Transcript Señalización Bipolar (Pseudoternaria)

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Departamento de Ingeniería Electrónica
CODIFICACIÓN
EN LÍNEA
Tema V
Sumario
1. Introducción
2. Propiedades de los Códigos en Línea
3. Formatos de Señalización Binaria
4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos
5. Codificación Diferencial
6. Patrones de Ojos
7. Otra visión de la codificación en línea
Motivación del Tema
La codificación de línea se puede
entender como …
Las diferentes maneras de
representar los unos y ceros que
componen una señal digital para
adaptarla eficientemente al
medio de transmisión.
Propiedades deseables de los
Códigos de Línea.
Auto sincronización: Debe poseer suficiente
información de temporización incorporada al
código de manera que se pueda diseñar la
sincronización para extraer la señal de
sincronización o de reloj.
Baja probabilidad de error de bits: Se pueden
diseñar receptores para recuperar datos binarios
con una baja probabilidad de error de bits cuando
la señal de datos de entrada se corrompe por ruido
o ISI (Interferencia InterSimbolo).
Propiedades deseables de los
Códigos de Línea.
Un espectro adecuado para el canal: Por
ejemplo, si el canal es acoplado de ca, la densidad
espectral de potencia de la señal de codificación de
líneas será insignificante a frecuencias cercanas a
cero.
Ancho de banda del canal de transmisión:
Debe ser tan pequeño como sea posible. Esto facilita
la transmisión de la señal en forma individual o la
multicanalización.
Propiedades deseables de los
Códigos de Línea.
Capacidad de detección de errores: Debe ser
posible poner en practica esta característica con
facilidad para la adición de codificadores y
decodificadores de canal, o debe incorporarse al
código de línea.
Transparencia: El protocolo de datos y el código
de líneas están diseñados de modo que toda
secuencia posible de datos se reciba fiel y
transparentemente.
Formatos de Señalización
Binarias
1.
Señalización
Unipolar:
Usando
lógica positiva, el “1” binario se
representa con un nivel alto de voltaje
(+A Volts) y un “0” binario con un nivel
de cero Volts.
2.
Señalización Polar: Los unos y los
ceros binarios se representan por
medio de niveles positivos y negativos
de igual voltaje.
Formatos de Señalización
Binarias
3.
Señalización Bipolar (Pseudoternaria):
Los “1” binarios se representan por
medio de valores alternadamente
negativos y positivos. El “0” binario se
representa con un nivel cero. El término
pseudoternario se refiere al uso de tres
niveles de señales codificadas para
representar datos de dos niveles
(binarios).
Formatos de Señalización
Binarias
Señalización Manchester:
Cada “1” binario se representa con un
pulso de período de medio bit positivo
seguido por un pulso de período de medio
bit negativo. Del mismo modo, el “0”
binario se representa con un pulso de
período de medio bit negativo seguido por
un pulso de período de medio bit
positivo.
4.
Convenimientos Previos
Con frecuencia se utilizan notaciones
abreviadas para estos formatos, las
cuales son:
1. Unipolar NRZ se nombrará
simplemente como unipolar.
2. Polar NRZ como Polar.
3. Bipolar RZ como Bipolar.
Formatos de
Señalización
Binaria
Análisis de los Espectros de Potencia
de los códigos de línea binarios
Señalización Unipolar NRZ.
2
A Tb
PunipolarNR Z ( f ) 
4
 senfTb

 fTb



2


1
1   ( f )
 Tb

Análisis de los Espectros de Potencia
de los códigos de línea binarios
Señalización Polar NRZ.
 senfTb
Ppolar NRZ ( f )  A Tb 
 fTb
2



2
Análisis de los Espectros de Potencia
de los códigos de línea binarios
Señalización Unipolar RZ.
Punipolar

 fTb
 sen
2
A Tb 
 2
(
f
)

RZ
16   fTb 

 
  2 






2

1
1


 Tb


n  
n 
 ( f  )
Tb 
Análisis de los Espectros de Potencia
de los códigos de línea binarios
Señalización Bipolar RZ.

 fTb

sen

A 2Tb 
 2
Pbipolar RZ ( f ) 
8   fTb 
 

2

 
2


  sen 2 (fT )
b





Análisis de los Espectros de Potencia
de los códigos de línea binarios
Señalización Manchester NRZ

 fT
 sen b
 2
PManchester NRZ ( f )  A 2Tb 
 fT 
  b 
  2 
2


   sen 2 (fTb ) 
 
2 


Comparación entre los diferentes
modos de codificación.
Tipo de
código
Primer ancho
de banda nulo
(Hz)
R
Eficiencia
Espectral
R/B [(bits/seg)/Hz]
1
R
1
Unipolar RZ
2R
½
Bipolar NRZ
R
1
Manchester
NRZ
2R
½
Niveles
Múltiples
NRZ
R/L*
L
Unipolar
NRZ
Polar NRZ
Tabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de Líneas
Codificación Diferencial
Los
datos
diferenciales
codificados
son
generados por:
Compuerta Or-Ex
en  d n  en1
A
B
SAL
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Los datos codificados recibidos se
decodifican mediante
~
~
~
d n  en  e n1
Generación de Codificación Diferencial.
Ejemplo de Uso de Codificación
Diferencial
Codificación
Secuencia de entrada
Valor Inicial
Arbitrario
Código resultante
dn
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
1
1
Secuencia codificada
en
a) Decodificación (con
polaridad correcta)
Secuencia recibida
1
Secuencia decodificada
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
b) Decodificación (con
polaridad invertida)
Secuencia recibida
Secuencia decodificada
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
Compuerta Or-Ex
A
B
SAL
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Se compara el valor
lógico
del
dato
actual
con
el
anterior
Patrones de Ojos: Medida práctica de los
niveles de ruido del código de línea.
El efecto de la filtración y ruido en un canal se
ve observando el código de línea recibido en
un osciloscopio.
En la imagen siguiente se muestran formas de
onda polares NRZ dañadas en los casos de:
1. Filtración de canal ideal
2. Filtración que produce
intersímbolos (ISI)
3. Ruido más ISI
interferencia
Formas de Ondas de Patrones de
Ojos
El Patrón de Ojo proporciona la
siguiente información:
El error de sincronización permitido en el
muestreador del receptor esta dado por el ancho del
ojo, conocido como apertura del ojo.
La sensibilidad al error de sincronización esta dada
por la pendiente de la apertura del ojo, evaluada en o
cerca del cruce por cero.
El margen de ruido del sistema esta dado por la altura
de la apertura del ojo.
SEGUNDA VISIÓN DE LOS HECHOS….
A continuación
analizaremos la
codificación de línea vista
por otro autor, en este
caso W. Stallings.
Formatos de codificación digital de
señales
Definición
de cada
uno de los
CODIGOS
más
empleados
Formatos de codificación digital de
señales
Resumen
de las
técnicas de
codificació
n en línea
No Retorno a Cero (NRZ, Nonreturn to
zero)
El nivel de tensión se mantiene constante
durante la duración del bit, no hay retorno a
nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es
un bajo.
NRZ-L, Nivel No Retorno a Cero (NonReturn to Zero Level)
No Retorno a Cero con Inversión de
unos (NRZI)
El nivel de tensión se mantiene constante
durante la duración del bit, no hay retorno a
nivel cero de la tensión. “0” no cambia el nivel,
el “1” cambia alternadamente el nivel.
No Retorno a Cero con Inversión de
unos (NRZI)
El caso de NRZI, es una codificación diferencial.
Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el
nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la
señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior.
Este esquema de polarización no es vulnerable a la
inversión de cables en el proceso de transmisión, es
decir la inversión de la polaridad en los cables de
transmisión no afecta los datos.
No Retorno a Cero con Inversión de
unos (NRZI)
Representación
Espectral
de la
Codificación
Binarios Multinivel
Estos códigos usan más de dos
niveles de señal.
Los casos son:
1. Bipolar
AMI (Alternate Mark
Inversion)
2. Pseudoternario
BIFASE
Engloba todo un conjunto de técnicas de
codificación alternativas, diseñadas para
superar las dificultades encontradas en
los códigos NRZ.
Dos de estas técnicas, son:
1. Manchester
2. Manchester diferencial
Manchester y Manchester
Diferencial
Representación
Espectral
de la
Codificación
Técnicas de < <Scrambling> >
La idea que se sigue es:
Reemplazar las secuencias de bits que den
lugar a niveles de tensión constante por
otras secuencias que proporcionen
suficiente número de transiciones, de
forma tal que el reloj del receptor pueda
mantenerse sincronizado.
Técnicas de < <Scrambling> >
En el receptor:
Se debe identificar la secuencia
reemplazada y sustituirla por la secuencia
original.
La secuencia reemplazada tendrá la
misma longitud que la original, por lo cual
no se produce cambio de velocidad
Técnicas de < <Scrambling> >
Los objetivos son
1. Evitar la componente en continua
2. Evitar las secuencias largas
correspondan a señales de tensión nula
que
3. No reducir la velocidad de transmisión de
los datos
4. Tener
errores
cierta
capacidad
para
detectar
Técnicas de < <Scrambling> >
Reglas de Codificación
1. B8ZS
(Bipolar
with
Substitution)
utilizado
Norteamérica.
8-Zeros
en
2. HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
utilizado en Europa y Japón.
Técnicas de <Scrambling>
B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:
a) Si aparece un octeto con todos ceros y el
último valor de tensión anterior a dicho
octeto fue positivo, codificar dicho octeto
con 0 0 0 + - 0 - +
b) Si aparece un octeto con todos ceros y el
último valor de tensión anterior a dicho
octeto fue negativo, codificar dicho octeto
como 0 0 0 - + 0 + -
Técnicas de <Scrambling>
B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
V: violación de secuencia bipolar
B: bit bipolar valido
Estrategia:
Pulso anterior: + → 0 0 0 + - 0 - +
Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -
Técnicas de <Scrambling>
B8ZS (Bipolar with 8-Zeros Substitution)
Con este procedimiento se fuerzan dos
violaciones de código del código AMI,
combinaciones
de
señalización
no
permitidos por el código.
El receptor identificará ese patrón y lo
interpretará convenientemente como un
octeto todo ceros.
Técnicas de <Scrambling>
HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Se basa en la codificación AMI.
Se reemplaza las cadenas de cuatro
ceros por cadenas que contienen uno
o dos pulsos.
El cuarto cero se sustituye por una
violación del código.
Técnicas de <Scrambling>
HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3
Numero de Pulsos Bipolares (unos)
desde la última sustitución
Polaridad del
pulso anterior
Impar
Par
+
000000+
+00+
-00-
La sustitución dependerá:
a) Si el número de pulsos desde la última violación es par o impar.
b) Dependiendo de la polaridad del último pulso, anterior a la aparición de
los cuatro ceros.
Técnicas de <Scrambling>
HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros)
Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3
Numero Impar de 1’s
Desde la última sust.
Actividades Complementarias
1. Analice los contenidos de
consultando la bibliografía.
este
tema
2. Resuelva algunos problemas planteados en
el libro de W Stallings.
FIN TEMA 5
Gracias
Bipolar AMI


El “0” binario se representa por ausencia de señal
y el “1” binario se representa como un pulso
positivo o negativo.
Los pulsos correspondientes a los “1” deben tener
una polaridad alternante.
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
Bipolar AMI
Representación
Espectral
de la
Codificación
Bipolar AMI

1.
2.
3.
4.

1.
Ventajas:
Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.
No hay componente CD
El ancho de banda es, menor que para NRZ
Se puede usar la alternancia para los “1” como
una forma de detectar errores.
Desventajas:
Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.
Pseudoternario
Se tiene una codificación con tres niveles.
 Para este caso el bit “1” se representa por la
ausencia de señal, y el “0” mediante pulsos
de polaridad alternante.

0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
Pseudoternario
Representación
Espectral
de la
Codificación
Pseudoternario

Ventajas
1.
Se puede enviar la señal de sincronismo con
la información.
No se tiene componente contínua.
Se disminuye el ancho de banda
El mayor nivel de energía está ubicado a la
mitad de la frecuencia normalizada
2.
3.
4.
Pseudoternario

1.
2.
3.
Desventajas
Una larga cadena de “1” hace perder el
sincronismo.
El sistema receptor se ve obligado a
distinguir entre tres niveles de: +A, -A y 0.
Requiere 1,58 bits para transportar solo un
bit de información.
log2 3  1,58 bits
Codificación Manchester

Siempre hay una transición en mitad
del intervalo de duración del bit. Sirve
como procedimiento de sincronización.

Regla:

a) “1” lógico: transición de bajo a alto.
b) “0” lógico: transición de alto a bajo.
Nota: esta regla es contraria a la utilizada por otros autores, pero
se ajusta a la estandarizada en equipos de uso comercial
Codificación Manchester
Codificación Manchester:
Comparación con otras Codificaciones
Manchester Diferencial


La transición en mitad del intervalo
se
utiliza
tan
solo
para
proporcionar sincronización.
La codificación de “0” se
representa por la presencia de una
transicion al principio del intervalo
del bit, y un 1 se representa
mediante la ausencia de una
transición al principio del intervalo.
Manchester Diferencial
Manchester Diferencial:
Comparación con otras Técnicas