Profesora Maria Elena Villapol. Comunicación de Datos

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1 Técnicas de Codificación de la Data Profesora Maria Elena Villapol

2 Técnicas de Codificación y Modulación de la Data Digital Digital Analógica Digital Digital Analógica Analógica - Analógica

3 Señales digitales a señales digitales Términos claves Elemento de data -> bits -> un símbolo binario, 1 o 0. Tasa de datos -> bps -> tasa a la cual se transmiten los datos. Elemento de señal -> digital: pulso de voltaje; analógico: pulso de frecuencia, fase o amplitud constante -> parte de la señal que ocupa el mas corto tiempo de un código de señalización. Tasa de modulación -> elementos de señal por segundo (baudio) -> tasa a la cual un elemento de señal se transmite.

4 Elementos de Señal vs Elementos de Data 1 ELEMENTO DE DATA 1 ELEMENTO DE DATA ELEMENTO DE SEÑAL 2 ELEMENTOS DE SEÑAL 2 ELEMENTOS DE DATA ELEMENTO DE SEÑAL

5 Interpretando las señales Se debe conocer Temporización de los bits cuando un bit comienza y termina. Niveles de la señal. Factores que afectan la interpretación correcta de la señal: SNR Ancho de banda Tasa de datos

6 Comparación de los esquemas de codificación ió Espectro de la señal Detección de error Pérdida de altas frecuencias Incluidas en la codificación de reduce BW. la señal Pérdida de componente DC, Inmunidad al ruido e permite acoplamiento AC vía transformador, permitiendo aislamiento Concentrar la potencia en la mitad del BW, proporciona menor distorsión. Clocking Sincronización transmisor y receptor Reloj externo Proporcionar sinc a través de la señal. interferencia y ruido Algunas técnicas son mejores que otras. Costo y complejidad Mas altas tas de señal mas costo. Algunos códigos requieren mayor tasa de la señal que la tasa de datos.

7 Esquemas de Codificación Lineales: Clasificación ió Esquemas de codificación lineales Unipolar Polar Bipolar Multinivel Multi transición NRZ NRZ, RZ, MANCHESTER Y MANCHESTER DIFERENCIAL AMI Y PSEUDOTERNARIO 2B/1Q, 8B/6t Y 4D-PAM5 MLT-3

8 Técnicas de codificación

9 Unipolar: NRZ

10 Polar: NRZ-L y NRZ-I

11 Polar RZ

12 Polar: Manchester y Manchester Diferenciali

13 Bipolar-AMI

14 Tasa de Modulación Tasa de datos N = 1 T T b Tb duración de un bit Tasa de modulación 1 S = cn r r = número de bits por elemento de señal C= factor del caso, c está entre 0 y 1.

15 Multinivel Codificar un patrón de m elementos de data en n elementos de señal. Se representan como mbnl. 2 m <= L n.

16 2B1Q

17 Técnicas Multinivel: MLT-3 Otra técnica de codificación combina NRZI con dos niveles mas de señal. En MLT-3, hay tres niveles de señal disponibles. Para un bit en 1, MLT-3 se alterna de 1 a 0, a +1,,y de allí nuevamente a 0, entonces retorna a 1, y así. Un bit en 0 se codifica con el mismo valor del valor precedente.

18 MLT-3

19 Codificación por Bloques La codificación de bloque se denomina codificación mb / nb. Sustituye cada grupo de m-bits con un grupo n-bits.

20 Codificación por Bloques

21 4B/5B-NRZI La data debe ser codificada para asegurar transiciones. Cada 4 bits se codifican en un símbolo con 5 bits de código. Los patrones de 5 bits se eligen de forma tal de que existan mas de tres ceros en una fila. El código resultante es codificado usando NRZI.

22 4B/5B-NRZI

23 4B/5B-NRZI

24 Scrambling Usado para reemplazar secuencias que puedan producir voltajes constantes. Rellenar secuencias. Estas deben producir suficientes transiciones para mantener la sincronización. i ió Deben poder ser reconocidas por el receptor y reemplazarlas con la original. Igual longitud que la original. No tienen componente DC. No largas secuencias con nivel de señal cero. No reducción en la tasa de datos. Capacidad de detectar errores. Es el objetivo de las técnicas B8ZS y HDB3.

25 Reglas de Sustitución B8ZS Polaridad del pulso precedente

26 B8ZS

27 Reglas de Sustitución HDB3 Número de pulsos bipolares (unos) desde la última sustitución Polaridad d del Impar Par Pulso Precedente

28 HDB3

29 Ancho de Banda (Promedio) Componente DC Capacidad de Sincronism o NRZ B= R/2 Si No si ilargas secuencias de 1s o 0s NRZ-L Si No si largas sec No de 1s o 0s NRZ-I Si No si largas secs de 0s Bipolar AMI B= R/2 No No en largas secuencias de 0s Pseudoternario No en largas secuencias de 1s Manchester B=R No Si Si Manchester Diferencial Detección de Errores No No Si Si No Si Si B8ZS No Si Si HDB3 MLT-3 B=R/3 No No para largas Si secs de 0s.

30 Digital - Analógico Modulación: resultado del proceso de variar ciertas características de una señal, llamada portadora, en concordancia con una señal de mensaje. Hay tres tipos de técnicas de modulación BASICAS: Amplitude shift keying (ASK) Frequency shift keying (FSK) Phase shift keying (PSK)

31 Digital - Analógico ASK = FSK = PSK = A cos (2πf ct ) A cos (2πf 1 t) 1 A cos (2πfπ 2 t) 0 A cos (2πf c t+ π) 1 Acos(2πf c t) 0 QPSK = A cos (2πf c t+ π/4) 11 A cos (2πf c t + 3 π/4) 10 A cos (2πf c t + 5 π/4) 00 A cos (2πf c t + 7 π/4) 01 Otras técnicas pueden: Usar mas valores de ángulos de fase (eg 8 ángulos de fase permiten representar 3 bits por señal, 8-PSK) Se puede igualmente variar la amplitud y la fase.

32 Diagrama de Constelación Ayuda a definir la amplitud y fase de un elemento de señal. Es útil cuando se describen esquemas multinivel es. Tiene dos ejes, X y Y. El eje X esta relacionado a la portadora en fase y el Y a la portadora fuera de fase. La longitud del vector que conecta el punto al origen es la amplitud pico de la señal. El ángulo que la línea hace con el eje X es la fase del elemento de señal.

33 Diagrama de Constelación

34 QAM Combina ASK y PSK. El mas simple es el 4-QAM, donde se tienen 4 elementos de señal y se representan 2 bits por elemento.

35 QAM: Ejemplos

36 Medidas de rendimiento B T = (1+r)R ASK B T = 2ΔF + (1+r)R FSK B T = ((1+r)/b)R = ((1+r)/Log 2 L)R = (1+r)D Técnicas multinivel B T ancho de banda R tasa de datos Dt tasa de modulación r relacionado a la frecuencia, 0<r<1

37 Analógica - Digital Digitalización: proceso de convertir la data analógica en digital. Dos técnicas para hacer esto son: Modulación por Codificación de Pulso (PCM) Modulación Delta (DM)

38 Muestreo de una señal Analógica La señal analógica es muestreada cada Ts segundos. Ts es el intervalo o período de muestreo. fs = 1/Ts es la frecuencia de muestreo Teorema del Muestreo o Teorema de Nyquist: La tasa de muestreo, fs, debe ser al menos 2 veces la frecuencia mas alta contenida en la señal.

39 Recuperación de una señal para diferentes tasas de muestreo

40 PCM La señala analógica es muestreada: La señal es muestreada según el teorema de Nyquist. La señal muestreada es cuantificada: Cada muestra es un valor de la amplitud, por lo tanto es analógico. Esto se denomina modulación por amplitud de pulso (PAM). Los valores cuantificados son codificados como un chorro de bits: Cada una de estas muestras debe ser convertida a un código binario de n bits

41 PCM: Diagrama de Bloques

42 PCM: Ejemplo

43 PCM: Refinamientos Un refinamiento de PCM es la codificación no lineal. Igual espaciado implica error absoluto es igual para cada muestra, sin importar nivel de la señal. Valores pequeños son mas distorsionados. Se puede usar un número mayor de pasos de cuantificación para menores amplitudes y menos número para valores de la amplitud mayores. La SNR para el ruido de cuantificación se expresa como: SNR = 20 log 2 n db = 6.02n db

44 Codificación No Lineal

45 Compasión (companding) La señal es comprimida en el emisor y expandida en el receptor. Significa reducir la amplitud del voltaje instantáneo por valores grandes. Imparte mas ganancia a las señales débiles que a la mas fuertes.

46 Niveles de Cuantificación L es el número de niveles de cuantificación. Se eligen dependiendo: rango de las amplitudes de la señal analógica. Grado de precisión necesario para recuperar la señal

47 Error de Cuantificación Los valores de entrada al cuantificador son valores reales. Los valores de salida son valores aproximados. La SNR db para el ruido de cuantificación se expresa como: SNR = 20 log 2 n db = 6.02n db n es el número de bits por muestra. n = log 2 L

48 Codificación Cada muestra de la señal es cuantificada. Cada muestra es cambiada a una palabra código de n bits. La tasa de datos es: R = fs x n.

49 DM La señal analógica se aproxima por una función tipo escalera. Los niveles bajan o suben una altura δ cada intervalo de muestreo Ts. Se sigue el Teorema del muestreo para obtener Ts. En cada muestra la señal de entrada es comparada con el mas reciente valor de la función escalera. Si el valor muestreado excede el de la función escalera se genera un 1. Se genera un 0 en caso contrario.

50 DM: Ejemplo

51 DM: Lado del Transmisor

52 DM: Lado del Receptor

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