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Codificação de Dados
UFPR – Universidade Federal do Paraná
PIPE – Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Engenharia
Mestrado em Telecomunicações
Disciplina: Comunicação de Dados
Prof. Eduardo Parente Ribeiro
Aluno: César Longhi
Codificação
DIGITAL – ANALÓGICA
DIGITAL – DIGITAL
DIGITAL – ANALÓGICA
O sinal a ser transmitido encontra-se na
forma digital (0 ou 1), podendo ser:
Dados
Voz/Imagem Digitalizada
Sinais de Telemetria, etc.
O sinal é transmitido em um canal sob
forma analógica
DIGITAL – ANALÓGICA
A Codificação ocorre pela Modulação de uma
portadora
A portadora possui amplitude, frequência e fase
conhecidas
O receptor compara o sinal modulado com a
portadora, de maneira que diferenças de
amplitude, frequência ou fase possibilitam obter o
sinal modulante original
DIGITAL – ANALÓGICA
ASK
FSK
PSK
QAM
ASK - Amplitude Shift Keying
Dois valores de amplitude:
• Amplitide A0 representa o bit 0
• Amplitude A1 representa o bit 1
OOK – On-Off Keying
Portadora: cos(t)
Sinal Modulante: m(t)
Sinal Modulado: m(t) cos(t)
OOK – On-Off Keying
FSK - Frequency Shift Keying
Dois valores de frequência:
• Frequência F0 representa o bit 0
• Frequência F1 representa o bit 1
A modulação FSK é menos suceptível a
interferência que a modulação ASK, entretanto
ocupa uma maior largura de banda
FSK – Frequency Shift Keying
Sinal Modulante: m(t)
Sinal Modulado FSK
PSK – Phase Shift Keying
Modulação da Fase da Portadora
Vantagens:
Pouco susceptível a interferência
Menor Largura de Banda
Número de Fases:
2-PSK: Duas fases definidas
• Cada fase representa um bit
• Um bit por baud
2PSK
Sinal Digital Modulante
Sinal Modulado 2PSK
4PSK
Os bits são agrupados de dois em dois
A cada par de bits corresponde uma fase
Exemplo
2 Bits
Fase
00
0°
01
90°
10
180°
11
270°
90
180
0
180
4PSK
1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1
180° 270° 0°
90° 270° 0°
90° 270°
PSK – Phase Shift Keying
2-PSK: 2 fases
0 e 180 graus: 1 bit / baud
4-PSK: 4 fases
0,90,180,270 graus: 2 bits / baud
n-PSK: n fases
(log2n) bits / baud
8 PSK
Representação em Constelação (3 bits/baud)
90
135
45
180
0
315
225
270
DPSK
Differentially Coherent PSK
Bit 0:
Mantém a mesma fase que no período anterior
Bit 1:
Altera a fase
DPSK
Sinal Modulante: m(t)
Sinal Modulado DPSK
8 QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Combinação de ASK e PSK
ASK: 2 amplitudes
PSK: 4 fases para cada amplitude
Portanto:
2 amplitudes x 4 fases = 8 símbolos
Os bits são agrupados de três em três: 3 bits/baud
8 QAM - Constelação
16 QAM
ancos(t)+bnsin(t)
bn
an
BELL 209
16 QAM
cncos(t+n)
BELL 209
16 QAM
CCITT V29
Codificação
DIGITAL - DIGITAL
Requisitos da Codificação Digital
Pequena Largura de Banda
Visa permitir que vários sinais possam ser transmitidos em um mesmo
meio
Baixo Nível DC
Atenuação pronunciada para grandes distâncias
Eficiência
Para uma dada largura de banda, a potência transmitida deve ser a
menor possível
Requisitos da Codificação Digital
Detecção
e Correção de Erros
Transparência
O sinal deve ser transmitido eficientemente,
independentemente da sequência de 0´s e 1´s:
- Apenas 1´s
- Apenas 0´s
- Sequência altenada de 0´s e 1´s
Requisitos da Codificação Digital
Sincronismo
(Transmissão Síncrona)
Requisitos da Codificação Digital
Como as características impostas tendem a
ser mutuamente exclusivas, há várias
técnicas de codificação de sinais digitais
Classificação da Codificação
Digital quanto à Polaridade
* ON/OFF
* POLAR
* BIPOLAR OU PSEUDOTERNÁRIO
1. Codificação ON/OFF
Bit 1 – Representado por um Pulso +p(t)
Bit 0 – Ausência de Pulso
v(t)
v(t)
+ p(t)
BIT 1
BIT 0
t
t
2. Codificação Polar
Bit 1 – Representado por um Pulso +p(t)
Bit 0 – Representado por um Pulso –p(t)
+ p(t)
BIT 1
t
t
BIT 0
- p(t)
3. Codificação Bipolar ou Ternária
Bit 1 - Representado ora por um pulso +p(t), ora
por um pulso –p(t)
Bit 0 - Ausência de Pulso
BIT 0
BIT 1
Classificação quanto a Duração
do Pulso
•
•
NRZ – Non Return to Zero
RZ – Return to Zero
1. Codificação NRZ
Um pulso +p(t) ou –p(t), quando enviado, tem
duração igual a todo o período correspondente a
um bit
+p(t)
-p(t)
T
T
2. Codificação RZ
Um pulso +p(t) ou –p(t), quando enviado, tem
duração menor que o período correspondente a um
bit, de maneira que o sinal retorna ao nível 0V.
+p(t)
-p(t)
T
T
Com base nos métodos descritos,
existem várias técnicas de codificação
disponíveis.
NRZ – On-Off
Bits ‘0’ – 0V
Bits ‘1’ – +V
Aplicação: IBM BISYNC
Alto Nível DC
Permanência prolongada em apenas um nível de tensão,
podendo gerar perda de sincronismo
Sinal Polarizado (Não permite inverter fios A e B)
NRZ I
Non Return to Zero Inverted
Bit ´0` - Não há transição de tensão
Bit ´1` - Representado por uma transição no
nível de tensão
OBS: Pode-se adotar convenção oposta
NRZ I
Non Return to Zero Inverted
O sinal deve possuir um número suficiente
de 0´s (ou de 1´s) para permitir o
sincronismo entre o transmissor e o
receptor
TÉCNICA
HDLC's zero-bit stuffing
RZ – On-Off
Bits ‘0’: 0V
Bits ‘1’
1° Semiperíodo: +V
2° Semiperíodo: 0V
DESVANTAGENS
Existência de um nível DC
Perda de Sincronismo para uma longa sequência de 0´s
Não diferenciação entre uma longa sequência de 0´s e canal
ocioso ou curto circuitado
Polaridade dos fios
Manchester
PE – Phase Encode
Um complemento do sinal é enviado
durante o primeiro semi-período, enquanto
que o próprio sinal é enviado no segundo
semi-período
Obrigatoriamente ocorre pelo menos uma
transição do sinal no meio de cada período
Manchester
Bit 0 – Transição para Baixo
+V
no primeiro semi-período
–V no segundo semi-período
BIT 0
Manchester
Bit 1 – Transição para Cima
–V no primeiro semi-período
+V no segundo semi-período
BIT 1
Manchester
APLICAÇÕES
Ethernet
IBM 3270
AS/400 5250
Manchester
DESVANTAGENS
Largura de Banda
Polaridade do Sinal
VANTAGENS
Nível DC nulo
Sincronismo entre transmissor e receptor, mesmo para
longas sequências de 0´s ou 1´s
Fácil de canal ocioso ou curto-circuitado
DM – Differential Manchester
Bit 0: Transição no início de cada período
Bit 1: Não ocorre transição no início de cada período
Mudança de polaridade dentro de cada período
APLICAÇÃO: LANs Token Ring
0
0
1
1
1
AMI – Alternate Mark Inversion
Codificação Bipolar
Bit ´0` - Nível de tensão de 0V
Bit ´1` - Alterna pulsos positivos e Negativos
AMI – Alternate Mark Inversion
Codificação Bipolar
VANTAGENS
- Nível DC nulo
- Detecção de Erro:
Não pode haver dois pulsos de mesma polaridade
DESVANTAGENS
- Perda de Sincronismo para uma longa sequência de 0´s
- Não Transparência, isto é, o espectro do Sinal é ocupado
de forma desigual para sequências de 0´s e 1´s
consecutivos
HDB – High Density Bipolar
A Codificação HDB é um aprimoramento significativo da
codificação bipolar AMI, eliminando os problemas de
não-transparência e de perda de sincronismo
Um ou mais pulsos são inseridos no sinal pelo
transmissor quando o número de zeros consecutivos
excede n: HDBN
Estes pulsos extras são dectectados e eliminados no
receptor
Padronização Internacional: HDB3
HDB3 – High Density Bipolar 3
Sequências com mais que três zeros consecutivos
são substituídas por sequências especiais
0 0 0 V
0 0 0 0
B 0 0 V
0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 10 1 1 1 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 1 1 0 0 0 V10 1 1 1 0 1 1 0 0 V
HDB3 – High Density Bipolar 3
B 0 0 V
0 0 0 V
B é um Pulso de polaridade
oposta à do último pulso
(Bipolar).
V é um Pulso de polaridade
Anômala ou Inválida, isto é,
possui a mesma polaridade que
o último pulso (Violação).
HDB3 – High Density Bipolar 3
0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 10 1 1 1 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 1 1 0 0 0 V10 1 1 1 0 1 1 0 0 V
2B1Q
2-Binary 1-Quaternary
Utilização de 4 níveis de tensão
Os bits são agrupados de dois em dois
Cada par de bits (2B) é representado por um dos
quatro níveis de tensão (1Q)
APLICAÇÃO: NT1 (Network Termination Device)
2B1Q
2-Binary 1-Quaternary
Tabela de Correspondência 2B1Q
Padronização Norte-Americana
2B
Quaternário
00
-3 V
01
-1 V
11
+1 V
10
+3 V
2B1Q
2-Binary 1-Quaternary
101100001110000111010010
+3 +1 -3 -3 +1 +3 -3 -1 +1 -1 -3 +3
Conclusões
O seguinte quadro sinóptico ilustra as
conclusões do trabalho.
Quanto sacrifício para enviar ‘zero’ e ‘um’...
Codificação de Dados
UFPR – Universidade Federal do Paraná
PIPE – Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Engenharia
Mestrado em Telecomunicações
Disciplina: Comunicação de Dados
Prof. Eduardo Parente Ribeiro
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