2.C-Conceitos de Transmissao de Dados.codificacao Dos Dados(1)

Interfaces e transmissão de dados

1/29Rui SilvaResponsável: Data: Pág.:

1ª Ano 2º Semestre 2009 / 2010Versão

2.0

2 – Conceitos de transmissão de dados

2 Conceitos de transmissão de dados




2.0

2.3 Codificação dos dados

2.3 – Codificação dos dados




2.0

2.3.1 – Fonte de dados digital – transmissão de dados digitalCódigos de linha




2.0

Motivações:

•Gestão e redução do espectro do sinal:

•Remoção da componente DC do sinal (Sistemas de transmissão apresentam

•Evitar problemas de sincronismo, quando o trem de símbolos a transmitir

Codificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

acoplamento AC)

contém longas sequências de 0’s ou 1’s

Motivações

Códigos de Linha




2.0

•Os códigos podem ser classificados de várias formas:

UNIPOLAR: +A,0

POLAR : +A/2,-A/2

BIPOLAR (pseudoternário): +A/2,0,-A/2

A

t

2/A−

2/A

t

2/A−

2/A

t

1 - Quanto à polaridade

Classificação dos códigos de linhaCodificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

Classificação dos códigos de Linha




2.0

2 - Quanto ao “duty cycle”•O nível do impulso mantém-se constante durante o período nominal dos

•O nível do impulso regressa ao zero antes de terminar esse período nominal

3 - Quanto ao número de níveis•Os códigos mais comuns apresentam os seguintes números de níveis:

Nota:

- Em códigos binários é usual encontrar as 4 combinações polar RZ, polar NRZ, unipolar RZ e unipolar NRZ


Classificação dos códigos de Linha

símbolos que representa

(normalmente a meio, o que corresponde a um duty cycle de 50%)

dois(binários), três (ternários), quatro (quaternários), oito (octais), etc.

Non Return To Zero (NRZ)

Return To Zero (RZ)1 1 0 1




2.0

•NRZ (Non return to zero)NRZ-L-> 0 nível “alto”, 1 nível “baixo”

NRZ-I-> 1-transição de sinal (H ou L), 0 não há transiçãoNota: Quando o sinal é codificado, pela comparação da polaridade adjacente, em vez do seu valor

Inverte a polaridade por cada “1”

que encontra

( NRZI = Invert on ones)

Codificação NRZCodificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

Códigos de Linha

absoluto (caso do NRZ-I) é chamada codificação diferencial -> Detecção por transição




2.0

•Características códigos NRZ•Vantagens

-Fáceis de produzir-Utilização do espectro eficiente (a sua energia está entre DC e metade do ritmo biário. Para uma L.B. de4800Hz consegue-se 9600bps)

•Utilizações-Interfaces locais computador-red de curta distância, gravação magnética, etc.


Códigos de Linha

-Contêm componente DC (polares ou unipolares), o que poderá constituir um problema-Não têm capacidades de auto sincronização , pois não há separação entre pulsos adjacentes(Ex: longo padrão de 0’s ou 1’s no NRZ-L ou longo padrão de 0’s no NRZ-I, produzem uma tensão constante. Qualquer pequeno desvio de frequência de relógio entre o emissor e receptor, provoca perda de sincronismo)

•Desvantagens

Características NRZ




2.0

•Densidade espectral de potência para códigos NRZUnipolar

Polarbt1

bt2

bt3

br br2 br3

( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= )(11sin

4arNRZ.unipol

22

ftft

fttAPbb

bbs δ

ππ

(3.69)


Códigos de Linha

( )2

2 sinNRZ.polar ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

b

bbs ft

fttAPππ (3.70)

( ) ( )∑∞

−∞=

=k

kftj

bs

bekRtfF

P π22

)(f

Expressão geral densidade espectral potência

(3.68) rb = 2B

Densidade Espectral Potência NRZ




2.0

•Códigos bipolares

AMI (Alternate Mark Invertion)“0” Representado por ausência de sinal na linha

“1” Representados alternadamente por +A e -A

Sequências de “1’s” são alternadas entre +A e -A


Códigos de Linha

Codificação AMI




2.0

•Códigos bipolares

Pseudo ternário (Inverso do AMI)

“1” Representado por ausência de sinal na linha

“0” Representados alternadamente por +A e -A

Sequências de “0’s” são alternadas entre +A e -A


Códigos de Linha

Codificação Pseudo Ternário




2.0

•Características código bipolar AMI e Pseudo Ternário

-Problemas de sincronismo para longos padrões de “0” (AMI) ou “1” (Pseudo Ternário)•Desvantagens

•UtilizaçõesAMI: -Transmissão de dados a longa distância – 1,544 Mps -> Norma T1 Americana

•Vantagens-Não apresenta componente DC

-Forma simples de detecção de erros -> Cada erro de bit causa uma violação na propriedade de alternância do código

-Boa capacidade de auto-sincronização para longos padrões de “1” (AMI) ou “0” (Pseudo Ternário)

-Largura de Banda baixa

-Menos eficiente que o NRZ (Como apresenta 3 níveis, poderia codificar bits em58,1)3(log2 =

-Receptor tem que distinguir 3 níveis de tensão-Para a mesma probabilidade de erro, necessita de uma potência 3dB acima do NRZ

Características AMI e Pseudo Ternário

vez de 1)


Códigos de Linha

Pseudo Ternário -Utilizado no acesso básico RDIS (Equipamento terminal)




2.0

3dB

Maior potência (3dB) para mesmo BER

Desempenho dos códigos NRZ, AMI

•Desempenho dos códigos anteriormente estudados


Códigos de Linha




2.0

•Códigos bifásicos

•MANCHESTER“0” Representado por transição descendente

“1” Representado por Transição Ascendente

Transição no meio de cada bit

Codificação ManchesterCodificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

Códigos de Linha




2.0

•MANCHESTER Diferencial

“0” Representado por transição no início do período de bit

“0” Transição início periodo bit

“1” Representado por ausência de transição no início do período de bit

“1” Ausência de Transição início periodo bit

Codificação Manchester DiferencialCodificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

Códigos de Linha•Códigos bifásicos




2.0

•Características código MANCHESTER e MANCHESTER DIFERENCIAL

•Desvantagens

•Utilizações do código MANCHESTER-Utilizado nas redes locais (LAN) ethernet – IEEE 802.3

•Vantagens-Fácil de implementar

-Ausência de componente DC-Excelente capacidade de auto-sincronização (Devido à transição a meio do bit)

-Baud Rate Duplo do bit rate-Requer maior largura de banda que o código binário NRZ

•Utilizações do código MANCHESTER DIFERENCIAL-Utilizado nas redes locais (LAN) em anel TOKEN RING – IEEE 802.5

Características Manchester e Manchester Diferencial


Códigos de Linha




2.0

•Taxa de transmissão versus taxa de modulação (Sequência de maior variação)

][1 baudD

R =

][1 1−= bstb

rb

Taxa de modulação

(3.72) Taxa de transmissão

(3.71)

Mbauds

R 11

1==

μ

Mbauds

R 25.01

==μ

Mbpss

rb 11

1==

μ

Mbpss

rb 11

1==

μ e

e

Dobra a taxa de modulação relativamente à de transmissão

D

btD =

bt


Códigos de Linha

Taxa de Modulação / transmissão

•Taxa de modulação R = Nº de transições do sinal por cada tempo de bit




2.0

•Taxa de transmissão versus taxa de modulação•A sequência binária transmitida é aleatória. A taxa de modulação também o é.•Taxa de modulação é caracterizada pela variação média de transições ocorrida por cada tempo de bit.

2.0 (Tudo 0’s)1.51.0 (Tudo 1’s)Manchester diferencial

2.0 (Tudo 0’s ou 1’s)1.01.0 (para 10101...)Manchester

1.01.00(Tudo 1’s)Pseudo ternário

1.0 (tudo 1’s)1.00(Tudo 0’s)AMI

1.0 (tudo 1’s)0.50(Tudo 0’s)NRZ-I

1.01.00 (Tudo 1’s ou 0’s)NRZ-L

Taxa Modulação Máxima101010...Taxa Modulação MínimaCodificação

Taxas mínimas e máximas de modulação para diversos códigos (R/rb )


Códigos de Linha




2.0

Técnicas de “scrambling” ou baralhação•Códigos bifásicos são largamente utilizados em redes locais, mas não são apropriados

-Pouca eficiência (Alta taxa de modulação relativamente à taxa de transmissão)(Esta ineficiência reflecte-se num alto custo em ligações de longa distância)

•A técnica de scrambling baseia-se na substituição (preenchimento) de sequências do sinal, que produzam tensões constantes,por outra sequência.

•Esta substituição deverá ser reconhecida pelo receptor que deverá repor os dados

•O código até agora estudado que parece mais eficiente, é o AMI / Pseudo ternário .Menor L.B e fraca

•A sequência de substituição tem o mesmo comprimento que a sequência original de

Técnicas de Scrambling

para redes alargadas de longa distância (WAN) devido principalmente a:

componente DC, mas estes apresentam problemas de sincronismo

originais

dados, de modo a não haver aumento da taxa de transmissão de dados.


Códigos de Linha

(longos padrões de 0’s ou 1’s respectivamente)




2.0

Objectivos das técnicas de “scrambling” ou baralhação nos sinais digitais

•Não deverão ter componente DC

•Não deverão ter longas sequências de ausência de sinal na linha de transmissão

•Não deverão reduzir a taxa de transmissão de dados

•Deverão ter capacidades de detecção de erros (violações de polaridade)


Códigos de Linha




2.0

•Código B8ZS (Bipolar with 8 zeros substitution)

•Se surgir 1 octeto de 8 zeros e a polaridade do último pulso que precede este octeto for +, então substitui os 8 zeros por 000+-0-+•Se surgir 1 octeto de 8 zeros e a polaridade do último pulso que precede este octeto for -,então substitui os 8 zeros por 000-+0+-

V = Violação de polaridade no sinal bipolar


Códigos de Linha

Codificação B8ZS

Generalizando: Subsitui 8 zeros por 000VB0VB, com: V - Violação de polaridade no sinal bipolarB - Sinal bipolar Válido (“Balance bit”)




2.0

•Código HDB3 (High-Density Bipolar-3 zeros)

•Substitui sequências de 4 zeros, por 3 zeros seguidos de uma violação de polaridade(com a mesma polaridade do último pulso antes dos zeros) ou seja: 000V•Este método simples levaria a que longas sequências de zeros sofressem sempre a mesma substituição, provocando componente DC.


Códigos de Linha

V - Violação de polaridade no sinal bipolarB - Sinal bipolar Válido

Nota:

Codificação HDB3




2.0

•Código HDB3 (Continuação)

•Para evitar DC, longos padrões de 0’s são substituídos por B00V, em que B representa um sinal bipolar válido e V uma violação de polaridade.•Caso o número de pulsos bipolares (1’s) desde a última substituição seja ímpar: 000V. Caso seja par: B00V

Par


Códigos de Linha4 Zeros = 000V (Ver slide anterior)

Longas seq. zeros

•Ou dito de outra forma as seguintes regras acontecem por cada sequência de 4 zeros: O 2º e 3º zeros são sempre representados pela ausência de pulsos. O 4º zero é sempre 1 violaçãoO 1º zero é substituido por B se o pulso que o precede tem a mesma polaridade da última violaçãoO 1º zero é substituido por B se o pulso que o precede é uma violaçãoPara outros casos, o 1º zero é substituido por 0




2.0

•Desvantagens

•Utilizações do código B8ZS-Sistema de transmissão digital Norte Americano -> 1ª Hierarquia PDH – T1 (1.792 Mbps)

•Vantagens-Não apresentam componente DC

-Relativamente complexos (Necessitam de tabelas de codificação)

•Utilizações do código HDB3-Sistema de transmissão digital Europeu e Japonês -> 1ª Hierarquia PDH - E1 (2.048 Mbps)

•Características códigos B8ZS e HDB3

-Excelente capacidade de auto-sincronização-Pouca largura de banda-Forma simples de detecção de erros -> Cada erro de bit causa uma violação na propriedade de alternância do código

Características HDB3/B8ZSCodificação dos dadosDados digitais – transmissão digital

Códigos de Linha




2.0

•Densidade espectral de potência das várias técnicas de codificação do sinalMenor Componente DC


Códigos de Linha

Densidade espectral Potência




2.0

•Códigos multi-nível do tipo mBnLm bits são representados por n pulsos de L níveis

n < m , => baud rate < bit rateL > 2 => São multinível

Grupos de 4 bits são representados por 3 níveis. Para o 4B3T, o Baud rate é ¾ Bit Rate

Q = Quaternário. 2 bits por nível. Grupos de 2bits são representados por 1 nível. Para o 2B1Q, o Baud rate é ½ Bit rate

•Utilizações dos códigos mBnL- Circuitos de acesso da rede RDIS, operando a 160 Kbps sobre par entrançado a distâncias até alguns Km

Códigos MBNL

- Redes Locais: Machester é exemplo de 1B2B. Ethernet 100 Mb/s utiliza 4B5B


Códigos de Linha




2.0

2.3 Codificação dos dados

Resumo

Resumo

•2.3.1 Fontes de dados digitais – transmissão digital

Capítulo 2 – Conceitos de transmissão de dados

•Códigos de linha Introdução e classificação•Codificação, características e espectro NRZ

Codificação dos dados

•Codificação, características e espectro AMI•Desempenho AMI e NRZ•Codificação e características MANCHESTER•Codificação e características MANCHESTER Diferencial•Taxa de modulação e transmissão binária dos códigos•Técnicas de Scrambling•Codificação e características B8ZS•Codificação e características HDB3•Densidade espectral Potência comparação•Codificação e características MBNL




2.0

Referências

Halsall –Data Communications, Computer Networks and Open Systems 4th Edition Cap. II (Interface Eléctrica)Leon Garcia – Communication Networks, Cap. III (Modems e modulação digital)

Stallings – Data and Computer communications Cap. V (Dados digitais, transmissão analógica)

Codificação dos dados

Couch – Analog and digital comm. systems- Cap. V (Sinais binários passa banda)




2.0

FIMFIM

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