Comunicación digital: códigos de línea

UN line codees el código utilizado para la transmisión de datos de una señal digital a través de una línea de transmisión. Este proceso de codificación se elige para evitar la superposición y la distorsión de la señal, como la interferencia entre símbolos.

Propiedades de la codificación de líneas

Las siguientes son las propiedades de la codificación de línea:

  • A medida que la codificación se realiza para hacer que se transmitan más bits en una sola señal, el ancho de banda utilizado se reduce mucho.

  • Para un ancho de banda dado, la energía se usa de manera eficiente.

  • La probabilidad de error se reduce mucho.

  • La detección de errores se realiza y el bipolar también tiene una capacidad de corrección.

  • La densidad de potencia es mucho más favorable.

  • El contenido de tiempo es adecuado.

  • Largas cadenas de 1s y 0s se evita para mantener la transparencia.

Tipos de codificación de línea

Hay 3 tipos de codificación de línea

  • Unipolar
  • Polar
  • Bi-polar

Señalización unipolar

La señalización unipolar también se denomina On-Off Keying o simplemente OOK.

La presencia de pulso representa un 1 y la ausencia de pulso representa un 0.

Hay dos variaciones en la señalización unipolar:

  • Sin retorno a cero (NRZ)
  • Volver a cero (RZ)

No retorno a cero unipolar (NRZ)

En este tipo de señalización unipolar, un nivel alto de datos está representado por un pulso positivo llamado Mark, que tiene una duración T0igual a la duración del bit de símbolo. Una entrada de datos baja no tiene pulso.

La siguiente figura muestra esto claramente.

Advantages

Las ventajas de Unipolar NRZ son:

  • Es simple.
  • Se requiere un ancho de banda menor.

Disadvantages

Las desventajas de Unipolar NRZ son:

  • No se ha realizado ninguna corrección de errores.

  • La presencia de componentes de baja frecuencia puede provocar una caída de la señal.

  • No hay reloj presente.

  • Es probable que se produzca una pérdida de sincronización (especialmente para cadenas largas de 1s y 0s).

Retorno unipolar a cero (RZ)

En este tipo de señalización unipolar, un alto en datos, aunque representado por un Mark pulse, su duración T0es menor que la duración del bit del símbolo. La mitad de la duración del bit permanece alta, pero vuelve inmediatamente a cero y muestra la ausencia de pulso durante la mitad restante de la duración del bit.

Se entiende claramente con la ayuda de la siguiente figura.

Advantages

Las ventajas de Unipolar RZ son:

  • Es simple.
  • La línea espectral presente a la velocidad de símbolo se puede utilizar como reloj.

Disadvantages

Las desventajas de Unipolar RZ son:

  • Sin corrección de errores.
  • Ocupa el doble de ancho de banda que NRZ unipolar.
  • La caída de la señal se produce en los lugares donde la señal no es cero a 0 Hz.

Señalización polar

Hay dos métodos de señalización polar. Ellos son -

  • Polar NRZ
  • Polar RZ

Polar NRZ

En este tipo de señalización polar, un nivel alto de datos se representa con un pulso positivo, mientras que un nivel bajo de datos se representa con un pulso negativo. La siguiente figura muestra esto bien.

Advantages

Las ventajas de Polar NRZ son:

  • Es simple.
  • No hay componentes de baja frecuencia presentes.

Disadvantages

Las desventajas de Polar NRZ son:

  • Sin corrección de errores.

  • No hay reloj presente.

  • La caída de la señal se produce en los lugares donde la señal no es cero en 0 Hz.

Polar RZ

En este tipo de señalización polar, un alto en datos, aunque representado por un Mark pulse, su duración T0es menor que la duración del bit del símbolo. La mitad de la duración del bit permanece alta, pero vuelve inmediatamente a cero y muestra la ausencia de pulso durante la mitad restante de la duración del bit.

Sin embargo, para una entrada baja, un pulso negativo representa los datos y el nivel cero permanece igual durante la otra mitad de la duración del bit. La siguiente figura muestra esto claramente.

Advantages

Las ventajas de Polar RZ son:

  • Es simple.
  • No hay componentes de baja frecuencia presentes.

Disadvantages

Las desventajas de Polar RZ son:

  • Sin corrección de errores.

  • No hay reloj presente.

  • Ocupa el doble del ancho de banda de Polar NRZ.

  • La caída de la señal se produce en lugares donde la señal no es cero en 0 Hz.

Señalización bipolar

Esta es una técnica de codificación que tiene tres niveles de voltaje, a saber +, - y 0. Tal señal se llamaduo-binary signal.

Un ejemplo de este tipo es Alternate Mark Inversion (AMI). Para1, el nivel de voltaje obtiene una transición de + a - o de - a +, teniendo alternancia 1stener la misma polaridad. UN0 tendrá un nivel de voltaje cero.

Incluso en este método, tenemos dos tipos.

  • Bipolar NRZ
  • RZ bipolar

De los modelos discutidos hasta ahora, hemos aprendido la diferencia entre NRZ y RZ. Aquí también va de la misma manera. La siguiente figura muestra esto claramente.

La figura anterior tiene las formas de onda Bipolar NRZ y RZ. La duración del pulso y la duración del bit del símbolo son iguales en el tipo NRZ, mientras que la duración del pulso es la mitad de la duración del bit del símbolo en el tipo RZ.

Ventajas

Las siguientes son las ventajas:

  • Es simple.

  • No hay componentes de baja frecuencia presentes.

  • Ocupa un ancho de banda bajo que los esquemas NRZ unipolares y polares.

  • Esta técnica es adecuada para la transmisión a través de líneas acopladas de CA, ya que aquí no ocurre caída de señal.

  • En esto hay una única capacidad de detección de errores.

Desventajas

Las siguientes son las desventajas:

  • No hay reloj presente.
  • Las cadenas de datos largas provocan la pérdida de sincronización.

Densidad espectral de potencia

La función que describe cómo se distribuyó la potencia de una señal en varias frecuencias, en el dominio de la frecuencia se llama Power Spectral Density (PSD).

PSD es la transformada de Fourier de autocorrelación (similitud entre observaciones). Tiene la forma de un pulso rectangular.

Derivación PSD

De acuerdo con el teorema de Einstein-Wiener-Khintchine, si se conoce la función de autocorrelación o la densidad espectral de potencia de un proceso aleatorio, la otra se puede encontrar exactamente.

Por lo tanto, para derivar la densidad espectral de potencia, usaremos la autocorrelación de tiempo $ (R_x (\ tau)) $ de una señal de potencia $ x (t) $ como se muestra a continuación.

$ R_x (\ tau) = \ lim_ {T_p \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {T_p} \ int _ {\ frac {{- T_p}} {2}} ^ {\ frac {T_p} {2}} x (t) x (t + \ tau) dt $

Como $ x (t) $ consta de impulsos, $ R_x (\ tau) $ se puede escribir como

$ R_x (\ tau) = \ frac {1} {T} \ Displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_n \ delta (\ tau - nT) $

Donde $ R_n = \ lim_ {N \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {N} \ sum_ka_ka_ {k + n} $

Para saber que $ R_n = R _ {- n} $ para señales reales, tenemos

$ S_x (w) = \ frac {1} {T} (R_0 + 2 \ Displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Dado que el filtro de pulso tiene el espectro de $ (w) \ leftrightarrow f (t) $, tenemos

$ s_y (w) = \ mid F (w) \ mid ^ 2S_x (w) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (\ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_ne ^ {- jnwT_ {b}}) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Por lo tanto, obtenemos la ecuación para la densidad espectral de potencia. Usando esto, podemos encontrar el PSD de varios códigos de línea.