Fundamentos de Redes de computadoras

Técnicas de codificación de señales

Cap. 5 - Stallings

1.- DATOS DIGITALES A SEÑALES DIGITALES: FORMA MÁS SIMPLE2- DATOS DIGITALES A SEÑALES ANALÓGICAS: MODULACIÓN3.- DATOS ANALÓGICOS A SEÑALES ANALÓGICAS: MODULACIÓN4.- DATOS ANALÓGICOS A SEÑALES DIGITALES

Técnicas de codificación de señales

1.- Datos digitales, señal digital

• Transmisión en “Banda-base”

• Señal digital

– Pulsos de voltaje discretos, discontínuos

– Cada pulso es un elemento de señal

Comparación de esquemas de codificación

• Espectro de señal – Ancho de banda

• Componente DC

• Clocking o sincronización

• Detección de errores

• Interferencia de señal e inmunidad de ruido

• Costo y complejidad

Esquemas de codificación

Nonreturn to Zero (NRZ)

• NRZ-L (Nonreturn to zero- Level)– Normalmente , voltaje negativo para bit “1” y positivo para

bit “0”

• NRZ-I (Nonreturn to zero- Inverted on ones)– Codificación como presencia o ausencia de transición de

señal al comienzo de la señal– Transición denota bit “1”, no transición denota el bit “0”– Codificación diferencial: Datos son representados por

cambios en los valores de los simbolos en vez de niveles– Fácil pérdida de la polaridad

NRZ Pros & Contras

• Pros– Fácil de implementar– Uso del ancho de banda relativamente bueno

• Contras– Componente dc– Pérdida de capacidad de sincronización

• Usos: Grabaciones magnéticas, USB• No muy usados para transmisión de datos

Binario MultinivelBipolar-AMI y Pseudoternario

• Se usan más de dos niveles

• Bipolar-AMI (Alternate Mark Inverted)

– Bit “0” representado por ninguna señal en la línea

– Bit “1” representado por pulsos positivos o negativos alternados en polaridad

– Sin pérdida de sincronismo ante una cadena larga de unos - Cadenas largasde ceros son un problema

– Sin tienen componente DC

– Fácil detección de errores

• Pseudoternario– Ninguna ventaja o desventaja sobre Bipolar AMI

Binario Multinivel

• Sincronización con cadenas largas de 0’s o 1’s

– Inserción de bits adicionales, como RDSI

– Tecnicas de aleatorización (más adelante)

• No tan eficiente como NRZ

– Cada elemento de señal sólo representa un bit• El receptor debe distinguir entre 3 niveles: +A, -A, 0

– Un sistema de 3 niveles podría representar log23 = 1.58 bits

– Requiere aprox 3dB de más potencia para la mismaprobabilidad de error

Codificación Manchester (Bifase)

• Transición en el medio de cada periodo de bit

• Transición sirve como reloj y datos

• Bajo a alto representa un “1”

• Alto a bajo representa un “0”

• Usado en IEEE 802.

Codificación Manchester Diferencial

• Transición en el medio del bit sólo como reloj

• Transición al inicio del periodo de bit = “0”

• No transición al inicio del periodo de bit = “1”– Este es un esquema de codificación diferencial

• Usado en IEEE 802.5

Pros y contras del BIFASE

• Contras

– Al menos una transición por bit y posiblemente 2

– Maxima tasa de modulación es dos veces NRZ

– Requiere más ancho de banda

• Pros

– Sincronización al medio de la transición del bit (auto clocking)

– Sin componente DC

– Detección de errores

Tasa de Modulación

Mejoramiento de sincronismoLas señales necesitan suficientes transiciones – largas cadenas de

“0” o “1” son confusas

• ESTRATEGIAS A SEGUIR:

ESTRATEGIA 1: Canal para el clock.

Mezclar clock y señal en cada símbolo (CodificaciónManchester)

– Scrambler XORs tx/rx data with pseudorandom bits

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0? , 0?

Mejoramiento del sincronismo

ESTRATEGIA 2) Alterar codificación, ej: 4B/5B mapeadatoss de 4 bits en 5 bits con 1s y 0s:

– Para evitar componentes DC, los datos pueden ser representados por distintos códigos

– La codificación toma cuenta de la “disparidad”, esdecir la diferencia entre señales altas y bajas

Data Code Data Code Data Code Data Code

0000 11110 0100 01010 1000 10010 1100 11010

0001 01001 0101 01011 1001 10011 1101 11011

0010 10100 0110 01110 1010 10110 1110 11100

0011 10101 0111 01111 1011 10111 1111 11101

Mejoramiento del sincronismo

ESTRATEGIA 3) Uso de scrambling para reemplazarsecuencias que producen voltajes constantes

2.- Datos digitales --> señal analógica

• Transmisión en “paso banda” o pass-band

– Modulación de una señal sinoidal “transportadora” o carrier

– Dispositivos “modems” (modulator-demodulator)

• Tecnicas de modulación

– Modulación por desplazamiento de Amplitud(Amplitude shift keying, ASK)

– Modulación por desplazamiento de Frecuencia(Frequency shift keying, FSK)

– Modulación por desplazamiento de Fase (Phase shift keying, PSK)

Técnicas de Modulación

FSK multi level

• Cada elemento de señal representa más de 1 bit

• Más de dos frecuencias

• Uso más eficiente de ancho de banda

• Más resistente al error

PSK en cuadratura (QPSK)

• Uso más eficiente si cada elemento de señalrepresenta más de 1 bit

– Ej desplazamientos de /2 (90o)

– Cada elemento representa dos bits

• Puede usar 8 angulos de fase & más de 1 amplitud– 9600bps modem usa 12 angulos, cuatro de ellos

tienen dos amplitudes

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

• QAM es usado en lineas de suscripción digital (ADSL) , Wi-Max

• Combinación de ASK y PSK

• Logica extensión de QPSK

• Envía dos señales diferentes simultaneamente en la misma frecuencia de portadora

– Usa dos copias de la portadora, una desplazada 90°

– Cada portadora es modulada con ASK

Diagramas de Constelación

Representan las modulaciones de amplitud y frecuenciade simbolos:

Diagramas de constelación

(a) V.32 for 9600 bps.

(b) V32 bis for 14,400 bps.

(a) (b)

A

B

C

D

E

Diagramas de constelación

• La codificación de GRAY busca cometer la menorcantidad de bits con errores:

3.- Datos analógicos, Señales digitales

Digitalización: es la conversión de datosanalógicos a en datos digitales los cualespueden:

– Ser transmitidos usando NRZ-L u otros códigosdiferentes

– Ser convertidos a señales analógicas

La conversión analógica a digital es realizadausando codecs usando técnicas como:

– Pulse Code Modulation (PCM)

– Delta modulation

Digitalizando datos analógicos

Pulse Code Modulation (PCM)

• Teorema del muestreo:

– “Si una señal se muestrea a intervalos regulares de tiempocon una frecuencia mayor que el doble de la frecuenciamás alta, las muestras contienen toda la información de la señal original.”

– ej. 4000Hz (datos de voz), requiere 8000 muestras porsegundo

• Si estrictamente se tienen muestras analógicas

– Pulse Amplitude Modulation (PAM)

• Se deben asignar c/u a valores digitales

PCM Example

Diagrama de bloques PCM

Modems, ADSL, y Wireless

Uso de transmisiones digitales y análogas para una computadora. La conversión es realizada

por MODEMS y CODECS

Modulación Delta

• Input analógico es aproximado a una función“escalera”– Se puede mover arriba o abajo un nivel () a cada

intervalo de muestreo

• Tiene comportamiento binario– Ya que la función sólo mueve arriba o abajo a cada

intervalo de muestreo

– e puede codificar cada muestra con un solo bit

– 1 para arriba o 0 para abajo

Ejemplo de Modulación Delta

4.- Datos analógicos, señalesanalógicas

• Modula la frecuencia del carrier con los datosanalógicos

• Porqué modular señales analógicas?

– Frecuencias elevadas pueden dar transmisión máseficiente

– Permite FDM (frequency division multiplexing)

• Tipos de modulación

– Amplitud

– Frecuencia

– Fase

Técnicas de modulación

analógica

• Amplitude Modulation

• Frequency Modulation

• Phase Modulation