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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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11
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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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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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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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
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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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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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ESI-CR.UCLM 48
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
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Secuencia Directa