Codificacion Modulacin Cod de Linea
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8/18/2019 Codificacion Modulacin Cod de Linea
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 1
COMUNICACIÓN DE DATOS
CODIFICACIÓN Y MODULACIÓNDIGITAL
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 2
Técnicas de Codificación
Datos digitales, señales digitalesDatos analógicos, señales digitales (PCM)
Datos digitales, señales analógicas (modem)
Datos analógicos, señales analógicas (AM, FM,PM)
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 3
Datos digitales, señales digitales
Señal digital: secuencia de pulsos de tensiónDiscreto, pulsos de tensión discontinuos
Cada pulso es un elemento de señal
Datos binarios codificados en elementos de señal
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 4
Esquemas de Codificación
No Retorno a Cero. Nonreturn to Zero-Level(NRZ-L)
No Retorno a Cero Invertido. Nonreturn to ZeroInverted (NRZI)
Binario Multinivel (Bipolar-AMI, Alternate MaskInversion)
Pseudoternarios
Bifase: Manchester y Manchester DiferencialB8ZS (Bipolar con 8 ceros de sustitución)
HDB3 (Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros)
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 8
No Retorno a Cero-Nivel (NRZ-L)
Dos tensiones diferentes para los bits 0 y 1Tensión constante durante el intervalo del bitno hay transición, no retorna a tensión cero
Ausencia de tensión para 0, tensión constantepositiva para 1
Más habitual, tensión negativa para un valor ytensión positiva el otro valor
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 9
No Retorno a Cero Invertido (NRZI)
Sin retorno a cero invertido en 1’sTensión constante durante la duración de un bit
El dato se codifica por la presencia o ausencia
de una transición al principio del tiempo del bitTransición (bajo a alto o al revés) significa un 1
Sin transición significa un 0
Ejemplo de codificación diferencial
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NRZ
Cada vez que vaya a empezar un “1” se produce una transición.
Si empieza un “0” no se produce transición.
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Codificación Diferencial
Datos representados por cambios en vez de porniveles
Detección más fiable en la transición que en elnivel
En sistemas de transmisión complicados es fácilperder la polaridad. Si se invierte, se cambianlos 0 por 1 y viceversa. Con codificación
diferencial no existe este problema
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 13
Binario Multinivel
Usan más de dos nivelesBipolar-AMI0 representado por ausencia de señal
1 representado por pulsos de polaridad alternanteNo hay pérdidas de sincronismo para una larga
cadena de unos (sí para cadena de ceros)
No tiene componente continua
Menor ancho de banda que NRZSencilla detección de errores
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 14
Pseudoternario
Unos representados por ausencia de señalCeros representados por pulsos de polaridad
alternante
No tiene ventajas ni inconvenientes respecto alBipolar-AMI
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 15
Bipolar-AMI y Pseudoternario
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 16
Inconvenientes para Binario Multinivel
No tan eficiente como el NRZCada elemento de señal sólo representa un bit
En un sistema de 3 niveles, lo que representaríalog23 = 1.58 bits de información
El Receptor debe distinguir entre tres niveles(+A, -A, 0)
Necesita aproximadamente 3dB más de potencia deseñal para la misma probabilidad de error
Dada una relación S/N, la tasa de error por bit paralos códigos NRZ es menor que para binario multinivel
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 17
Bifase
ManchesterTransición 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 DiferencialTransición 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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COMUNICACIÓN DE DATOS. 19
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 VentajasSincronización: el receptor se sincroniza con la propia
señal (auto-sincronizados)
Ausencia de componente continuaDetección de errores, si hay una ausencia de la
transición esperada
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Técnicas de “Scrambling”
Usada para reemplazar secuencias que producirían unatensión constante por otras secuencias con transicionespara mantener el sincronismo.
La secuencia de relleno debeProducir suficientes transiciones para sincronizar
Ser reconocida por el receptor y reestablecer la originalTener 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
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 22
B8ZS (Norteamérica)
Bipolar con 8 Ceros de Sustitución Basado en AMI bipolar
Si aparece un octeto con todo ceros y el último valor detensión anterior a dicho octeto fue positivo, se codificadicho octeto como 000+-0-+
Si aparece un octeto con todo ceros y el último valor detensión anterior a dicho octeto fue negativo, se codificadicho 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
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 23
HDB3 (Europa y Japón)
Alta Densidad Bipolar 3 Ceros Basado en AMI bipolar
Si aparece un cuarteto con todo ceros y el último valorde 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, secodifica dicho cuarteto como 000+ o bien –00-
En las violaciones siguientes se alternan las polaridadesde las violaciones para evitar la componente continua
Adecuado para transmisión a altas velocidades
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 24
B8ZS y HDB3
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Códigos de LineaPara poder transmitir por el canal de
comunicación, una vez codificada la señal, esnecesario convertir la secuencia de símbolos enuna forma de onda adecuada para latransmisión bandabase denominada códigos delínea.
COMUNICACIÓN DE DATOS. 25
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Aunque existen numerosos códigos de línea, losmás conocidos son los llamados Retornos a Cero(RZ) y no retorno a cero (NRZ). El código NRZmantiene constante el nivel de uno y cero
durante todo el intervalo de bit. Si es polar, eluno y el cero tienen representaciones opuestas.
COMUNICACIÓN DE DATOS. 26
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En la codificación RZ, a la mitad del intervalo debit el nivel de uno o del cero va a cero. Tambiénes conocido el código Manchester donde elsímbolo uno se representa por medio de un
pulso positivo seguido de uno negativo, ambosde igual amplitud y de medio símbolo deanchura; para símbolo cero las polaridades deestos pulsos se invierten.
En la figura 1 se muestran los códigos de líneamás utilizados.
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 29
En la tabla se muestran las expresiones de la Densidad Espectral de
Potencia (DEP) de los distintos códigos de línea en el caso binario,
asumiendo que los voltajes posibles son A y – A volts.
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 30
Datos Digitales, Señales Analógicas
Sistema de Telefonía pública300 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)
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 31
Técnicas de Modulación
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 32
Desplazamiento de Amplitud (ASK)
Valores representados por diferentes amplitudesde portadora
Usualmente, una amplitud es ceroSe 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
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 33
)2cos()( t f At s c
0)( t s0 binario
SK
1 binario
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 34
Desplazamiento de frecuencia (FSK)
Valores representados por diferentesfrecuencias (próximas a la portadora)
Menos sensible a errores que ASK
Hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónicaTransmisión por radio en HF (3-30 MHz)
Incluso en LAN en frecuencias superiores concable coaxial
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 35
0 binario
FSK
1 binario
)2cos()( 1t f At s
)2cos()(2
t f At s
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 36
FSK en línea de calidad telefónica
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 37
Desplazamiento de Fase (PSK)
La Fase de la portadora se desplaza pararepresentar los datos
PSK DiferencialEl cambio de fase se refiere a la transmisión del bit
anterior en lugar de a una referencia absoluta
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 38
0 binario
1 binario
)2cos()(
t f At s c
)2cos()( t f At sc
PSK
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 39
PSK en cuadratura (QPSK)
Uso más eficaz del espectro si por cadaelemento de señalización se representa más deun bitCon saltos de fase de /2 (90o)
Cada elemento representa dos bits
Se pueden usar 8 ángulo de fase e inclusoamplitudes distintas
Un modem estándar de 9600 bps usa 12 ángulos,cuatro de los cuales tienen dos amplitudes
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 40
11
QPSK
)4
72cos()(
t f At s c
)4
2cos()(
t f At s c
)4
3
2cos()(
t f At s c
)4
52cos()(
t f At s c
10
00
01
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 41
OTROS PSK
8-PSK 8 fases, repartidas dos en cada cuadrante, paracada una de las 8 ternas que se pueden generarcon tres bits
16-PSK
16 fases, repartidas cuatro en cada cuadrante,
para cada una de las 16 cuaternas que sepueden generar con cuatro bits
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 42
Codificación Amplitud - Fase
La información digital está contenida tanto en lafase como en la amplitud
Puede haber 16 cuaternas con 4 bits
Amp 1 1 1 1 2 2 2 2
Fase-135 -45 +135 +45 -135 -45 +135 +45
MSB 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
LSB 0 1 0 1 0 1 0 1
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 43
Constelación
000 001
101100
010
011
110111
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 44
Modulación en Amplitud enCuadratura (QAM)
Se pueden enviar dos señales diferentessimultáneamente sobre una misma portadora
Se utilizan dos réplicas de la portadora, una deellas desfasada 90 respecto a la otra (encuadratura)
Cada una de las portadoras se modula usando ASK
Las dos señales independientes se transmitenpor el mismo medio
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 45
Prestaciones (1)
Ancho de Banda B T ASK y PSK directamente relacionado con la velocidad de
transmisión R .
FSK depende tanto del salto de frecuencia de las frecuenciascon la portadora como de la velocidad binaria R
Rr BT )1(
Rr F BT )1(2
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
F
F
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 46
Prestaciones (2)
En señalización multinivel se consigue unimportante aprovechamiento del espectro
R Lr R
br BT
2log11
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 47
lgunos ejemplos de ncho de Banda en FSK
F =1,25 MHz, f c=5 MHz, R=1 Mbps, B T depende de F
=100 Hz, f c=1.170 Hz, R=300 bps, B T depende de R F
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 48
Datos Analógicos, Señales Digitales
Digitalización: conversión de datos analógicosen datos digitalesLos datos digitales se pueden transmitir utilizando
NRZ-L
Los datos digitales se pueden transmitir utilizandootros códigos que no sean NRZ-L
Los datos digitales se pueden convertir en señalanalógica: (ASK, FSK, PSK)
La conversión analógica a digital y viceversa se
realiza usando un codec: PCM, DMModulación por Impulsos Codificados (PCM)
Modulación Delta (DM)
M d l ió I l C difi d
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 49
Modulación Impulsos CodificadosMIC (Pulse Code Modulation) (1)
Si una señal se muestrea a intervalos regularesa un ritmo mayor que el doble de lacomponente de frecuencia más alta, lasmuestras 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
Modulación por Impulsos
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 50
Modulación por ImpulsosCodificados MIC (PCM) (2)
Un sistema de 4 bits proporciona 16 nivelesCuantificaciónError de cuantificación o ruido
Las aproximaciones suponen que es imposiblerecuperar 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 unasuponen 64 kbps
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 51
Relación Señal / Ruido PCM
La relación S/N se mejora en aproximadamente6 dB cada vez que se aumenta un bit
76.102.6)( ndBSNR
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 52
Codificación no lineal
Los niveles de cuantificación no estánespaciados regularmente
Se reduce mucho la distorsión de señal
Los escalones son más pequeños para entradasmás bajas
También se puede usar cuantificación uniformey previamente expandir y comprimir la señal
analógica, dando más ganancia a los nivelesmás bajos
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 53
Modulación Delta (DM)
La entrada analógica se aproxima mediante unafunción escalera
Se mueve arriba o abajo un nivel en cadaintervalo de muestra, intentando asemejarse a
la entrada analógicaComportamiento 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 lafrecuencia de muestreo, si bien ello incrementala velocidad de transmisión
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 54
Modulación Delta (DM)
Compromiso elección : grande para poco error desobrecarga de pendiente y pequeño para poco ruido oerror de cuantificación (ruido granular)
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 55
Problemas DM
Sobrecarga de pendiente, si la señal varíarápidamente el DM no puede seguir lasvariaciones
Ruido granular o de cuantificación. En ausencia
se señal, o con variaciones muy pequeñas el DMestá variando constantemente entre 0 y 1generando un ruido que la señal analógica notiene
DM es más sencillo que PCM pero tiene peorrelación S/N
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COMUNICACIÓN DE DATOS. 56
Espectro Expandido
Datos analógicos o digitales
Señal analógica
Datos esparcidos en una ancho de banda grande
Consigue que la perturbación y la interceptación seanmás difíciles
Salto en Frecuencia (Frequency hoping)La señal se transmite sobre una serie pseudoaleatoria de
frecuencias
Secuencia DirectaCada bit se representa mediante varios bits en la señal
trasmitida
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Secuencia Directa