorno a cero)
  • Bifase (autosincronizados)

NRZ (No retornó a cero)

El nivel de la señal es siempre positivo o negativo. Los dos métodos más utilizados son:

  • NRZ-L (Non Return to Zero-L): Un voltaje positivo significa que el bit es un ‘0’, y un voltaje negativo que el bit es un ‘1’.
  • NRZ-I (Non Return to Zero, Invert on ones): En esta codificación el bit ‘1’ se representa con la inversión del nivel de voltaje. Lo que representa el bit ‘1’ es la transición entre un voltaje positivo y un voltaje negativo, o al revés, no los voltajes en sí mismos. Un bit ‘0’ no provoca un cambio de voltaje en la señal. Así pues, el nivel de la señal no solo depende del valor del bit actual, sino también del bit anterior.

RZ (Retorno a cero)

Utiliza tres valores: positivo, negativo y cero. Un bit ‘1’ se representa por una transición de positivo a cero y un bit ‘0’ se representa con la transición de negativo a cero, con retorno de voltaje 0 en mitad del intervalo.

Bifase (autosincronizados)

En este método, la señal cambia en medio del intervalo del bit, pero no retornó a cero, sino que continua el resto del intervalo en el polo opuesto. Hay dos tipos de codificación Bifase:

  • Manchester: Una transición de polaridad de positiva a negativa representa el valor binario ‘0’, y una transición de negativa a positiva representa un ‘1’.
  • Manchester Diferencial: Necesita dos cambios de señal para representar el bit ‘0’, pero solo ‘1’ para representar el bit ‘1’. Es decir, una transición de polaridad inversa a la del bit previo, para representar el ‘0’ y una transición igual para el ‘1’.

Codificación digital bipolar

La codificación digital bipolar, utiliza tres valores:

  • Positivo
  • Negativo
  • Cero

El nivel de voltaje cero se utiliza para representar un bit “cero”. Los bits “uno” se codifican como valores positivo y negativo de forma alternada. Si el primer “uno” se codifica con una amplitud positiva, el segundo lo hará con una amplitud negativa, el tercero positiva y así sucesivamente. Siempre se produce una alternancia entre los valores de amplitud para representar los bits “uno”, aunque estos bits no sean consecutivos.

Bipolaire.gif

Hay 3 tipos de codificación bipolar:

AMI (“Alternate Mark Inversion”)

Corresponden a un tipo de codificación que representa a los “unos” con impulsos de polaridad alternativa, y a los “ceros” mediante ausencia de pulsos.

El código AMI genera señales ternarias (+V -V 0), bipolares( + – ), y del tipo RZ o NRZ ( con o sin vuelta a cero ). La señal AMI carece de componente continua y permite la detección de errores con base en la ley de formación de los “unos” alternados.En efecto, la recepción de los “unos” consecutivos con igual polaridad se deberá a un error de transmisión.
Tal y como muestra la figura, la señal eléctrica resultante no tiene componente continua porque las marcas correspondientes al “1” lógico se representan alternativamente con amplitud positiva y negativa. Cada impulso es neutralizado por el del impulso siguiente al ser de polaridad opuesta.

Codificando los “ceros” con impulsos de polaridad alternativa y los “unos” mediante ausencia de impulsos, el código resultante se denomina pseudoternario.

Los códigos AMI ( inversión de marcas alternadas) se han desarrollado para paliar los inconvenientes que presentan los códigos binarios NRZ y RZ ( el sincronismo y la corriente continua).

El código AMI consigue anular la componente continua de la señal eléctrica. Sin embargo no resuelve la cuestión de cómo evitar la pérdida de la señasl de reloj cuando se envían largas secuencias de ceros. Este problema lo solucionan los códigos bipolares de alta densidad de orden N, HDBN ( High Density Bipolar ) que pertenecen a la familia de los códigos AMI, y que evitan la transmisión de secuencias con más de N “ceros” consecutivos. El HDB3 es un código bipolar de orden 3.

B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution)

B8ZS: la sustitución bipolar de 8 ceros, también llamada la sustitución binaria de 8 ceros, el canal claro, y 64 claros. Es un método de codificación usado sobre circuitos T1 , que inserta dos veces sucesivas al mismo voltaje – refiriéndose a una violación bipolar – en una señal donde ocho ceros consecutivos sean transmitidos. El dispositivo que recibe la señal interpreta la violación bipolar como una señal de engranaje de distribución, que guarda(mantiene) la transmisión y dispositivos de encubrimiento sincronizados. Generalmente, cuando sucesivos “unos” son transmitidos, uno tiene un voltaje positivo y el otro tiene un voltaje negativo.

Es decir, cuando aparecen 8 “ceros” consecutivos, se introducen cambios artificiales en el patrón basados en la polaridad del último bit ‘uno’ codificado:

V: Violación, mantiene la polaridad anterior en la secuencia.

B: Transición, invierte la polaridad anterior en la secuencia.

Los ocho ceros se sustituyen por la secuencia: 000V B0VB

B8ZS está basado en el antiguo método de codificación llamado Alternate Mark Inversion ( AMI).

HDB3 (High Density Bipolar 3)

El código HDB3 es un buen ejemplo de las propiedades que debe reunir un código de línea para codificar en banda base:

-El espectro de frecuencias carece de componente de corriente continua y su ancho de banda está optimizado.

-El sincronismo de bit se garantiza con la alternancia de polaridad de los “unos”, e insertando impulsos de sincronización en las secuencias de “ceros”.

Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan el número de ceros consecutivos que se pueden transmitir: -HDB3 no admite más de 3 ceros consecutivos. Colocan un impulso (positivo o negativo) en el lugar del 4º cero.

-El receptor tiene que interpretar este impulso como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de los impulsos normales que representan a los “unos”.

-El impulso del 4º cero se genera y transmite con la misma polaridad que la del impulso precedente. Se denomina por ello V “impulso de violación de polaridad” ( el receptor reconoce esta violación porque detecta 2 impulsos seguidos con la misma polaridad).

-Para mantener la componente de corriente continua con valor nulo, se han de transmitir alternativamente tantas violaciones positivas como negativas ( V+ V- V+ V- … ).

-Para mantener siempre alternada la polaridad de las violaciones V, es necesario en algunos casos insertar un impulso B “de relleno” ( cuando la polaridad del impulso que precede a la violación V, no permite conseguir dicha alternancia). Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones de polaridad V del 4º cero serían obligatoriamente del mismo signo.

En HDB3 se denomina impulso a los estados eléctricos positivos o negativos, distintos de “cero”. (0 voltios).

Cuando aparecen más de tres ceros consecutivos, estos se agrupan de 4 en 4, y se sustituye cada grupo 0000 por una de las secuencias siguientes de impulsos: B00V ó 000V .

B indica un impulso con distinto signo que el impulso anterior. Por tanto, B mantiene laley de alternancia de impulsos, o ley de bipolaridad, con el resto de impulsos transmitidos.

V indica un impulso del mismo signo que el impulso que le precede, violando por tanto la ley de bipolaridad.

El grupo 0000 se sustituye por B00V cuando es par el número de impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir.

El grupo 0000 se sustituye por 000V cuando es impar el número de impulsos entre la violación V anterior y la que se va a introducir.

Así se logra mantener la ley de bipolaridad de los impulsos correspondientes a los “unos”, y también la bipolaridad de las “violaciones” mediante los impulsos B y los impulsos V.

Reglas De  Codificación HDB3

1.     Se codifica en AMI al 50 % o (100%)

a.     Un 1 se alterna

b.     Un cero es cero

2.     Con cuatro ceros seguidos el cuarto se sustituye por una violación de polaridad igual a la del último 1:

3.     Si no se quebranta la bipolaridad por parte del pulso de violación se debe hacer un relleno en el primer cero del cuarteto de ceros (El número de pulsos entre 2 violaciones consecutivas siempre es un número impar)

a.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número impar pero negativo  el código de sustitución es 000-  (000V)

b.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número impar pero positivo  el código de sustitución es 000+  (000V)

c.      Sí # de pulsos desde la última violación es un número par pero negativo  el código de sustitución es +00+  (B00V)

d.     Sí # de pulsos desde la última violación es un número par pero positivo  el código de sustitución es -00-  (B00V)

4.     En cadenas largas de ceros asuma número de pulsos como par

La detección elemental de los errores de transmisión típicos del ruido (inversión, duplicación o pérdida de impulsos), se realiza simplemente comprobando que los impulsos recibidos por el receptor cumplen las reglas de polaridad establecidas porla codificación HDB3.

Los errores se suelen detectar en el caso de que aparezcan los 4 ceros consecutivos que no permite el HDB3 o en el caso de la inserción de un “uno” y que las dos violaciones V+ queden con la misma polaridad. Sin embargo exiten casos en los cuales hay errores que son imposibles de detectar y que incluso se propagan generando aún más errores.

Por ejemplo en la imagen podemos ver una señasl HDB3 con errores que no detecta el RECEPTOR.

Errores.gif

Ejemplo 1 de la codificación HDB3

“1 0 0 0 0 1 1 0”

se codifica en HDB3

“+ 0 0 0 V – + 0”

Ejemplo 2 de la codificación HDB3

“1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0”

se codifica en HDB3

“+ 0 – 0 0 0 V 0 + – B 0 0 V – + B 0 0 V 0 0” que sea:

“+ 0 – 0 0 0 – 0 + – + 0 0 + – + – 0 0 – 0 0”

(el AMI que usa de codificación correspondiente es “+ 0 – 0 0 0 0 0 + – 0 0 0 0 + 0 0 0 0 0 0”).

 

 

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