1 Técnicas de Codificación Datos digitales,
señales digitales Datos analógicos, señales
digitales (PCM) Datos digitales, señales analógicas
(modem) Datos analógicos, señales analógicas
(AM, FM, PM)
2 Datos digitales, señales digitales Señal digital:
secuencia de pulsos de tensión Discreto, pulsos de
tensión discontinuos Cada pulso es un elemento de
señal Datos binarios codificados en elementos de
señal
3 Esquemas de Codificación No Retorno a Cero. Nonreturn to
Zero-Level (NRZ-L) No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to Zero
Inverted (NRZI) Binario Multinivel (Bipolar-AMI, Alternate Mask
Inversion) Pseudoternarios Bifase: Manchester y Manchester
Diferencial B8ZS (Bipolar con 8 ceros de sustitución) HDB3
(Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros)
4 No Retorno a Cero-Nivel (NRZ-L) Dos tensiones diferentes para
los bits 0 y 1 Tensión constante durante el intervalo del
bit no hay transición, no retorna a tensión cero
Ausencia de tensión para 0, tensión constante
positiva para 1 Más habitual, tensión negativa para
un valor y tensión positiva el otro valor
5 No Retorno a Cero Invertido (NRZI) Sin retorno a cero invertido
en 1’s Tensión constante durante la duración
de un bit El dato se codifica por la presencia o ausencia de una
transición al principio del tiempo del bit
Transición (bajo a alto o al revés) significa un 1
Sin transición significa un 0 Ejemplo de
codificación diferencial
6 NRZ Cada vez que vaya a empezar un “1” se produce
una transición. Si empieza un “0” no se
produce transición.
7 Codificación Diferencial Datos representados por cambios
en vez de por niveles Detección más fiable en la
transición que en el nivel En 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
8 NRZ: ventajas e inconvenientes Ventajas: Fácil de
implementar Uso eficaz del ancho de banda Inconvenientes
Componente continua (DC) Ausencia de la capacidad de
sincronización Usados para grabaciones magnéticas
No usados para transmisión de señales
9 Binario Multinivel Usan más de dos niveles Bipolar-AMI 0
representado por ausencia de señal 1 representado por
pulsos de polaridad alternante No hay pérdidas de
sincronismo para una larga cadena de unos (sí para cadena
de ceros) No tiene componente continua Menor ancho de banda que
NRZ Sencilla detección de errores
10 Pseudoternario Unos representados por ausencia de señal
Ceros representados por pulsos de polaridad alternante No tiene
ventajas ni inconvenientes respecto al Bipolar-AMI
11 Bipolar-AMI y Pseudoternario
12 Inconvenientes para Binario Multinivel No tan eficiente como
el NRZ Cada elemento de señal sólo representa un
bit En un sistema de 3 niveles, lo que representaría log23
= 1.58 bits de información El Receptor debe distinguir
entre tres niveles (+A, -A, 0) Necesita aproximadamente 3dB
más de potencia de señal para la misma probabilidad
de error Dada una relación S/N, la tasa de error por bit
para los códigos NRZ es menor que para binario
multinivel
13 Bifase Manchester Transición en mitad del intervalo de
duración del bit La transición sirve como reloj y
para transmitir el dato Transición Bajo a Alto representa
“1” Transición Alto a Bajo representa
“0” Manchester Diferencial Transición en mitad
del intervalo usado sólo para sincronizar. La
transición al principio del intervalo del bit representa
“0”. La ausencia de transición al principio
del intervalo representa “1” Nota: es un esquema de
codificación diferencial
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15 Bifase: ventajas e inconvenientes Inconvenientes Al menos una
transición por cada bit pudiendo ser hasta dos Velocidad
de modulación máxima doble que en NRZ Necesita
más ancho de banda Ventajas Sincronización: el
receptor se sincroniza con la propia señal
(auto-sincronizados) Ausencia de componente continua
Detección de errores, si hay una ausencia de la
transición esperada
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17 Técnicas de “Scrambling” Usada para
reemplazar secuencias que producirían una tensión
constante por otras secuencias con transiciones para mantener el
sincronismo. La secuencia de relleno debe Producir suficientes
transiciones para sincronizar Ser reconocida por el receptor y
reestablecer la original Tener la misma longitud que la original
OBJETIVOS: Eliminar la componente continua Evitar que las
secuencias largas sean señales de tensión continua
No reducir la velocidad de transmisión de datos Tener
cierta capacidad de detectar errores
18 B8ZS (Norteamérica) Bipolar con 8 Ceros de
Sustitución Basado en AMI bipolar Si aparece un octeto con
todo ceros y el último valor de tensión anterior a
dicho octeto fue positivo, se codifica dicho octeto como 000+-0-+
Si aparece un octeto con todo ceros y el último valor de
tensión anterior a dicho octeto fue negativo, se codifica
dicho octeto como 000-+0+- Causa dos violaciones del
código AMI Improbable que ocurra debido al ruido El
receptor detecta e interpreta como octeto con todo ceros Adecuado
para transmisión a altas velocidades
19 HDB3 (Europa y Japón) Alta Densidad Bipolar 3 Ceros
Basado en AMI bipolar Si 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+ Si
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- En las violaciones
siguientes se alternan las polaridades de las violaciones para
evitar la componente continua Adecuado para transmisión a
altas velocidades
20 B8ZS y HDB3
21 Datos Digitales, Señales Analógicas Sistema de
Telefonía pública 300 Hz a 3400 Hz Usa modem
(modulador-demodulador) Desplazamiento de Amplitud (ASK, Amp
Shift K.) Desplazamiento de Frecuencia (FSK,Frec S. K.)
Desplazamiento de Fase (PSK,Phase S. Keying)
22 Técnicas de Modulación
23 Desplazamiento de Amplitud (ASK) Valores representados por
diferentes amplitudes de portadora Usualmente, una amplitud es
cero Se usa presencia y ausencia de portadora Susceptible de
repentinos cambios de ganancia Poco eficiente Hasta 1200 bps en
líneas de calidad telefónica Usada en fibra
óptica
24 0 binario ASK 1 binario
25 Desplazamiento de frecuencia (FSK) Valores representados por
diferentes frecuencias (próximas a la portadora) Menos
sensible a errores que ASK Hasta 1200 bps en líneas de
calidad telefónica Transmisión por radio en HF
(3-30 MHz) Incluso en LAN en frecuencias superiores con cable
coaxial
26 0 binario FSK 1 binario
27 FSK en línea de calidad telefónica
28 Desplazamiento de Fase (PSK) La Fase de la portadora se
desplaza para representar los datos PSK Diferencial El cambio de
fase se refiere a la transmisión del bit anterior en lugar
de a una referencia absoluta
29 0 binario 1 binario PSK
30 PSK en cuadratura (QPSK) Uso más eficaz del espectro si
por cada elemento de señalización se representa
más de un bit Con saltos de fase de ?/2 (90o) Cada
elemento representa dos bits Se pueden usar 8 ángulo de
fase e incluso amplitudes distintas Un modem estándar de
9600 bps usa 12 ángulos, cuatro de los cuales tienen dos
amplitudes
31 11 QPSK 10 00 01
32 OTROS PSK 8-PSK 8 fases, repartidas dos en cada cuadrante,
para cada una de las 8 ternas que se pueden generar con tres bits
16-PSK 16 fases, repartidas cuatro en cada cuadrante, para cada
una de las 16 cuaternas que se pueden generar con cuatro
bits
33 Codificación Amplitud – Fase La información
digital está contenida tanto en la fase como en la
amplitud Puede haber 16 cuaternas con 4 bits
34 Constelación (Gp:) 000 (Gp:) 001 (Gp:) 101 (Gp:) 100
(Gp:) 010 (Gp:) 011 (Gp:) 110 (Gp:) 111
35 Modulación en Amplitud en Cuadratura (QAM) Se pueden
enviar dos señales diferentes simultáneamente sobre
una misma portadora Se utilizan dos réplicas de la
portadora, una de ellas desfasada 90 respecto a la otra (en
cuadratura) Cada una de las portadoras se modula usando ASK Las
dos señales independientes se transmiten por el mismo
medio
36 Prestaciones (1) Ancho de Banda BT ASK y PSK directamente
relacionado con la velocidad de transmisión R. FSK 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 f2-fc o bien fc-f1
37 Prestaciones (2) En señalización multinivel se
consigue un importante aprovechamiento del espectro
38 Algunos ejemplos de Ancho de Banda en FSK =1,25 MHz, fc=5 MHz,
R=1 Mbps, BT depende de =100 Hz, fc=1.170 Hz, R=300 bps, BT
depende de R
39 Datos Analógicos, Señales Digitales
Digitalización: conversión de datos
analógicos en datos digitales Los datos digitales se
pueden transmitir utilizando NRZ-L Los datos digitales se pueden
transmitir utilizando otros códigos que no sean NRZ-L Los
datos digitales se pueden convertir en señal
analógica: (ASK, FSK, PSK) La conversión
analógica a digital y viceversa se realiza usando un
codec: PCM, DM Modulación por Impulsos Codificados (PCM)
Modulación Delta (DM)
40 Modulación Impulsos Codificados MIC (Pulse Code
Modulation) (1) Si 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) Los datos de voz están limitados a 4000 Hz Se
necesitan 8000 muestras por segundo A cada muestra se le asigna
un código digital
41 Modulación por Impulsos Codificados MIC (PCM) (2) Un
sistema de 4 bits proporciona 16 niveles Cuantificación
Error de cuantificación o ruido Las aproximaciones suponen
que es imposible recuperar exactamente la señal original
Muestras de 8 bits proporcionan 256 niveles Calidad comparable a
la transmisión analógica 8000 muestras por segundo
de 8 bits cada una suponen 64 kbps
42 Relación Señal / Ruido PCM La relación
S/N se mejora en aproximadamente 6 dB cada vez que se aumenta un
bit
43 Codificación no lineal Los niveles de
cuantificación no están espaciados regularmente Se
reduce mucho la distorsión de señal Los escalones
son más pequeños para entradas más bajas
También se puede usar cuantificación uniforme y
previamente expandir y comprimir la señal
analógica, dando más ganancia a los niveles
más bajos
44 Modulación Delta (DM) La entrada analógica se
aproxima mediante una función escalera Se mueve arriba o
abajo un nivel ? en cada intervalo de muestra, intentando
asemejarse a la entrada analógica Comportamiento binario:
la subida se representa con un 1 y la bajada con un 0 Se necesita
un bit por cada muestra La precisión es mayor cuanto mayor
sea la frecuencia de muestreo, si bien ello incrementa la
velocidad de transmisión
45 Modulación Delta (DM) Compromiso elección ?:
grande para poco error de sobrecarga de pendiente y
pequeño para poco ruido o error de cuantificación
(ruido granular)
46 Problemas DM Sobrecarga de pendiente, si la señal
varía rápidamente el DM no puede seguir las
variaciones Ruido 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 DM es
más sencillo que PCM pero tiene peor relación
S/N
47 Espectro Expandido Datos analógicos o digitales
Señal analógica Datos esparcidos en una ancho de
banda grande Consigue que la perturbación y la
interceptación sean más difíciles Salto en
Frecuencia (Frequency hoping) La señal se transmite sobre
una serie pseudoaleatoria de frecuencias Secuencia Directa Cada
bit se representa mediante varios bits en la señal
trasmitida
48 Secuencia Directa