Codificacion Modulacin

7/28/2019 Codificacion Modulacin

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COMUNICACIN DE DATOS.ESI-CR.UCLM 1

Tema 4

CODIFICACIN Y MODULACINDIGITAL


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COMUNICACIN DE DATOS.

ESI-CR.UCLM 2

Tcnicas de Codificacin

Datos digitales, seales digitalesDatos analgicos, seales digitales (PCM)

Datos digitales, seales analgicas (modem)

Datos analgicos, seales analgicas (AM, FM,PM)


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Datos digitales, seales digitales

Seal digital: secuencia de pulsos de tensinDiscreto, pulsos de tensin discontinuos

Cada pulso es un elemento de seal

Datos binarios codificados en elementos de seal


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ESI-CR.UCLM 4

Esquemas de Codificacin

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 sustitucin)

HDB3 (Bipolar de Alta Densidad con 3 ceros)


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No Retorno a Cero-Nivel (NRZ-L)

Dos tensiones diferentes para los bits 0 y 1Tensin constante durante el intervalo del bitno hay transicin, no retorna a tensin cero

Ausencia de tensin para 0, tensin constantepositiva para 1

Ms habitual, tensin negativa para un valor ytensin positiva el otro valor


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No Retorno a Cero Invertido (NRZI)

Sin retorno a cero invertido en 1sTensin constante durante la duracin de un bit

El dato se codifica por la presencia o ausencia

de una transicin al principio del tiempo del bitTransicin (bajo a alto o al revs) significa un 1

Sin transicin significa un 0

Ejemplo de codificacin diferencial


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NRZ

Cada vez que vaya a empezar un 1 se produce una transicin.

Si empieza un 0 no se produce transicin.


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Codificacin Diferencial

Datos representados por cambios en vez de porniveles

Deteccin ms fiable en la transicin que en elnivel

En sistemas de transmisin complicados es fcilperder la polaridad. Si se invierte, se cambianlos 0 por 1 y viceversa. Con codificacin

diferencial no existe este problema


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NRZ: ventajas e inconvenientes

Ventajas:Fcil de implementar

Uso eficaz del ancho de banda

InconvenientesComponente continua (DC)Ausencia de la capacidad de sincronizacin

Usados para grabaciones magnticas

No usados para transmisin de seales


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Binario Multinivel

Usan ms de dos nivelesBipolar-AMI0 representado por ausencia de seal

1 representado por pulsos de polaridad alternanteNo hay prdidas de sincronismo para una larga

cadena de unos (s para cadena de ceros)

No tiene componente continua

Menor ancho de banda que NRZSencilla deteccin de errores


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Pseudoternario

Unos representados por ausencia de sealCeros representados por pulsos de polaridad

alternante

No tiene ventajas ni inconvenientes respecto alBipolar-AMI


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Bipolar-AMI y Pseudoternario


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Inconvenientes para Binario Multinivel

No tan eficiente como el NRZCada elemento de seal slo representa un bit

En un sistema de 3 niveles, lo que representaralog23 = 1.58 bits de informacin

El Receptor debe distinguir entre tres niveles(+A, -A, 0)

Necesita aproximadamente 3dB ms de potencia deseal para la misma probabilidad de error

Dada una relacin S/N, la tasa de error por bit paralos cdigos NRZ es menor que para binario multinivel


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Bifase

ManchesterTransicin en mitad del intervalo de duracin del bit

La transicin sirve como reloj y para transmitir el dato

Transicin Bajo a Alto representa 1

Transicin Alto a Bajo representa 0Manchester DiferencialTransicin en mitad del intervalo usado slo para sincronizar.

La transicin al principio del intervalo del bit representa 0.

La ausencia de transicin al principio del intervalo representa1

Nota: es un esquema de codificacin diferencial


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Bifase: ventajas e inconvenientes

InconvenientesAl menos una transicin por cada bit pudiendo ser

hasta dos

Velocidad de modulacin mxima doble que en NRZ

Necesita ms ancho de bandaVentajasSincronizacin: el receptor se sincroniza con la propia

seal (auto-sincronizados)

Ausencia de componente continuaDeteccin de errores, si hay una ausencia de la

transicin esperada


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Tcnicas de Scrambling

Usada para reemplazar secuencias que produciran unatensin 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 seales de tensin continua No reducir la velocidad de transmisin de datos

Tener cierta capacidad de detectar errores


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B8ZS (Norteamrica)

Bipolar con 8 Ceros de Sustitucin Basado en AMI bipolar

Si aparece un octeto con todo ceros y el ltimo valor detensin anterior a dicho octeto fue positivo, se codificadicho octeto como 000+-0-+

Si aparece un octeto con todo ceros y el ltimo valor detensin anterior a dicho octeto fue negativo, se codificadicho octeto como 000-+0+-

Causa dos violaciones del cdigo AMI

Improbable que ocurra debido al ruido El receptor detecta e interpreta como octeto con todo

ceros

Adecuado para transmisin a altas velocidades


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HDB3 (Europa y Japn)

Alta Densidad Bipolar 3 Ceros Basado en AMI bipolar

Si aparece un cuarteto con todo ceros y el ltimo 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 ltimo valor

de polaridad anterior a dicho cuarteto fue positivo, secodifica dicho cuarteto como 000+ o bien00-

En las violaciones siguientes se alternan las polaridadesde las violaciones para evitar la componente continua

Adecuado para transmisin a altas velocidades


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B8ZS y HDB3


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Datos Digitales, Seales Analgicas

Sistema de Telefona pblica300 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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Tcnicas de Modulacin


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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 lneas de calidad telefnica

Usada en fibra ptica


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ESI-CR.UCLM 25

)2cos()( tfAts c

0)( ts 0 binario

ASK

1 binario


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Desplazamiento de frecuencia (FSK)

Valores representados por diferentesfrecuencias (prximas a la portadora)

Menos sensible a errores que ASK

Hasta 1200 bps en lneas de calidad telefnicaTransmisin por radio en HF (3-30 MHz)

Incluso en LAN en frecuencias superiores concable coaxial


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ESI-CR.UCLM 27

0 binario

FSK

1 binario)2cos()( 1tfAts

)2cos()(2

tfAts


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FSK en lnea de calidad telefnica


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ESI-CR.UCLM 29

Desplazamiento de Fase (PSK)

La Fase de la portadora se desplaza pararepresentar los datos

PSK DiferencialEl cambio de fase se refiere a la transmisin del bit

anterior en lugar de a una referencia absoluta


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ESI-CR.UCLM 30

0 binario

1 binario)2cos()(

tfAts c

)2cos()( tfAtsc

PSK


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ESI-CR.UCLM 31

PSK en cuadratura (QPSK)

Uso ms eficaz del espectro si por cadaelemento de sealizacin se representa ms deun bitCon saltos de fase de /2 (90o)

Cada elemento representa dos bits

Se pueden usar 8 ngulo de fase e inclusoamplitudes distintas

Un modem estndar de 9600 bps usa 12 ngulos,cuatro de los cuales tienen dos amplitudes


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ESI-CR.UCLM 32

11

QPSK

)4

72cos()(

tfAts c

)4

2cos()(

tfAts c

)4

3

2cos()(

tfAts c

)4

52cos()(

tfAts c

10

00

01


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ESI-CR.UCLM 33

OTROS PSK

8-PSK8 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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ESI-CR.UCLM 34

Codificacin Amplitud - Fase

La informacin digital est 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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ESI-CR.UCLM 35

Constelacin

000 001

101100

010

011

110111


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ESI-CR.UCLM 36

Modulacin en Amplitud enCuadratura (QAM)

Se pueden enviar dos seales diferentessimultneamente sobre una misma portadora

Se utilizan dos rplicas de la portadora, una deellas desfasada 90 respecto a la otra (encuadratura)

Cada una de las portadoras se modula usandoASK

Las dos seales independientes se transmitenpor el mismo medio


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ESI-CR.UCLM 37

Prestaciones (1)

Ancho de Banda BT

ASK y PSK directamente relacionado con la velocidad detransmisin R.

FSK depende tanto del salto de frecuencia de las frecuenciascon la portadora como de la velocidad binaria R

RrBT )1(

RrFBT )1(2

r es un factor relacionado con la tcnica de filtrado y su valor

est comprendido entre 0 y 1. es f2-fc o bien fc-f1

F

F


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ESI-CR.UCLM 38

Prestaciones (2)

En sealizacin multinivel se consigue unimportante aprovechamiento del espectro

RLrR

brBT

2log11


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ESI-CR.UCLM 39

Algunos ejemplos de Ancho de Banda en FSKF =1,25 MHz, fc=5 MHz, R=1 Mbps, BTdepende de F

=100 Hz, fc=1.170 Hz, R=300 bps, BTdepende de RF


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ESI-CR.UCLM 40

Datos Analgicos, Seales Digitales

Digitalizacin: conversin de datos analgicosen datos digitalesLos datos digitales se pueden transmitir utilizando

NRZ-L

Los datos digitales se pueden transmitir utilizandootros cdigos que no sean NRZ-L

Los datos digitales se pueden convertir en sealanalgica: (ASK, FSK, PSK)

La conversin analgica a digital y viceversa se

realiza usando un codec: PCM, DMModulacin por Impulsos Codificados (PCM)

Modulacin Delta (DM)


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ESI-CR.UCLM 41

Modulacin Impulsos CodificadosMIC (Pulse Code Modulation) (1)

Si una seal se muestrea a intervalos regularesa un ritmo mayor que el doble de lacomponente de frecuencia ms alta, lasmuestras contienen toda la informacin de la

seal original (TEOREMA DEL MUESTREO)Los datos de voz estn limitados a 4000 Hz

Se necesitan 8000 muestras por segundo

A cada muestra se le asigna un cdigo digital

Mod lacin por Imp lsos


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ESI-CR.UCLM 42

Modulacin por ImpulsosCodificados MIC (PCM) (2)

Un sistema de 4 bits proporciona 16 nivelesCuantificacinError de cuantificacin o ruido

Las aproximaciones suponen que es imposiblerecuperar exactamente la seal original

Muestras de 8 bits proporcionan 256 niveles

Calidad comparable a la transmisin analgica

8000 muestras por segundo de 8 bits cada unasuponen 64 kbps


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ESI-CR.UCLM 43

Relacin Seal / Ruido PCM

La relacin S/N se mejora en aproximadamente6 dB cada vez que se aumenta un bit

76.102.6)( ndBSNR


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ESI-CR.UCLM 44

Codificacin no lineal

Los niveles de cuantificacin no estnespaciados regularmente

Se reduce mucho la distorsin de seal

Los escalones son ms pequeos para entradasms bajas

Tambin se puede usar cuantificacin uniformey previamente expandir y comprimir la seal

analgica, dando ms ganancia a los nivelesms bajos


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ESI-CR.UCLM 45


La entrada analgica se aproxima mediante unafuncin escalera

Se mueve arriba o abajo un nivel en cadaintervalo de muestra, intentando asemejarse a

la entrada analgicaComportamiento binario: la subida se

representa con un 1 y la bajada con un 0

Se necesita un bit por cada muestra

La precisin es mayor cuanto mayor sea lafrecuencia de muestreo, si bien ello incrementala velocidad de transmisin


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ESI-CR.UCLM 46


Compromiso eleccin : grande para poco error desobrecarga de pendiente y pequeo para poco ruido oerror de cuantificacin (ruido granular)


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Problemas DM

Sobrecarga de pendiente, si la seal vararpidamente el DM no puede seguir lasvariaciones

Ruido granular o de cuantificacin. En ausencia

se seal, o con variaciones muy pequeas el DMest variando constantemente entre 0 y 1generando un ruido que la seal analgica no

tieneDM es ms sencillo que PCM pero tiene peor

relacin S/N


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Espectro Expandido

Datos analgicos o digitales

Seal analgica

Datos esparcidos en una ancho de banda grande

Consigue que la perturbacin y la interceptacin seanms difciles

Salto en Frecuencia (Frequency hoping)La seal se transmite sobre una serie pseudoaleatoria de

frecuencias

Secuencia DirectaCada bit se representa mediante varios bits en la seal

trasmitida


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Secuencia Directa

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