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Comunicaciones Digitales

Temas

è Introducción a la codificaciónl Codificación de:

» Datos digitales a señales digitales.» Datos digitales a señales analógicas.» Datos analógicos a señales digitales.» Datos analógicos a señales analogicas.


Codificación

l Define la forma en que los datos(analógicos o digitales) seránconvertidos en señales analógicas odigitales para ser presentados sobre elmedio de comunicación físico.

l La técnica de codificación debedisminuir el consumo de ancho debanda y/o minimizar errores.


Procesos

Codificador Decodificador

g(t)Dato digital oanalógico

x(t)Señaldigital g(t)

Modulador Demodulador

m(t)Dato digitalo analógico

s(t)Señalanalógica m(t)

fc


Terminología

l Los datos están compuestos de elementos básicos (bits).l Las señales están compuestas de elementos básicos

» En una señal digital es un pulsos de voltaje de amplitud constante.» En una señal analógica es un pulso de frecuencia, fase y amplitud

constantel Señal unipolar: todos los elementos son voltajes positivos o negativos.l Señal bipolar: contiene voltajes positivos y negativos.l Data rate: velocidad en la cual los elementos del dato son transmitidos

(bps).l Modulation rate: velocidad en la cual los elementos de una señal son

transmitidos (baudios).

Pulse

Bit

+5V0-5V

+5V0-5V


Objetivos

l La técnica de codificación debe:» Consumir poco ancho de banda.» Tener muchos cambios en el voltaje.» Que la señal no sea polarizada.» Bajo promedio de voltaje.


¿ Como se logra ?

l Que el espectro de la señal no tenga» Componentes de alta frecuencia.» Componentes de corriente continua» Componentes de la señal en el extremo del

espectro.

l Sincronizaciónl Detección de errores.l Inmunidad al ruidol Disminuir costo y complejidad.


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l Introducción a la codificaciónl Codificación de:

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Técnicas de codificación


NRZ-L

l Asocia dos niveles de voltaje para el 0 y el 1.l El nivel de voltaje no cambia durante todo el

bit.l Pocos cambios de la señal cuando son todos

1’s o 0’s provocan perdida de sincronismo.l Alto promedio de voltaje por ej. para

10101010101....l Usado en la comunicación RS232


NRZI

l El nivel de voltaje no cambia durantetodo el bit.

l Solo hay transición de la señal con un 1l Una transicion en el comienzo de un

intervalo denota un uno binariol Es una codificacion diferencial.l Señal no polarizada.


Bipolar-AMI

l Usa mas de dos niveles de tensión.l El 1 binario es representado por pulsos positivos y

negativos en forma alternativa.l No se pierde el sincronismo con una secuencia de

unos.l Menor ancho de banda que NRZl La alternancia de pulso provee una forma simple de

detección de error.l Ahora hay que distinguir tres niveles de la señal.


Manchester

l Hay una transición en el medio de cadaperiodo.

l El ancho de banda requerido es alto.l Genera una señal que facilita la

sincronización.l Permite detección de errores por medio

de la ausencia de transiciones.l Utilizada en 802.3


Manchester diferencial

l El 0 se representa por una transición alprincipio del periodo.

l Tiene la ventaja de ser una codificacióndiferencial.

l Utilizada en la 802.5


Scrambling

l Secuencias de voltaje constante sonreemplazadas por secuencias contransiciones que son utilizadas parasincronización.

l El receptor reemplaza la secuenciamodificada por la original.

l La longitud de la secuencia modificada esigual a la original. Por lo tanto no cambia eldata rate.


Técnicas con scramblingl Bipolar con sustitución de 8 ceros (B8ZS)l High-density bipolar - 3 ceros (HDB3)


B8ZS

l Basado en una codificación bipolar-AMI.l La técnica consiste en violar la codificación

AMI:» Si ocurre un octeto de ceros y el ultimo pulso que

lo precede es positivo entonces los ceros sereemplazan por 000+-0-+

» Si ocurre un octeto de ceros y el ultimo pulso quelo precede es negativo entonces los ceros sereemplazan por 000-+0+-


HDB3

l Similar a la bipolar AMI, excepto quecualquier string de cuatro ceros esreemplazado por un string con un código deviolación.

l Sucesivos violaciones son de polaridadopuesta.


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Técnicas de codificación

l La modulación involucra trabajar sobrealguna de las tres características deuna señal: amplitud, frecuencia o fase.

l Técnicas:» Amplitude-shift keying (ASK)» Frequency-shift keying (FSK)» Phase-shift keying (PSK)


Modulación de señales analógicas

A Sin(2πft+θ)

ASK

FSK

PSK


ASK

l Sobre líneas telefónicas alcanza los 1200 bps.l Usado para transmitir sobre fibras ópticas.

l El bit 0 es representado conamplitud 0 de la señal y el bit 1con una magnitud distinta.

l La relación entre baudios ybps es 1 a 1.

l Técnica ineficiente.


FSK

l Los dos valores binarios son representados por dosfrecuencias distintas.

l La relación entre baudios y bps es 1 a 1.

l Ineficiente.


FSK (Cont.)l Menos susceptible a error que ASK.l De 300 a1200 bps sobre líneas telefónicasl Usado para transmisión de radio (3 a 30 MHz)

1170 ± 100 2125 ± 100

3400 Hz


PSK

l Si la señal no tiene desplazamiento representa un 1 binario

l Si comienza a los 180º de desplazamiento representa un 0.l En este caso la relación es 1 a 1 entre baudios y bps.

l Diseño complejo del receptor.


PSK (Cont.)


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Dato analógico señal digital

Codec ModemDatos Analógicos

Dato/Señal

Digital Trans.

Analógica

Transmisión

Digital

Digitalización


Codec

l Dos de las principales técnicasusadas son:» Pulse code modulation (PCM)» Delta modulation (DM)


Pulse Code Modulation

l Se basa en muestreo a intervalosregulares de la señal analógica.

l La velocidad de muestreo debe sermayor o igual a dos veces la frecuenciamas alta posible de la señal.

l Compuesto de varias etapas


Etapas

l PAM (pulse amplitude modulation): lasmuestras son representadas como pulsosproporcionales al valor de la señal original.

l Quantizer: La amplitud de cada pulso PAM esaproximado por un entero de n bits.

PAM

samplerQuantizer

Señal

Analog.Pulsos

PAM

Pulsos

PCM


Pulse Code Modulation

Pulsos PCM

01100111000101111010

Salida PCM

Señal Original

Pulsos PAM


Ejemplo

l Tengo una señal de voz de 4 kHz.l Entonces debo tomar muestras a razón

de 8 kHz.l Dicho de otro modo tomo 8 k muestras

por segundo.l Y si utilizo 8 bit (byte) por muestra estoy

generando 64 kbps.


Delta Modulation

l La señal es aproximada por una funciónescalera que sube o baja en valoresconstantes (δ).

1111110101010000

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