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Introduccin

La transmisin analgica se basa en una seal continua de frecuencia

constante que llamamos portadora. Dicha frecuencia se elige de acuerdo a las

caractersticas del medio que se vaya a utilizar. Los datos se pueden transmitir

modulando la seal portadora, es decir, codificando dichos datos generados

por la fuente en la seal portadora de frecuencia. Como sabemos, todas las

tcnicas de modulacin implican la modulacin de uno o ms de los tres

parmetros fundamentales de la portadora: la amplitud, la frecuencia y la fase.

La seal de entrada (que puede ser tanto analgica como digital) se

denomina seal moduladora o tambin seal en banda base seal limitada

en banda (pasabanda)-. La localizacin del ancho de banda asignado est

relacionado con la seal portadora de frecuencia, estando usualmente centrado

en torno a sta. De nuevo, el procedimiento de codificacin se elegir para

optimizar algunas de las caractersticas de la transmisin.

Las cuatro posibles combinaciones se utilizan con frecuencia; si bien, las

razones por las que se elige una u otra pueden ser de diversa ndole, como las

que indicamos a continuacin:

Datos digitales, seales digitales: en trminos generales, el

equipamiento para la codificacin digital es menos complicado y menos

costoso que el equipamiento necesario para transmitir datos digitales

modulando seales analgicas.

Datos analgicos, seales digitales: la conversin de los datos

analgicos en digitales permite la utilizacin de las tcnicas ms

recientes de equipos de conmutacin para transmisin digital.

Datos digitales, seales analgicas: algunos medios de transmisin,

como la fibra ptica y los medios no guiados, slo permiten la

propagacin de seales analgicas.

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Datos analgicos, seales analgicas: los datos de naturaleza elctrica

se pueden transmitir fcilmente y de una forma poco costosa en banda

base. Por ejemplo, esto es lo que se hace para la transmisin de voz en

las lneas de calidad telefnica.

Ante la necesidad de transmitir seales digitales a travs de diversos

medios de transmisin surgen los que se conocen como cdigos de lnea. En

el presente trabajo abordaremos los diversos conceptos relacionados con

dichos cdigos: qu son, cules son sus caractersticas, qu tipos existen,

entre otros.

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Los cdigos de lnea

Qu es un cdigo de lnea?

Cuando deseamos transmitir datos binarios sobre un canal de banda base

se debe cambiar el formato de la seal digital a lo que se conoce como formato

de sealizacin. El proceso se llama codificacin de lnea. En general, el

formato de sealizacin, tambin llamado cdigo de lnea, se escoge para

acoplar la seal digital con el canal. En la actualidad los datos binarios a

menudo se transmiten sobre canales que no estn diseados para tal

propsito, incluyendo los canales de red telefnica. Sin embargo, los canales

cuyas caractersticas de distorsin no son justamente adecuadas para la

transmisin digital se pueden emplear con la utilizacin del cdigo de lnea

apropiado.

Cualquiera que sea el formato de sealizacin que se emplee debe,

evidentemente, permitir que los datos binarios sean unvocamente

recuperables. Los diferentes formatos de sealizacin producen seales de

lnea que difieren en su ancho de banda, contenido de sincrona y resistencia al

ruido. Estas caractersticas se pueden emplear como base para el

acoplamiento del formato y el canal. De esta manera, un formato de

sealizacin se puede emplear para producir una seal de lnea cuyo espectro

concuerde con el rango de frecuencias del canal, o se puede utilizar para

reducir el nmero de componentes de frecuencias altas o bajas de la seal

conforme se necesite. La eliminacin de los componentes de baja frecuencia

de la seal es deseable durante la transmisin sobre la red telefnica en donde

no se puede soportar la sealizacin de cd. El contenido de sincrona de la

seal contribuye a la facilidad con la cual el receptor puede recuperar los datos

de ella. Algunos cdigos de lnea producen seales con alta resistencia al ruido

mientras que otros producen seales en las que se puede detectar o corregir

los errores de transmisin.

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Propiedades de un cdigo de lnea

Como propiedades de un cdigo de lnea podemos mencionar:

Sincronizacin: Contenido suficiente de seal de temporizacin (reloj)

que permita identificar el tiempo correspondiente a un bit.

Capacidad de deteccin de errores: La definicin de cdigo incluye el

poder de detectar un error y, en ocasiones, corregirlo.

Inmunidad al ruido: Capacidad para detectar adecuadamente el valor de

la seal ante la presencia de ruido -baja probabilidad de error-.

Espectro: Igualacin entre el espectro de frecuencias de la seal y la

respuesta en frecuencia del canal de transmisin.

Ancho de banda: El rango de frecuencias donde se concentra la mayor

parte de la potencia de la seal debe ser el adecuado para la

transmisin de los datos binarios.

Transparencia: Independencia de las caractersticas del cdigo en

relacin a las secuencia de unos y ceros que se transmita.

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Se cuenta con diferentes cdigos de lnea para la codificacin de lnea.

Cada cdigo de lnea presenta ventajas y desventajas y que puede, en mayor o

menor medida, satisfacer las propiedades anteriores. A continuacin haremos

un recorrido de los cdigos de lnea ms utilizados, mencionando sus

principales caractersticas.

Tipos de cdigos de lnea

Entre los distintos tipos de cdigos de lnea podemos mencionar:

Segn la polaridad, la seal puede ser unipolar o polar, segn se

utilice una polaridad nica para la representacin de los smbolos o se

emplee doble polaridad.

Segn que el nivel de seal que representa al smbolo se mantenga

durante todo el tiempo de bit o slo durante su primera mitad, siendo cero en

la segunda, la seal puede ser de no retorno a cero o bien de retorno a

cero respectivamente.

Si la informacin se codifica en las transiciones de una seal polar, los

cdigos reciben el nombre de bifase, pues la secuencia de bits se extrae de

la comparacin de la fase de la seal en un instante con la precedente.

Segn que el nmero de niveles de seal sea 2 o ms la seal digital

ser binaria o multinivel.

Si un smbolo provoca un cambio en el nivel de la seal o su ausencia,

en lugar de estar representado por una transicin o un nivel, la codificacin

es diferencial.

Si un smbolo est representado por dos polaridades y el otro por su

ausencia la seal es bipolar.

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Cdigos de no retorno a cero o NRZ (Non Return to Zero)

La forma ms frecuente y fcil de transmitir seales digitales en mediante

la utilizacin de un nivel diferente de tensin para cada uno de los bits. Los

cdigos que siguen esta estrategia comparten la propiedad de que el nivel de

tensin se mantiene constante durante la duracin del bit; es decir, no hay

transiciones (no hay retorno al nivel cero de tensin). Por ejemplo, la ausencia

de tensin se puede usar para representar un 0 binario, mientras que un nivel

constante de tensin puede representar al 1. A estos cdigos se los conoce

como no retorno a cero.

Los cdigos de NRZ normalmente usados son unipolares y se

caracterizan por mantener constante el valor de la seal de lnea durante

todo el intervalo de bit (Tb). Por ello, el intervalo del impulso ms estrecho t

coincide con Tb.

Segn el criterio de codificacin empleado obtenemos tres tipos

diferentes:

NRZ-L (Level): Al smbolo 1 se le asigna un valor alto de seal y al

0 valor nulo.

NRZ-M (Mark): Codificar un 1 es dar una transicin al comienzo del

intervalo de bit; el 0 no provoca transicin.

NRZ-S (Space): Codificar el 0 supone dar una transicin al comienzo

del intervalo de bit; el 1 no la da.

Propiedades generales del grupo de cdigos NRZ

Su espectro genrico supone un determinado tiempo de bit tb, que tiene

componente continua muy significativa y alto contenido en bajas frecuencias,

pero su ancho de banda no es excesivo. Otra caracterstica es su poca

capacidad de sincronizacin, ya que pierden fcilmente el sincronismo en las

largas secuencias de 0 en el NRZ-M, de 1 en el NRZ-S y de 1 o 0 en el

NRZ-L. Adems, no tienen capacidad de deteccin de errores.

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Los NRZ-M y NRZ -s son diferenciales por lo que presentan mayor

inmunidad a ruidos e interferencias, puesto que es ms fcil acertar en la

deteccin de una transicin en presencia de ruido aditivo que en la de un nivel.

En resumen:

Sincronizacin: No contiene seal de temporizacin.

Capacidad de deteccin de errores: No permite detectar errores.

Inmunidad al ruido: En funcin de la diferencia de voltajes.

Espectro: Alto contenido de energa cercano a 0. El 95 % de la

potencia se encuentra en las frecuencias menores a la frecuencia de los

datos.

Transparencia: El valor promedio de la seal y la posibilidad de

detectar el inicio de un bit dependen del contenido de 1s y 0s.

Cdigo de retorno a cero o RZ

En este tipo de codificacin la seal que representa a cada bit retorna a

cero en algn instante dentro del tiempo del intervalo de bit. Por tanto, las

secuencias largas de unos o de ceros ya no plantean problemas para la

recuperacin del reloj en el receptor. No es necesario enviar una seal de reloj

adicional a los datos.

A comparacin con los cdigos NRZ, esta codificacin tiene el problema

de utilizar el doble de ancho de banda para conseguir transmitir la misma

informacin, ya que los cdigos de retorno a cero trabajan con impulsos

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estrechos de menor duracin que el intervalo de bit. Los impulsos muy

estrechos ahorran energa, pero exigen mayor ancho de banda.

El cdigo RZ puede ser polar, en este caso la seal tomara valores

positivos para un 1 lgico y negativos para un 0 lgico pero nunca toma el valor

0. A su vez, tambin puede ser bipolar, donde un dgito toma valor con

polaridad alternada mientras que el otro permanece siempre en 0.

Resumiendo:

Posee auto sincronizacin, ya que contiene seal de temporizacin.

En cuanto a la capacidad de deteccin de errores, este tipo de cdigo no

permite dicha funcin.

Inmunidad al ruido: en funcin de la diferencia de voltajes.

Posee alto contenido de energa cercano a 0 y doble ancho de banda

que NRZ.

Transparencia: el valor promedio de la seal y la posibilidad de detectar

el inicio de un bit dependen solamente del contenido del 0.

Cdigos bifase

Los cdigos bifase nacen con la idea de corregir los problemas

presentados por los unipolares. Para asegurar el sincronismo, cualquiera de

ellos posee al menos una transicin y como mucho dos por intervalo de bit, son

polares para asegurar la eliminacin de la componente continua y se basan en

transiciones para incrementar la resistencia al ruido.

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Propiedades del cdigo bifase

Todas las tcnicas bifase fuerzan al menos una transicin por cada bit

pudiendo tener hasta dos en ese mismo perodo; por lo tanto, la mxima

velocidad de modulacin es el doble que en los NRZ, esto significa que el

ancho de banda necesario es mayor.

Poseen alta capacidad de sincronizacin: debido a la transicin que

siempre ocurre durante el intervalo de duracin correspondiente a un bit, el

receptor puede sincronizarse usando dicha transicin. Gracias a esta

caracterstica, los cdigos bifase se denominan tambin auto-sincronizados.

Deteccin de errores: se pueden detectar errores si se detecta la

ausencia de la transicin esperada en mitad del intervalo. Para que el ruido

produjera un error no detectado tendra que invertir la seal antes y despus de

la transicin.

Como se basan en transiciones son bastante inmunes al ruido, siendo el

mejor el Manchester diferencial. Por ello y por sus caractersticas de

sincronismo y a pesar de su mayor ancho de banda, se utilizan en

transmisiones sncronas de alta velocidad.

Tipos de cdigos bifase

Dentro de los cdigos bifase podemos destacar:

Bifase-L o Manchester: en este tipo de cdigo cada perodo de un bit se

divide en dos intervalos iguales. Un bit binario de valor 1 se transmite con valor

de tensin alto en el primer intervalo y un valor bajo en el segundo. Un bit 0 se

enva al contrario, es decir, una tensin baja seguida de un nivel de tensin

alto. Este esquema asegura que todos los bits presentan una transicin en la

parte media, proporcionando as un excelente sincronismo entre el receptor y el

transmisor. Una desventaja de este tipo de transmisin es que se necesita el

doble de ancho de banda para la misma informacin que el mtodo

convencional.

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Bifase-M: da una transicin al principio de cada intervalo y otra en el

centro si codifica un 1, y no da esta segunda si es un 0.

Bifase-S: da una transicin al principio de cada intervalo y otra en el

centro si codifica un 0, y no da esta segunda si es un 1.

Bifase diferencial o Manchester Diferencial: este cdigo es una variacin

del cdigo Manchester, puesto que en l un bit de valor 1 se indica por la

ausencia de transicin al inicio del intervalo, mientras que un bit de valor 0 se

indica por la presencia de una transicin en el inicio, existiendo siempre una

transicin en el centro del intervalo. El esquema diferencial requiere un equipo

ms sofisticado, pero ofrece una mayor inmunidad al ruido. Este cdigo tiene

como ventajas adicionales las derivadas de la utilizacin de una aproximacin

diferencial.

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Los cdigos bifase se usan con frecuencia en los esquemas de

transmisin de datos. El cdigo Manchester, por ejemplo, se ha elegido como

parte de la especificacin de la normalizacin IEEE 802.3 para la transmisin

en redes LAN con un bus CSMA/CD usando cable coaxial en banda base o par

trenzado. Por su parte, el Manchester Diferencial se ha escogido en la

normalizacin IEEE 802.5 para redes LAN en anillo con paso de testigo, en las

que se usan pares trenzados apantallados.

Cdigos Miller

Es un cdigo polar que no tiene nunca ms de una transicin por

tiempo de bit pero tiene al menos una por cada dos intervalos de bit. El

criterio de aplicacin consiste, en dar una sola transicin en el centro del

intervalo cuando se trata de un 1, no darla en el centro si se trata de un 0

pero si va seguido de otro 0 dar una al final, y si va seguido de un 1 no

darla tampoco.

Sus caractersticas son muy parecidas a los bifase, pero poseen el

menor ancho de banda de todos los considerados, aunque con un poco de

componente continua.

En cuanto al sincronismo, estos cdigos son algo peores que los bifase

y bastante complicados de realizar.

Cdigos AMI (Alternate Mark Inversion)

Emplea el criterio de asignacin de un impulso en el primer semi

intervalo de bit y un valor nulo en el segundo si se trata de un 1 y valor nulo

siempre si se trata de un 0, adems la polaridad de los 1 se va alternando

segn se suceden.

Como propiedades podemos destacar:

Su espectro no tiene componente continua, tiene un contenido medio

en bajas frecuencias y su ancho de banda es de tipo medio.

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Mala capacidad de sincronizacin: El sincronismo se pierde fcilmente

en las secuencias largas de 0.

Buena capacidad de deteccin de errores: Habr error de codificacin

siempre que no haya alternancia en la polaridad de los impulsos.

Es bastante sensible al ruido.

Complicacin y precio medios.

Cdigos HDB3 (High Density Bipolar 3)

El cdigo HDB3 pertenece a los cdigos de lnea llamados Tcnicas de

altibajos. Consisten en sustituir secuencias de bits que provocan niveles de

tensin constantes por otras que garantizan la anulacin de la componente

continua y la sincronizacin del receptor. La longitud de la secuencia queda

inalterada, por lo que la velocidad de transmisin de datos es la misma;

adems el receptor debe ser capaz de reconocer estas secuencias de datos

especiales.

Los objetivos del diseo de estas tcnicas son:

Evitar la componente continua.

Evitar las secuencias largas que correspondan a seales de tensin

nula.

No reducir la velocidad de datos.

Capacidad para detectar errores.

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El esquema de codificacin basado en Norteamrica se llama B8ZS y el

utilizado en Europa y Japn es el HDB3, ambos se basan en la codificacin

AMI.

En el esquema HDB3, se reemplazan las cadenas de cuatro ceros por

cadenas que contienen uno o dos pulsos. En este caso, el cuarto cero se

sustituye por un estado de seal no permitido en el cdigo, este procedimiento

se denomina violacin del cdigo.

En las violaciones siguientes, se considera una regla adicional para

asegurar con ello que tengan una polaridad alternante y as no introducir

componente en continua. Si la ltima violacin fue positiva, la siguiente debe

ser negativa y viceversa. Esta condicin se determina dependiendo si el

nmero de pulsos desde la ltima violacin es par o impar y dependiendo de la

polaridad del ltimo pulso anterior a la aparicin de los cuatro ceros.

La mayor parte de la energa se concentra en una regin estrecha en

torno a la frecuencia correspondiente a la mitad de la razn de datos. Por tanto,

estos cdigos son adecuados para la transmisin a altas velocidades.

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Bibliografa

Herrera, Comunicaciones II. Comunicacin digital y ruido, Limusa, Primera

edicin, Mxico D.F., 2004.

Stallings, William, Comunicaciones y redes de computadores, Prentice-Hall,

Madrid, 2000.

Bibliografa Web

http://docente.ucol.mx/al000408/public_html/HDB3.html

http://www.slideshare.net/sarochishernandez/codificacion-de-linea

http://codigosdelinea.blogspot.com/

http://cnx.org/content/m35716/latest/

http://docente.ucol.mx/jimenez1/public_html/codigos.htm#binario