Codificacion Modulacin

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  • 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.

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    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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    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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    )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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    0 binario

    FSK

    1 binario)2cos()( 1tfAts

    )2cos()(2

    tfAts

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    FSK en lnea de calidad telefnica

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    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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    0 binario

    1 binario)2cos()(

    tfAts c

    )2cos()( tfAtsc

    PSK

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    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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    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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    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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    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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    Constelacin

    000 001

    101100

    010

    011

    110111

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    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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    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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    Prestaciones (2)

    En sealizacin multinivel se consigue unimportante aprovechamiento del espectro

    RLrR

    brBT

    2log11

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    COMUNICACIN DE DATOS.

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    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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    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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    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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    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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    COMUNICACIN DE DATOS.

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    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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    COMUNICACIN DE DATOS.

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    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

  • 7/28/2019 Codificacion Modulacin

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    COMUNICACIN DE DATOS.

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    Modulacin Delta (DM)

    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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    COMUNICACIN DE DATOS.

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    Modulacin Delta (DM)

    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

  • 7/28/2019 Codificacion Modulacin

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    COMUNICACIN DE DATOS.

    Secuencia Directa