CODIFICACIÓN DE LÍNEA Camilo Andrés Gómez Sierra, Oscar Antonio Llanos Perdomo

Ingeniería Electrónica, Universidad Popular del Cesar, Colombia

Oscarllanosperdomo1995@gmail.com

Ing.camilogoezsierra@gmail.com

CONTENIDO

Introducción.

Código de línea.

Códigos RZ (Retorno a cero).

Códigos NRZ (No Retorno a Cero).

Código AMI (Alternate Mark Inversion).

Código Manchester.

Código Manchester diferencial.

Código CMI (Code Mark Inversion).

Código HDB3.

Referencias bibliográficas.

INTRODUCCION.

En telecomunicaciones, un código en línea

(modulación en banda base) es un código utilizado

en un sistema de comunicación para propósitos de

transmisión.

Los códigos de línea son frecuentemente usados

para el transporte digital de datos. Estos códigos

consisten en representar la señal digital

transportada respecto a su amplitud respecto al

tiempo. La señal está perfectamente sincronizada

gracias a las propiedades específicas de la capa

física. La representación de la onda se suele realizar

mediante un número determinado de impulsos.

Estos impulsos representan los 1s y los 0s digitales.

Los tipos más comunes de codificación en línea son

el unipolar, polar, bipolar y Manchester.

Después de la codificación en línea, la señal se

manda a través de la capa física. A veces las

características de dos canales aparentemente muy

diferentes son lo suficientemente parecidos para

que el mismo código sea usado por ellos.

CÓDIGO DE LÍNEA

Para transportar la información de bit se utilizan

pulsos Como caso particular ya vimos una forma

de representar la información digital en término de

pulsos: Polar sin retorno a cero. Polar: se envía un

pulso o su negado sin retorno a cero: la duración

del pulso es la correspondiente del bit 1 T 0 t 0 T 0

t

Aplicaciones En aplicaciones de radio, satélite,

celular se utiliza códigos de línea Polar NRZ para

minimizar el uso de ancho de banda. En

comunicación de datos a veces se utilizan otros

códigos de línea que tienen mejor comportamiento

teniendo en cuenta las otras características. En

comunicaciones no coherentes donde el receptor no

puede detectar el signo del pulso se utiliza Unipolar

NRZ en comunicaciones sobre fibra óptica se usa

este formato.

Nomenclatura Polar - envía pulso o el negativo del

pulso Unipolar- envía pulso o cero Bipolar -

representa el uno alternando el signo del pulso

NRZ- no retorno a cero- el pulso dura todo el

período del bit RZ- retorno a cero - el pulso dura

menos que el período del bit.

Características deseables en un código de línea

Autosincronización: el código tiene la suficiente

información de sincronismo, permiten extraer la

señal de reloj en el receptor. Baja probabilidad de

error de bit: se pueden diseñar receptores de forma

de recuperar la señal binaria con baja probabilidad

de error aunque la señal este corrompida por ruido

o ISI. Espectro adecuado al canal: por Ej. Si el

canal está acoplado en AC, la densidad espectral de

potencia debe ser despreciable para las frecuencias

cercanas a 0. El ancho de banda debe ser menor que

el del canal para que no halla ISI. Ancho de banda

de trasmisión: el menor posible. Capacidad de

detección de errores

Características deseables en un código de línea

Transparencia: debe ser posible trasmitir

correctamente una señal digital independiente del

patrón de "1" y "0". No es transparente si: hay

palabras reservadas para el control hay secuencias

que pierden el reloj.

Códigos RZ (Retorno a cero).

Es un sistema de codificación usado en

telecomunicaciones en el cual la señal que

representa a cada bit retorna a cero en algún

instante dentro del tiempo del intervalo de bit. Por

tanto, las secuencias largas de “unos” o de “ceros”

ya no plantean problemas para la recuperación del

reloj en el receptor.

No es necesario enviar una señal de reloj adicional

a los datos. Esta codificación tiene el problema de

utilizar el doble de ancho de banda para conseguir

transmitir la misma información que los Códigos

NRZ.

Los códigos de “retorno a cero” RZ trabajan con

impulsos estrechos de menor duración que el

intervalo de bit. El ciclo de trabajo es el parámetro

que mide la anchura del impulso RZ.

Los impulsos muy estrechos ahorran energía, pero

exigen mayor ancho de banda. Los códigos RZ

utilizan generalmente un ciclo de trabajo ct = 50 %

(en los sistemas ópticos < 30 % para aprovechar la

vida útil del láser).

Códigos NRZ (No Retorno a Cero).

La señal binaria es codificada usando pulsos

rectangulares, amplitudes modulares con código

polar non-return-to-zero

En telecomunicaciones, se denomina NRZ porque

el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos

de valor uno.

Mediante la asignación de un nivel de tensión a

cada símbolo se simplifica la tarea de decodificar

un mensaje. Esta es la teoría que desarrolla el

código NRZ (non return to zero). La decodificación

en banda base se considera como una disposición

diferente de los bits de la señal on/off, de este modo

se adapta la señal al sistema de transmisión

utilizado. Para ello se emplean los códigos tipo

NRZ.

Una clasificación atendiendo a las modulaciones

situaría el código NRZ dentro de las portadoras

digitales y las moduladoras digitales como los

códigos Manchester, Bifase, RDSI, etc.u etc

Atendiendo a la forma de onda binaria se pueden

clasificar estos códigos como unipolares (el voltaje

que representa los bits varía entre 0 voltios y

+5voltios). Este tipo de código no es recomendable

en largas distancias principalmente por dos

motivos. En primer lugar presentan niveles

residuales de corriente continua y en segundo lugar

por la posible ausencia de suficientes números de

transiciones de señal que permitan la recuperación

fiable de una señal de temporización.

Los polares desplazan el nivel de referencia de la

señal reduciendo a la mitad la diferencia de

potencial necesaria con referencia a la Unipolar.

En el receptor y el transmisor se debe efectuar un

muestreo de igual frecuencia.

Este código no es autosincronizante, y su principal

ventaja es que al emplear pulsos de larga duración

requiere menor ancho de banda que otros sistemas

de codificación que emplean pulsos más cortos.

Dentro de los códigos NRZ se establece una

clasificación, pudiendo tratar códigos del tipo

NRZ-L o NRZ-I.

NRZ-L (No se retorna a nivel cero).

Donde 0 representa el nivel alto y 1 el nivel bajo.

NRZ-I (No se retorna a 0 y se invierte al transmitir

el 1).

Al transmitir un 0 no se produce transición y en

cambio al enviar un 1 se produce una transición a

nivel positivo o negativo.

Características

Fáciles de implementar.

Uso eficaz del ancho de banda.

NRZI es más inmune a ruidos y a errores de

cableado.

Con capacidad de sincronización.

Con capacidad de detección de errores.

Aplicaciones

Su principal aplicación es la grabación magnética,

pero son demasiado limitados para la transmisión

de señales.

Problemas existentes

Uno de los problemas que presenta este código se

fundamenta en la longitud de las secuencias de

unos y ceros. En estos casos el receptor necesita

sincronizarse y del mismo modo llegar a

comprobar que exista señal o si por el contrario no

está disponible.

Una prolongada permanencia de la señal en nivel

positivo o negativo durante la transmisión puede

conducir a la situación denominada desplazamiento

de la línea base, que dificulta al receptor la

adecuada decodificación de la información.

Otro de los aspectos negativos se centra en el

método que se debe emplear para que el emisor y

el receptor estén en sincronismo. Para ello es

necesario continuos cambios en la señal. Esto se ve

dificultado cuando aparecen las mencionadas

cadenas de unos y ceros que mantienen la tensión a

niveles altos o bajos durante largos periodos de

tiempo.

Es susceptible a interferencias.

Los límites entre bits individuales pueden perderse

al transmitir de forma consecutiva secuencias

largas de 1 ó 0.

Código AMI (Alternate Mark Inversion).

El código AMI (Alternate Mark Inversion-

Inversión de marcas alternadas) es un código en

línea recomendado para las transmisiones binarias.

Se puede definir como un código bipolar con

retorno a cero con algunas particularidades que se

describen a continuación.

En este código, cuando se asigna un impulso

positivo al primer “1”, al siguiente "1" se le asigna

un impulso negativo, y así sucesivamente. Por lo

tanto, se asignan alternativamente impulsos

positivos y negativos a los "1" lógicos. Además, al

ser del tipo retorno a cero, durante la segunda mitad

del intervalo de bit se utiliza tensión cero para

representar el “1”.

Características.

El AMI cumple las condiciones siguientes:

El espectro de la señal a la frecuencia cero debe ser

cero, ya que la mayoría de los canales eliminan la

componente continua de las señales

El máximo espectral debe darse en un submúltiplo

o en la proximidad de un submúltiplo de régimen

binario, así la energía necesaria para producir la

señal estará en la zona en la que la atenuación de

transmisión del cable es más reducida y la

atenuación de la diafonía es mayor, así que se

conseguirá una mejor relación señal ruido.

Se reducen los requerimientos de potencia y se

logra una mayor inmunidad a la diafonía

Gracias a las condiciones anteriores, si la señal

puede contener arbitrariamente largas secuencias

de ceros se utiliza un aleatorizador que limite

estadísticamente el número de ceros consecutivos,

de otra manera se perdería el sincronismo con el

reloj. A su vez, si se encuentra dos unos seguidos

con la misma polaridad sabemos que se ha

producido un error.

Representación del código AMI RZ

El código AMI fue usado extensamente en la

primera generación de redes PCM, y todavía se

suele ver en los multiplexores más antiguos, pero

su éxito radica en que no hay un gran número

seguido de ceros en su código. Esto asegura que no

haya más de 15 ceros consecutivos, lo que asegura

la sincronización. Forma de este código se aplican

en los sistemas troncales T1 (a una velocidad

máxima de 1.544 Mbps), y en la transmisión de

canales B. en la Red Digital de Servicios Integrados

(RDSI) de acuerdo con la Recomendación UIT-T

I.430.

Código Manchester.

La codificación Manchester, también denominada

codificación bifase-L, es un método de

codificación eléctrica de una señal binaria en el que

en cada tiempo de bit hay una transición entre dos

niveles de señal. Es una codificación

autosincronizada, ya que en cada bit se puede

obtener la señal de reloj, lo que hace posible una

sincronización precisa del flujo de datos. Una

desventaja es que consume el doble de ancho de

banda que una transmisión asíncrona. Hoy en día

hay numerosas codificaciones (8b/10b) que logran

el mismo resultado pero consumiendo menor ancho

de banda que la codificación Manchester.

La codificación Manchester se usa en muchos

estándares de telecomunicaciones, como en las

variantes 10 Mbit/s del estándar Ethernet, por

ejemplo 10Base5 o 10Base-F.

Las señales de datos y de reloj, se

combinan en una sola que auto-sincroniza

el flujo de datos.

Cada bit codificado contiene una

transición en la mitad del intervalo de

duración de los bits.

Una transición de negativo a positivo

representa un 1 y una transición de

positivo a negativo representa un 0.

Los códigos Manchester tienen una transición en la

mitad del periodo de cada bit. Cuando se tienen bits

iguales y consecutivos se produce una transición al

inicio del segundo bit, la cual no es tenida en cuenta

por el receptor al momento de decodificar, solo las

transiciones separadas uniformemente en el tiempo

son las que son consideradas por el receptor. Hay

algunas transiciones que no ocurren a mitad de bit.

Estas transiciones no llevan información útil, y solo

se usan para colocar la señal en el siguiente estado

donde se llevará a cabo la siguiente transición.

Aunque esto permite a la señal auto-sincronizarse,

en realidad lo que hace es doblar el requerimiento

de ancho de banda, en comparación con otros

códigos como por ejemplo los Códigos NRZ.

Código Manchester diferencial.

La Codificación Manchester diferencial (también

CDP; Conditional DePhase encoding) es un

método de codificación de datos en los que

los datos y la señal reloj están combinados para

formar un único flujo de datos auto-sincronizable.

Es una codificación diferencial que usa la presencia

o ausencia de transiciones para indicar un valor

lógico. Esto aporta algunas ventajas sobre la

Codificación Manchester:

Detectar transiciones es a menudo menos

propenso a errores que comparar con

tierra en un entorno ruidoso.

La presencia de la transición es

importante pero no la polaridad. La

codificaciones diferenciales funcionarán

exactamente igual si la señal es invertida

(cables intercambiados).

Un bit '1' se indica haciendo en la primera mitad de

la señal igual a la última mitad del bit anterior, es

decir, sin transición al principio del bit. Un bit '0' se

indica haciendo la primera mitad de la señal

contraria a la última mitad del último bit, es decir,

con una transición al principio del bit. En la mitad

del bit hay siempre una transición, ya sea de high

hacia low o viceversa. Una configuración inversa

es posible, y no habría ninguna desventaja en su

uso.

Un método relacionado es la Codificación

Manchester en el cual las transiciones

significativas son las de la mitad del bit,

codificando los datos por su dirección (positivo-

negativo es valor '1', negativo-positivo es el otro).

Manchester Diferencial está especificado en el

IEEE 802.5 estándar para Redes Token Ring, y es

usado para otras muchas aplicaciones, incluyendo

el almacenamiento magnético y óptico.

En la codificación Manchester Diferencial, si el '1

es representado por una transición, entonces el '0'

es representado por 2 transiciones y viceversa.

Código CMI (Code Mark Inversion).

El código CMI (Codec Mark Inversion) es un

código en línea en banda base, cuyo objetivo al

igual que otros códigos de línea es:

Mínima componente continua.

Máximo número de cambios de nivel

Mínima frecuencia o ancho de banda para

una velocidad de bits.

Detención y corrección de errores.

El nombre CMI, proviene de la

nomenclatura marca=1 y espacio=0

Funcionamiento

El bit 0:se codifica con un cambio de

polaridad negativa a postiva (V- a V+), en

la mitad del intervalo del bit.

El bit 1:se codifica con polaridad positiva

y negativa alternativamente y sin

transición en la mitad del intervalo.

El código CMI, anula la componente continua. La

inserción del reloj de sincronismo en los ceros,

mediante la transición de la señal entre dos niveles

o estados opuestos, hace que su velocidad de línea

sea el doble del régimen binario(R). Este código

CMI (Code Mark Inversion), se utiliza en el

múltiplex de 140 Mbps de la interfaz G.703 de la

JDP (Jerarquía Digital Plesíncrona).

Código HDB3.

HDB3 es un código binario de telecomunicaciones

principalmente usado en Japón, Europa y Australia

y está basado en el código AMI, usando una de sus

características principales que es invertir la

polaridad de los unos para eliminar la componente

continua.

Consiste en sustituir secuencias de bits que

provocan niveles de tensión constantes por otras

que garantizan la anulación de la componente

continua y la sincronización del receptor. La

longitud de la secuencia queda inalterada, por lo

que la velocidad de transmisión de datos es la

misma; además el receptor debe ser capaz de

reconocer estas secuencias de datos especiales.

El código HDB3 cumple las propiedades que debe

reunir un código de línea para codificar señales en

banda base:

El espectro de frecuencias carece de componente

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.

Coloca 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.

- 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 de

“cero”. Cuando aparecen más de tres ceros

consecutivos estos se agrupan de 4 en 4, y se

sustituye cada grupo de 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 la ley de

alternancia de impulsos, o ley de polaridad, con el

resto de los 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. por lo tanto todo lo relacionado con

esto es verídico confiable

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1] Stallings William. Comunicaciones y redes de

computadores. Séptima edición. Prentice Hall