REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAREPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

Departamento de Ingeniería ElectrónicaDepartamento de Ingeniería Electrónica

1. Introducción2. Propiedades de los Códigos en Línea3. Formatos de Señalización Binaria4. Análisis de Espectro de Potencia de los códigos5. Codificación Diferencial6. Patrones de Ojos7. Otra visión de la codificación en línea

La codificación de línea se puede entender como …

Las diferentes maneras de representar Las diferentes maneras de representar los unos y ceros que componen una señal los unos y ceros que componen una señal digital para adaptarla eficientemente al digital para adaptarla eficientemente al

medio de transmisión. medio de transmisión.

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).

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 Propiedades deseables de los Códigos de Línea.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.

Propiedades deseables de los Propiedades deseables de los Códigos de Línea.Códigos de Línea.

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.

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).

4. 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.  

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.

SeñalizaciónSeñalización Unipolar NRZ. Unipolar NRZ.

)(11

4)(

22

fTfT

fTsenTAfP

bb

bbZunipolarNR

SSeñalización Polar NRZ. eñalización Polar NRZ.

22)(

b

bbNRZpolar fT

fTsenTAfP

SeñalizaciónSeñalización Unipolar RZ. Unipolar RZ.

)(11

2

216

)(

2

2

bnbb

b

bRZunipolar T

nfTfT

fTsen

TAfP

Análisis de los Espectros de Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea Potencia de los códigos de línea

binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Bipolar RZ. Bipolar RZ.

)(

2

28

)( 2

2

2

bb

b

bRZbipolar fTsen

fT

fTsen

TAfP

Análisis de los Espectros de Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea Potencia de los códigos de línea

binariosbinarios

SeñalizaciónSeñalización Manchester NRZManchester NRZ

)2(

2

2)( 2

2

2 b

b

b

bNRZManchesterfTsen

fT

fTsen

TAfP

Análisis de los Espectros de Análisis de los Espectros de Potencia de los códigos de línea Potencia de los códigos de línea

binariosbinarios

Tabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de LíneasTabla 1: Eficiencias Espectrales de varios Códigos de Líneas

Tipo de código

Primer ancho de banda nulo

(Hz)

Eficiencia Espectral

R/B [(bits/seg)/Hz]Unipolar

NRZR 1

Polar NRZ R 1

Unipolar RZ 2R ½

Bipolar NRZ R 1

Manchester NRZ

2R ½

Niveles Múltiples

NRZ

R/L* L

Los datos diferenciales codificados son generados por:

AA BB SALSAL00 00 0000 11 1111 00 1111 11 00

1 nnn ede

Los datos codificados recibidos se Los datos codificados recibidos se decodifican mediantedecodifican mediante

1

~~~

nnn eed

Compuerta Or-Ex

Codificación Código resultante

Secuencia de entrada dn  1

1 1 0 1 0 0 1

Secuencia codificada en 0 1 1 0 0 0 1

                 

a) Decodificación (con polaridad correcta)

                 

Secuencia recibida 1 0 1 1 0 0 0 1

Secuencia decodificada   1 1 0 1 0 0 1

b) Decodificación (con polaridad invertida)

                 

Secuencia recibida 0 1 0 0 1 1 1 0

Secuencia decodificada   1 1 0 1 0 0 1

AA BB SALSAL

00 00 00

00 11 11

11 00 11

11 11 00

Compuerta Or-Ex

Se compara el valor lógico del dato actual con el anterior

Valor Inicial Arbitrario

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 ideal2. Filtración que produce interferencia

intersímbolos (ISI)3. Ruido más ISI

El error de sincronización permitido en el El error de sincronización permitido en el muestreador del receptor esta dado por el ancho del muestreador del receptor esta dado por el ancho del ojo, conocido como apertura del ojo. ojo, conocido como apertura del ojo.

La sensibilidad al error de sincronización esta dada La sensibilidad al error de sincronización esta dada por la pendiente de la apertura del ojo, evaluada en o por la pendiente de la apertura del ojo, evaluada en o cerca del cruce por cero.cerca del cruce por cero.

El margen de ruido del sistema esta dado por la altura El margen de ruido del sistema esta dado por la altura de la apertura del ojo.de la apertura del ojo.

A continuación A continuación analizaremos la analizaremos la

codificación de línea vista codificación de línea vista por otro autor, en este por otro autor, en este

caso W. Stallings.caso W. Stallings.

DefinicióDefinición de cada n de cada

uno de uno de los los

CODIGOS CODIGOS más más

empleadoempleadoss

Formatos de codificación digital Formatos de codificación digital de señalesde señales

Resumen Resumen de las de las

técnicas técnicas de de

codificacicodificación en ón en línealínea

El nivel de tensión se mantiene constante El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es nivel cero de la tensión. “0” es un alto y “1” es un bajo.un bajo.

NRZ-L, Nivel No Retorno a Cero (NonReturn to Zero Level)NRZ-L, Nivel No Retorno a Cero (NonReturn to Zero Level)

El nivel de tensión se mantiene constante El nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit, no hay retorno a durante la duración del bit, no hay retorno a nivel cero de la tensión. “0” no cambia el nivel, nivel cero de la tensión. “0” no cambia el nivel, el “1” cambia alternadamente el nivel.el “1” cambia alternadamente el nivel.

El caso de NRZI, es una codificación diferencial.El caso de NRZI, es una codificación diferencial.

Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el Procedimiento: si se tiene un cero se mantiene el nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la nivel anterior. Si se tiene un “1” se codifica con la señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior. señal contraria a la que se utilizó en el “1” anterior.

Este esquema de polarización no es vulnerable a la Este esquema de polarización no es vulnerable a la inversión de cables en el proceso de transmisión, es inversión de cables en el proceso de transmisión, es decir la inversión de la polaridad en los cables de decir la inversión de la polaridad en los cables de transmisión no afecta los datos.transmisión no afecta los datos.

RepresentacRepresentación ión

EspectralEspectralde lade la

CodificaciónCodificación

Estos códigos usan más de dos Estos códigos usan más de dos niveles de señal.niveles de señal.

Los casos son:Los casos son:1.1. Bipolar AMI (Alternate Mark Inversion)

2. Pseudoternario

Engloba todo un conjunto de técnicas de Engloba todo un conjunto de técnicas de codificación alternativas, diseñadas para codificación alternativas, diseñadas para superar las dificultades encontradas en superar las dificultades encontradas en los códigos NRZ.los códigos NRZ.

Dos de estas técnicas, son:Dos de estas técnicas, son:

1.1. Manchester

2. Manchester diferencial

RepresentacRepresentación ión

EspectralEspectralde lade la

CodificaciónCodificación

La idea que se sigue es:La idea que se sigue es:

ReemplazarReemplazar las secuencias de bits que den las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constante lugar a niveles de tensión constante por por otras secuencias que proporcionen otras secuencias que proporcionen suficiente número de transicionessuficiente número de transiciones, de , de forma tal que el reloj del receptor pueda forma tal que el reloj del receptor pueda mantenerse sincronizado.mantenerse sincronizado.

En el receptor:En el receptor:

Se debe identificar la secuencia Se debe identificar la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia original. original.

La secuencia reemplazada tendrá la La secuencia reemplazada tendrá la misma longitud que la original, por lo cual misma longitud que la original, por lo cual no se produce cambio de velocidadno se produce cambio de velocidad

Los objetivos sonLos objetivos son

1.1. Evitar la componente en continuaEvitar la componente en continua

2.2. Evitar las secuencias largas que Evitar las secuencias largas que correspondan a señales de tensión nulacorrespondan a señales de tensión nula

3.3. No reducir la velocidad de transmisión de No reducir la velocidad de transmisión de los datoslos datos

4.4. Tener cierta capacidad para detectar Tener cierta capacidad para detectar erroreserrores

Reglas de CodificaciónReglas de Codificación1.1. B8ZS (Bipolar with 8-Zeros B8ZS (Bipolar with 8-Zeros

Substitution) utilizado en Substitution) utilizado en Norteamérica.Norteamérica.

2.2. HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) utilizado en Europa y Japón.utilizado en Europa y Japón.

Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:Esta basado en AMI bipolar, con las reglas:

a)a) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho último valor de tensión anterior a dicho octeto fue positivo, codificar dicho octeto octeto fue positivo, codificar dicho octeto con con 0 0 0 + - 0 - +0 0 0 + - 0 - +

b)b) Si aparece un octeto con todos ceros y el Si aparece un octeto con todos ceros y el último valor de tensión anterior a dicho último valor de tensión anterior a dicho octeto fue negativo, codificar dicho octeto octeto fue negativo, codificar dicho octeto como como 0 0 0 - + 0 + -0 0 0 - + 0 + -

V: violación de secuencia bipolarV: violación de secuencia bipolar

B: bit bipolar validoB: bit bipolar valido

EstrategiaEstrategia::

Pulso anterior: + Pulso anterior: + → → 0 0 0 + - 0 - +0 0 0 + - 0 - +

Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -Pulso anterior: - → 0 0 0 - + 0 + -

Con este procedimiento se fuerzan dos Con este procedimiento se fuerzan dos violaciones de código del código AMI, violaciones de código del código AMI, combinaciones de señalización no combinaciones de señalización no permitidos por el código.permitidos por el código.

El receptor identificará ese patrón y lo El receptor identificará ese patrón y lo interpretará convenientemente como un interpretará convenientemente como un octeto todo ceros.octeto todo ceros.

Se basa en la codificación AMI.Se basa en la codificación AMI.

Se reemplaza las cadenas de Se reemplaza las cadenas de cuatro ceros por cadenas que cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. contienen uno o dos pulsos.

El cuarto cero se sustituye por El cuarto cero se sustituye por una violación del código.una violación del código.

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3en HDB3

Numero de Pulsos Bipolares (unos) desde la última sustitución

Polaridad del pulso anterior

Impar Par

- 000- +00++ 000+ -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.

Tabla 5.4 Reglas de Sustitución en HDB3

Numero Impar de 1’sDesde la última sust.

1.1. Analice los contenidos de este tema Analice los contenidos de este tema consultando la bibliografía.consultando la bibliografía.

2.2. Resuelva algunos problemas planteados en Resuelva algunos problemas planteados en el libro de W Stallings.el libro de W Stallings.

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

RepresentacRepresentación ión

EspectralEspectralde lade la

CodificaciónCodificación

Ventajas:1. Para la cadena de “1” se tiene sincronismo.2. No hay componente CD3. El ancho de banda es, menor que para NRZ4. Se puede usar la alternancia para los “1” como

una forma de detectar errores.

Desventajas:1. Una larga cadena de “0” pierde el sincronismo.

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

RepresentacRepresentación ión

EspectralEspectralde lade la

CodificaciónCodificación

Ventajas1. Se puede enviar la señal de sincronismo con la

información.2. No se tiene componente contínua.3. Se disminuye el ancho de banda4. El mayor nivel de energía está ubicado a la mitad de

la frecuencia normalizada

Desventajas1. Una larga cadena de “1” hace perder el sincronismo.2. El sistema receptor se ve obligado a distinguir entre

tres niveles de: +A, -A y 0.3. Requiere 1,58 bits para transportar solo un bit de

información.

bits58,13log2

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

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.