Códigos de línea

códigos de codificacion de linea

1. CODIFICACIÓN DE LÍNEA
Camilo Andrés Gómez Sierra, Oscar Antonio Llanos Perdomo
Ingeniería Electrónica, Universidad Popular del Cesar, Colombia
[email protected]
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CONTENIDO
Introducción.
Código de línea.
Códigos RZ (Retorno a cero).
Códigos NRZ (No Retorno a Cero).
Código AMI (Alternate Mark Inversion).
Código Manchester.
Código Manchester diferencial.
Código CMI (Code Mark Inversion).
Código HDB3.
Referencias bibliográficas.

INTRODUCCION.
En telecomunicaciones, un código en línea
(modulación en banda base) es un código utilizado
en un sistema de comunicación para propósitos de
transmisión.
Los códigos de línea son frecuentemente usados
para el transporte digital de datos. Estos códigos
consisten en representar la señal digital
transportada respecto a su amplitud respecto al
tiempo. La señal está perfectamente sincronizada
gracias a las propiedades específicas de la capa
física. La representación de la onda se suele realizar
mediante un número determinado de impulsos.
Estos impulsos representan los 1s y los 0s digitales.
Los tipos más comunes de codificación en línea son
el unipolar, polar, bipolar y Manchester.
Después de la codificación en línea, la señal se
manda a través de la capa física. A veces las
características de dos canales aparentemente muy
diferentes son lo suficientemente parecidos para
que el mismo código sea usado por ellos.

CÓDIGO DE LÍNEA
Para transportar la información de bit se utilizan
pulsos Como caso particular ya vimos una forma
de representar la información digital en término de
pulsos: Polar sin retorno a cero. Polar: se envía un
pulso o su negado sin retorno a cero: la duración
del pulso es la correspondiente del bit 1 T 0 t 0 T 0
t
Aplicaciones En aplicaciones de radio, satélite,
celular se utiliza códigos de línea Polar NRZ para
minimizar el uso de ancho de banda. En
comunicación de datos a veces se utilizan otros
códigos de línea que tienen mejor comportamiento
teniendo en cuenta las otras características. En
comunicaciones no coherentes donde el receptor no
puede detectar el signo del pulso se utiliza Unipolar
NRZ en comunicaciones sobre fibra óptica se usa
este formato.
Nomenclatura Polar - envía pulso o el negativo del
pulso Unipolar- envía pulso o cero Bipolar -
representa el uno alternando el signo del pulso
NRZ- no retorno a cero- el pulso dura todo el
período del bit RZ- retorno a cero - el pulso dura
menos que el período del bit.
Características deseables en un código de línea
Autosincronización: el código tiene la suficiente
información de sincronismo, permiten extraer la
señal de reloj en el receptor. Baja probabilidad de
error de bit: se pueden diseñar receptores de forma
de recuperar la señal binaria con baja probabilidad
de error aunque la señal este corrompida por ruido
o ISI. Espectro adecuado al canal: por Ej. Si el
canal está acoplado en AC, la densidad espectral de
potencia debe ser despreciable para las frecuencias
cercanas a 0. El ancho de banda debe ser menor que
el del canal para que no halla ISI. Ancho de banda

2. de trasmisión: el menor posible. Capacidad de
detección de errores
Características deseables en un código de línea
Transparencia: debe ser posible trasmitir
correctamente una señal digital independiente del
patrón de "1" y "0". No es transparente si: hay
palabras reservadas para el control hay secuencias
que pierden el reloj.

Códigos RZ (Retorno a cero).
Es un sistema de codificación usado en
telecomunicaciones en el cual la señal que
representa a cada bit retorna a cero en algún
instante dentro del tiempo del intervalo de bit. Por
tanto, las secuencias largas de “unos” o de “ceros”
ya no plantean problemas para la recuperación del
reloj en el receptor.
No es necesario enviar una señal de reloj adicional
a los datos. Esta codificación tiene el problema de
utilizar el doble de ancho de banda para conseguir
transmitir la misma información que los Códigos
NRZ.
Los códigos de “retorno a cero” RZ trabajan con
impulsos estrechos de menor duración que el
intervalo de bit. El ciclo de trabajo es el parámetro
que mide la anchura del impulso RZ.
Los impulsos muy estrechos ahorran energía, pero
exigen mayor ancho de banda. Los códigos RZ
utilizan generalmente un ciclo de trabajo ct = 50 %
(en los sistemas ópticos < 30 % para aprovechar la
vida útil del láser).


Códigos NRZ (No Retorno a Cero).
La señal binaria es codificada usando pulsos
rectangulares, amplitudes modulares con código
polar non-return-to-zero
En telecomunicaciones, se denomina NRZ porque
el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos
de valor uno.
Mediante la asignación de un nivel de tensión a
cada símbolo se simplifica la tarea de decodificar
un mensaje. Esta es la teoría que desarrolla el
código NRZ (non return to zero). La decodificación
en banda base se considera como una disposición
diferente de los bits de la señal on/off, de este modo
se adapta la señal al sistema de transmisión
utilizado. Para ello se emplean los códigos tipo
NRZ.
Una clasificación atendiendo a las modulaciones
situaría el código NRZ dentro de las portadoras
digitales y las moduladoras digitales como los
códigos Manchester, Bifase, RDSI, etc.u etc

Atendiendo a la forma de onda binaria se pueden
clasificar estos códigos como unipolares (el voltaje
que representa los bits varía entre 0 voltios y
+5voltios). Este tipo de código no es recomendable
en largas distancias principalmente por dos
motivos. En primer lugar presentan niveles
residuales de corriente continua y en segundo lugar
por la posible ausencia de suficientes números de
transiciones de señal que permitan la recuperación
fiable de una señal de temporización.
Los polares desplazan el nivel de referencia de la
señal reduciendo a la mitad la diferencia de
potencial necesaria con referencia a la Unipolar.
En el receptor y el transmisor se debe efectuar un
muestreo de igual frecuencia.
Este código no es autosincronizante, y su principal
ventaja es que al emplear pulsos de larga duración
requiere menor ancho de banda que otros sistemas
de codificación que emplean pulsos más cortos.
Dentro de los códigos NRZ se establece una
clasificación, pudiendo tratar códigos del tipo
NRZ-L o NRZ-I.
NRZ-L (No se retorna a nivel cero).
Donde 0 representa el nivel alto y 1 el nivel bajo.
NRZ-I (No se retorna a 0 y se invierte al transmitir
el 1).

3. Al transmitir un 0 no se produce transición y en
cambio al enviar un 1 se produce una transición a
nivel positivo o negativo.
Características
Fáciles de implementar.
Uso eficaz del ancho de banda.
NRZI es más inmune a ruidos y a errores de
cableado.
Con capacidad de sincronización.
Con capacidad de detección de errores.
Aplicaciones
Su principal aplicación es la grabación magnética,
pero son demasiado limitados para la transmisión
de señales.

Problemas existentes
Uno de los problemas que presenta este código se
fundamenta en la longitud de las secuencias de
unos y ceros. En estos casos el receptor necesita
sincronizarse y del mismo modo llegar a
comprobar que exista señal o si por el contrario no
está disponible.
Una prolongada permanencia de la señal en nivel
positivo o negativo durante la transmisión puede
conducir a la situación denominada desplazamiento
de la línea base, que dificulta al receptor la
adecuada decodificación de la información.
Otro de los aspectos negativos se centra en el
método que se debe emplear para que el emisor y
el receptor estén en sincronismo. Para ello es
necesario continuos cambios en la señal. Esto se ve
dificultado cuando aparecen las mencionadas
cadenas de unos y ceros que mantienen la tensión a
niveles altos o bajos durante largos periodos de
tiempo.
Es susceptible a interferencias.
Los límites entre bits individuales pueden perderse
al transmitir de forma consecutiva secuencias
largas de 1 ó 0.


Código AMI (Alternate Mark Inversion).
El código AMI (Alternate Mark Inversion-
Inversión de marcas alternadas) es un código en
línea recomendado para las transmisiones binarias.
Se puede definir como un código bipolar con
retorno a cero con algunas particularidades que se
describen a continuación.
En este código, cuando se asigna un impulso
positivo al primer “1”, al siguiente "1" se le asigna
un impulso negativo, y así sucesivamente. Por lo
tanto, se asignan alternativamente impulsos
positivos y negativos a los "1" lógicos. Además, al
ser del tipo retorno a cero, durante la segunda mitad
del intervalo de bit se utiliza tensión cero para
representar el “1”.
Características.
El AMI cumple las condiciones siguientes:
El espectro de la señal a la frecuencia cero debe ser
cero, ya que la mayoría de los canales eliminan la
componente continua de las señales
El máximo espectral debe darse en un submúltiplo
o en la proximidad de un submúltiplo de régimen
binario, así la energía necesaria para producir la
señal estará en la zona en la que la atenuación de
transmisión del cable es más reducida y la
atenuación de la diafonía es mayor, así que se
conseguirá una mejor relación señal ruido.
Se reducen los requerimientos de potencia y se
logra una mayor inmunidad a la diafonía
Gracias a las condiciones anteriores, si la señal
puede contener arbitrariamente largas secuencias
de ceros se utiliza un aleatorizador que limite
estadísticamente el número de ceros consecutivos,
de otra manera se perdería el sincronismo con el
reloj. A su vez, si se encuentra dos unos seguidos
con la misma polaridad sabemos que se ha
producido un error.

4. Representación del código AMI RZ
El código AMI fue usado extensamente en la
primera generación de redes PCM, y todavía se
suele ver en los multiplexores más antiguos, pero
su éxito radica en que no hay un gran número
seguido de ceros en su código. Esto asegura que no
haya más de 15 ceros consecutivos, lo que asegura
la sincronización. Forma de este código se aplican
en los sistemas troncales T1 (a una velocidad
máxima de 1.544 Mbps), y en la transmisión de
canales B. en la Red Digital de Servicios Integrados
(RDSI) de acuerdo con la Recomendación UIT-T
I.430.


Código Manchester.
La codificación Manchester, también denominada
codificación bifase-L, es un método de
codificación eléctrica de una señal binaria en el que
en cada tiempo de bit hay una transición entre dos
niveles de señal. Es una codificación
autosincronizada, ya que en cada bit se puede
obtener la señal de reloj, lo que hace posible una
sincronización precisa del flujo de datos. Una
desventaja es que consume el doble de ancho de
banda que una transmisión asíncrona. Hoy en día
hay numerosas codificaciones (8b/10b) que logran
el mismo resultado pero consumiendo menor ancho
de banda que la codificación Manchester.

La codificación Manchester se usa en muchos
estándares de telecomunicaciones, como en las
variantes 10 Mbit/s del estándar Ethernet, por
ejemplo 10Base5 o 10Base-F.
 Las señales de datos y de reloj, se
combinan en una sola que auto-sincroniza
el flujo de datos.
 Cada bit codificado contiene una
transición en la mitad del intervalo de
duración de los bits.
 Una transición de negativo a positivo
representa un 1 y una transición de
positivo a negativo representa un 0.
Los códigos Manchester tienen una transición en la
mitad del periodo de cada bit. Cuando se tienen bits
iguales y consecutivos se produce una transición al
inicio del segundo bit, la cual no es tenida en cuenta
por el receptor al momento de decodificar, solo las
transiciones separadas uniformemente en el tiempo
son las que son consideradas por el receptor. Hay
algunas transiciones que no ocurren a mitad de bit.
Estas transiciones no llevan información útil, y solo
se usan para colocar la señal en el siguiente estado
donde se llevará a cabo la siguiente transición.
Aunque esto permite a la señal auto-sincronizarse,
en realidad lo que hace es doblar el requerimiento
de ancho de banda, en comparación con otros
códigos como por ejemplo los Códigos NRZ.


Código Manchester diferencial.
La Codificación Manchester diferencial (también
CDP; Conditional DePhase encoding) es un
método de codificación de datos en los que
los datos y la señal reloj están combinados para
formar un único flujo de datos auto-sincronizable.
Es una codificación diferencial que usa la presencia
o ausencia de transiciones para indicar un valor
lógico. Esto aporta algunas ventajas sobre la
Codificación Manchester:
 Detectar transiciones es a menudo menos
propenso a errores que comparar con
tierra en un entorno ruidoso.
 La presencia de la transición es
importante pero no la polaridad. La
codificaciones diferenciales funcionarán
exactamente igual si la señal es invertida
(cables intercambiados).

5. Un bit '1' se indica haciendo en la primera mitad de
la señal igual a la última mitad del bit anterior, es
decir, sin transición al principio del bit. Un bit '0' se
indica haciendo la primera mitad de la señal
contraria a la última mitad del último bit, es decir,
con una transición al principio del bit. En la mitad
del bit hay siempre una transición, ya sea de high
hacia low o viceversa. Una configuración inversa
es posible, y no habría ninguna desventaja en su
uso.
Un método relacionado es la Codificación
Manchester en el cual las transiciones
significativas son las de la mitad del bit,
codificando los datos por su dirección (positivo-
negativo es valor '1', negativo-positivo es el otro).
Manchester Diferencial está especificado en el
IEEE 802.5 estándar para Redes Token Ring, y es
usado para otras muchas aplicaciones, incluyendo
el almacenamiento magnético y óptico.
En la codificación Manchester Diferencial, si el '1
es representado por una transición, entonces el '0'
es representado por 2 transiciones y viceversa.


Código CMI (Code Mark Inversion).
El código CMI (Codec Mark Inversion) es un
código en línea en banda base, cuyo objetivo al
igual que otros códigos de línea es:
 Mínima componente continua.
 Máximo número de cambios de nivel
 Mínima frecuencia o ancho de banda para
una velocidad de bits.
 Detención y corrección de errores.
El nombre CMI, proviene de la
nomenclatura marca=1 y espacio=0
Funcionamiento

 El bit 0:se codifica con un cambio de
polaridad negativa a postiva (V- a V+), en
la mitad del intervalo del bit.
 El bit 1:se codifica con polaridad positiva
y negativa alternativamente y sin
transición en la mitad del intervalo.

El código CMI, anula la componente continua. La
inserción del reloj de sincronismo en los ceros,
mediante la transición de la señal entre dos niveles
o estados opuestos, hace que su velocidad de línea
sea el doble del régimen binario(R). Este código
CMI (Code Mark Inversion), se utiliza en el
múltiplex de 140 Mbps de la interfaz G.703 de la
JDP (Jerarquía Digital Plesíncrona).

Código HDB3.
HDB3 es un código binario de telecomunicaciones
principalmente usado en Japón, Europa y Australia
y está basado en el código AMI, usando una de sus
características principales que es invertir la
polaridad de los unos para eliminar la componente
continua.

Consiste en sustituir secuencias de bits que
provocan niveles de tensión constantes por otras
que garantizan la anulación de la componente
continua y la sincronización del receptor. La
longitud de la secuencia queda inalterada, por lo
que la velocidad de transmisión de datos es la
misma; además el receptor debe ser capaz de
reconocer estas secuencias de datos especiales.

6. El código HDB3 cumple las propiedades que debe
reunir un código de línea para codificar señales en
banda base:
El espectro de frecuencias carece de componente
continua y su ancho de banda está optimizado.
El sincronismo de bit se garantiza con la
alternancia de polaridad de los “unos”, e insertando
impulsos de sincronización en las secuencias de
“ceros”.
Los códigos HDBN (High Density Bipolar) limitan
el número de ceros consecutivos que se pueden
transmitir.
-HDB3 no admite más de 3 ceros consecutivos.
Coloca un impulso (positivo o negativo) en el lugar
del 4º cero.
- El receptor tiene que interpretar este impulso
como un cero. Para ello es preciso diferenciarlo de
los impulsos normales que representan a los
“unos”.
- El impulso del 4º cero se genera y transmite con
la misma polaridad que la del impulso precedente.
Se denomina por ello V “impulso de violación de
polaridad” (el receptor reconoce esta violación
porque detecta 2 impulsos seguidos con la misma
polaridad).
- Para mantener la componente de corriente
continua con valor nulo, se han de transmitir
alternativamente tantas violaciones positivas como
negativas.
- Para mantener siempre alternada la polaridad de
las violaciones V, es necesario en algunos casos
insertar un impulso B “de relleno” (cuando la
polaridad del impulso que precede a la violación V,
no permite conseguir dicha alternancia).
Si no se insertaran los impulsos B, las violaciones
de polaridad V del 4º cero serían obligatoriamente
del mismo signo.
En HDB3 se denomina impulso a los estados
eléctricos positivos o negativos, distintos de de
“cero”. Cuando aparecen más de tres ceros
consecutivos estos se agrupan de 4 en 4, y se
sustituye cada grupo de 0000 por una de las
secuencias siguientes de impulsos: B00V ó 000V.
-B indica un impulso con distinto signo que el
impulso anterior. Por tanto, B mantiene la ley de
alternancia de impulsos, o ley de polaridad, con el
resto de los impulsos transmitidos.
-V indica un impulso del mismo signo que el
impulso que le precede, violando por tanto la ley de
bipolaridad.
El grupo 0000 se sustituye por B00V cuando es par
el número de impulsos entre la violación V anterior
y la que se va a introducir. El grupo 0000 se
sustituye por 000V cuando es impar el número de
impulsos entre la violación V anterior y la que se
va a introducir. por lo tanto todo lo relacionado con
esto es verídico confiable


REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Stallings William. Comunicaciones y redes de
computadores. Séptima edición. Prentice Hall