UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Facultad de Ingeniera Elctrica y Electrnica

Informe Previo Experiencia N 02

SIMULACIN DE LOS CDIGOS DE LNEA

LABORATORIO DE TELECOMUNICACIONES II

ALUMNO:JORGE LUIS GOMEZ VARGAS 20102099K

HORARIO:VIERNES 6PM 8PM

SECCION: M

Viernes, 26 de Setiembre del 2013

1. OBJETIVOS

Tras la realizacin de este laboratorio, el alumno conocer las caractersticas fundamentales de algunos cdigos de lnea, y habr tomado contacto con los problemas que presentan tanto su generacin como su correcta recuperacin, encontrando aplicacin a conceptos estudiados en el curso tanto terico, como practico. Asimismo, mediante la simulacin de los cdigos de lnea iniciar en el conocimiento de las funciones de Matlab como por ejemplo: UNRZ, URZ, PNRZ, BRZ, AMINRZ, AMIRZ MANCHESTER, etc.

2. FUNDAMENTO TEORICO

Codificacin de lnea

Los cdigos en lnea son frecuentemente usados para el transporte digital de datos. Estos cdigos consistente en la representar la seal digital transportada respecto a su amplitud y su respecto al tiempo, tambin consiste en convertir niveles lgicos normalizados a una forma ms adecuada para su transmisin por lnea telefnica.

Se debe tener en cuenta seis factores principales al seleccionar un formato de codificacin de lnea: Voltaje de transmisin Ciclo de trabajo Ancho de banda Recuperacin de reloj Deteccin de errores Facilidad de deteccin decodificacin

Tipos de cdigos de lneas

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 el nivel de seal que representa AL SIMBOLO se mantenga durante todo el tiempo de bit o solo durante su primera mitad, siendo cero 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.

3. EQUIPOS Y MATERIALES:

Una computadora Software MATLAB Acceso a Internet Capturador de imagen o cmara fotogrfica. Gua de laboratorio.

4. PROCEDIEMIENTO

Realizar la simulacin utilizando MATLAB de las secuencias aleatorias unipolar NRZ de amplitud A, unipolar RZ de amplitud A, bipolar NRZ de amplitudes A, bipolar AMI RZ de amplitud A y bipolar MANCHESTER de amplitud A. As como tambin la Funcin de Auto correlacin y la Densidad Espectral de Potencia. Considerar Tb = 1 seg. y el valor de A = 1 volt. Se pueden considerar otros valores en forma arbitraria, coordinando con el profesor.

NRZ de amplitud A

RZ de amplitud A

NRZ de amplitudes A

AMI RZ de amplitud A

MANCHESTER de amplitud APara una secuencia aleatoria bipolar MANCHESTER de amplitud A

5. RESPUESTA A PREGUNTAS

a. Enumere los tipos de cdigo de lnea Definir y diferenciar cada uno de ellas

Cdigo de Lnea NRZ UNIPOLAR

Maneja seales de 2 niveles. A cada bit 0 o 1 se le asigna uno de los niveles 0 o A, dependiendo de la logica, tal como se muestra en la figura siguiente. No presenta transiciones en secuencias largas de unos o ceros, lo cual genera perdidas de sincronismo. Tiene alto nivel DC. No se usa entransmision de informacion por su pobre desempeo

Cdigo de Lnea RZ UNIPOLAR

Se dice que el cdigo es con retorno a cero, porque cuando existe un 1, durante cierto porcentaje del tiempo de bit Tb, la seal regresa nuevamente a 0.El tiempo durante el cual 1 retorna al nivel 0 es una caracterstica del cdigo. Si el tiempo que tarda la seal en regresar al nivel 0 corresponde a Tb/2 se dice que se trata de un cdigo RZ al 50%.La codificacin RZ si bien introduce mayor nmero de transiciones, reduce el ancho del pulso de la seal codificada lo que redunda en un mayor ancho de banda requerido para la seal codificada.

Cdigo de Lnea AMI

Este cdigo tiene mnima componente DC.Utiliza seales digitales de 3 niveles. El proceso de codificacin asigna a los 1 un pulso positivo o un pulso negativo en forma alternada, mientras que los 0 se transmiten con el nivel 0V.Los 1 pueden ocupar un intervalo de un tiempo completo o emplear pulsos con retorno a cero.En este cdigo no se altera el ancho de banda. Es un cdigo normado por la UIT-T, usado en los sistemas PDH y en la red ISDN.

Cdigo de Lnea Manchester

El cdigo Manchester las transiciones se dan a la mitad del periodo de bit entre los niveles +A y A. El smbolo 1 tiene una polaridad prefijada y el smbolo o lo opuesto, tal como se puede ver en la figura. De esta manera se asegura que todos los periodos de bit tengan una transicin a la mitad, permitiendo as un mejor sincronismo; sin embargo, los requerimientos en ancho de banda son mayores.

Cdigo de Lnea HDB3

Codifica los 1 segn la reglas AMI, pero no admite un nmero superior a 3 ceros consecutivo y sustituye con un pulso el cuarto cero (pulsos de violacin).HDB3 es un cdigo que maneja seales digitales de 3 niveles.Se deben tomar las preocupaciones necesarias para eliminar este pulso suplementario o pulso de violacin en el receptor y para ello es necesario diferenciarlo de pulsos normales. En tal virtud este pulso es transmitido con una polaridad idntica a la del pulso que lo precede violando la regla AMI y por tanto borra dicha violacin.Para asegurar una componente continua nula se deben transmitir tantas violaciones positivas como negativas en forma alterna. Esta condicin de alternabilidad de las violaciones, para tratar de mantener una componente nula, obliga a colocar un pulso de relleno cuando dos violaciones de la misma polaridad ocurren.

b. Cmo eliminara la componente continua del cdigo Unipolar?

Hay dos modos de eliminar la componente continua:

Disear cada cdigo transmitido de tal forma que contenga el mismo nmero de impulsos positivos que negativos, as se anulara la componente continua. Un ejemplo de este tipo cdigos es el Manchester.

Usar un cdigo de disparidades emparejadas o cdigo alternante. En otras palabras, un cdigo en el que algunos o todos los dgitos o caracteres estn representados por dos conjuntos de dgitos, de disparidad opuesta, que se utilizan en una secuencia de manera que se minimice la disparidad total de una larga cadena de dgitos. Ejemplos de este tipo de cdigos es el cdigo AMI, 8B10T, 4B3T, etc.

c. Definir las caractersticas ms importantes de los cdigos de lnea como: la auto sincronizacin, capacidad de deteccin de errores, inmunidad al ruido, densidad espectral de potencia, ancho de banda.

Sincronizacin

Contenido suficiente de seal de temporizacin (reloj) que permita identificar el tiempo correspondiente a un bit.

Capacidad de deteccin de errores

La definicin del cdigo incluye el poder detectar un error y en ocasiones corregirlo.

Inmunidad al ruido

Capacidad para detectar adecuadamente el valor de la seal ante la presencia de ruido.

Ancho de banda

Contenido suficiente de seal de temporizacin (reloj) que permita identificar el tiempo correspondiente a un bit.

Densidad espectral de potencia

Igualacin entre el espectro de frecuencia de la seal y la respuesta en frecuencia del canal de transmisin.

d. Defina transmisin en banda base

Es utilizada para cortas distancias debido a su bajo costo. El MODEM no efecta modulacin alguna sino que solo las codifica. Los datos se codifican para solucionar los siguientes aspectos inherentes a la banda base:

Disminuir la componente continua

Proveer sincronismo entre transmisor y receptor

Permitir detectar la presencia de la seal en la lnea

Como se est trabajando con pulsos, de acuerdo al desarrollo de Fourier, se puede tener un valor importante de la componente continua. Al codificar se trata de disminuir dicho valor pues el sistema de transmisin puede poseer amplificadores y/o transformadores que no tendran en cuenta la componente continua y ello provocara una deformacin de la seal.

e. Definir y explicar detalladamente, las etapas de un sistema digital de comunicaciones

f. Explique el aliasing y el teorema de Nyquist

ALIASING

Segn el cual una seal de alta frecuencia es interpretada como una de baja frecuencia

TEOREMA DE MUESTREO DE SHANNON

Una seal en tiempo continuox(t)cuyo espectro no contiene frecuencias superiores afmax, puede ser reconstruida exactamente a partir de sus muestrasx(n) = x(n Ts), si sus muestras son tomadas a una frecuencia de muestreo:

Fs=1/ Ts> 2 fmax(Frecuencia de Nyquist)

Decimos que ocurrealiasingcuando la frecuencia de muestreo es inferior al doble de la mxima frecuencia contenida en el espectro de la seal analgica (frecuencia de Nyquist).

g. Defina la codificacin PCM, la ley de compresin a y la ley

CODIFICACIN PCM

Si una seal F(t) se muestrea a intervalos regulares con una frecuencia mayor que el doble de la frecuencia significativa ms alta de la seal F(t), las muestras contendrn toda la informacin de la seal original.Esas muestras se pueden codificar normalizando a un nmero de bits dado. Por ejemplo con ocho bits (siete de cdigo ms uno de signo) se podra distinguir entre 256 posibles valores de amplitud.En el receptor, el proceso se invierte, pero se ha perdido informacin al codificar, por lo cual la seal no ser exactamente igual (ruido de cuantizacin). Para reducir el ruido de cuantizacin se utilizan tcnicas en las cuales los muestreos no son siempre en intervalos iguales.

LEY A (A-LAW)

Es un sistema de cuantificacin logartmica de seales de audio, usado habitualmente con finesdecompresinenaplicacionesdevozhumana.EstestandarizadaporlaITU-T (Sector de Normalizacin de las Telecomunicaciones de laUnin Internacional de Telecomunicaciones) enG.711.El G.711 es un estndar usado principalmente en telefona, para representar seales de audio con frecuencias de la voz humana, mediante muestras comprimidas de una seal de audio digital con una tasa de muestreo de 8000 muestras por segundo. El codificador G.711 proporcionar un flujo de datos de 64 kbit/s. El algoritmo Ley A basa su funcionamiento en un proceso de compresin y expansin llamado compansin o companding, con el cual, las amplitudes de la seal de audio pequeas son expandidas y las amplitudes ms elevadas son comprimidas .La ley A esta formada por 13 segmentos de recta (en realidad son 16 segmentos, pero como los tres segmentos centrales estn alineados, se reducen a 13). Cada uno de los 16 segmentos, est dividido en 16 intervalos iguales entre s, pero distintos de unos segmentos a otros.

LEY (-LAW)

La ley de compresin es un sistema muy parecido al A-law, aunque se usa ampliamente en Norte Amrica y Japn. Las aplicaciones de este sistema son bsicamente las mismas del A-law, es decir, cuantificacin logartmica y reduccin de ruido para seales de audio. La letra indica el factor de compresin usado. Normalmente = 255. Si = 0 la entrada es igual a la salida.Su funcionamiento es bsicamente el mismo del algoritmo Ley A, es decir, que se basa en la compansin (compresin/expansin). Las amplitudes de la seal de audio pequeas son expandidas y las amplitudes ms elevadas son comprimidas.

h. En el canal de comunicaciones cuantos tipos de ruido se presentan.

Ruido de disparo

El ruido de disparo es un ruido electromagntico no correlacionado, tambin llamado ruido de transistor, producido por la llegada aleatoria de componentes portadores (electrones y huecos) en el elemento de salida de un dispositivo, como ser un diodo, un transistor (de efecto de campo o bipolar) o un tubo de vaco. El ruido de disparo est yuxtapuesto a cualquier ruido presente, y se puede demostrar que es aditivo respecto al ruido trmico y a l mismo.

Ruido de Johnson-Nyquist

Tambin conocido comoruido termales el ruido generado por el equilibrio de las fluctuaciones de lacorriente elctricadentro de unconductor elctrico, el cual tiene lugar bajo cualquier voltaje, debido al movimiento trmico aleatorio de loselectrones.

Ruido de parpadeo

Es una seal o proceso con una frecuencia de espectro que cae constantemente a altasfrecuenciascon un espectro rosa.

Ruido a rfagas

Este ruido consiste en una sucesin de escalones en transiciones entre dos o ms niveles (no Gaussianos), tan altos como varios cientos de mili-voltios, en tiempos aleatorios e impredecibles.

Ruido de trnsito

Est producido por la agitacin a la que se encuentra sometida la corriente de electrones desde que entra hasta que sale del dispositivo, lo que produce una variacin aleatoria irregular de la energa con respuesta plana.

Ruido de intermodulacin

Es la energa generada por las sumas y las diferencias creadas por la amplificacin de dos o ms frecuencias en un amplificador no lineal.

i. Ventajas del uso de cuantizacin no uniforma en seales de voz.

El problema de la cuantificacin uniforme es que conforme aumenta la amplitud de la seal, tambin aumenta el error. Este problema lo resuelve el cuantificador logartmico de forma parcial. Sin embargo, si conocemos la funcin de la distribucin de probabilidad, podemos ajustar los niveles de reconstruccin a la distribucin de forma que se minimice el error cuadrtico medio. Esto significa que la mayora de los niveles de reconstruccin se den en la vecindad de las entradas ms frecuentes y, consecuentemente, se minimice el error (ruido).La siguiente figura representa la cuantificacin no uniforme:

En la prctica, se puede usar una estimacin de la distribucin para disear los cuantificadores. Esta estimacin se puede obtener a partir de los datos a cuantificar de forma iterativa.

j. Investigar y explicar las caractersticas de los cdigos AMI NRZ, RZ, Manchester, HDB3, B6ZS, Miller.

AMI NRZ

En el cdigoAMIun 0 binario se representa por ausencia de seal y el 1 binario por pulsos de polaridad alternante (positivo o negativo). Este tipo de esquema ofrece la ventaja de que la sincronizacin es ms fcil, de hecho, slo la aparicin de largas cadenas de ceros la dificulta. Adems, no hay componentes de continua en la seal debido a la alternancia de los pulsos. La alternancia de los unos facilita la deteccin de errores.Es uno de los cdigos ms empleados en la transmisin digital a travs de redes WAN. Este formato no tiene componente de corriente continua residual y su potencia a frecuencia cero es nula. Se verifican estos requisitos transmitiendo pulsos con un ciclo de trabajo del 50% e invirtiendo alternativamente la polaridad de los bits 1 que se transmiten. Dos valores positivos sin alternancia entre ellos sern interpretados como un error en la lnea. Los 0's son espacios sin presencia de voltaje. El formato Bipolar es en realidad una seal de tres estados (+V, 0,-V).

RZ

Es un cdigo con retorno al nivel cero, en el cual durante el paso de un bit a otro del mismo signo (paso de 1 a 1 o de 0 a 0) se vuelve siempre al nivel cero.}Los cdigos de RZ trabajan con impulsos estrechos de menor intervalo que el intervalo de bit. El ciclo de trabajo es el parmetro que mide la achura del impulso RZ. Los impulsos muy estrechos ahorran energa, pero exigen mayor ancho de banda.

MANCHESTER

En este cdigo siempre hay una transicin en la mitad del intervalo de duracin de los bits. Cada transicin positiva representa un 1 y cada transicin negativa representa un 0.Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transicin en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuenta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.

En est codificacin no se tienen en cuanta los niveles de tensin sino que solo se consideran las transiciones positivas y negativas. Esta tcnica posibilita una transicin por bit, lo cual permite autosincronismo. Se puede eliminar la componente continua si se emplean valores positivos y negativos para representar los niveles de la seal.

HDB3

El cdigoHDB3pertenece a los cdigos de lnea llamadosTcnica 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.En el esquemaHDB3,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.

B6ZS

En la tasa de T2 de Amrica del Norte, se insertan violaciones bipolares si se producen 6 o ms ceros consecutivos. Este cdigo de lnea se llama bipolar con la sustitucin de seis a cero, en lugar de 6 ceros consecutivos con el patrn "0VB0VB". Dependiendo de la polaridad de la marca precedente, que podra ser 0 + -0 - o + 0-0 + -.

MILLER

Este cdigo emplea para la transicin de un uno, una transicin en la mitad del intervalo significativo. Para el caso de un cero, existe una transicin al final del intervalo si el bit siguiente es cero, en caso contrario no habr transicin alguna.El cdigo Miller permite reducir considerablemente la contribucin de las bajas frecuencias (y por lo tanto el problema que ello significa), y garantiza un nmero mnimo de transiciones de la seal en banda base como para recuperar la seal de reloj. Por lo menos habr una transicin cada dos intervalos significativos.

k. Implementar nuevos cdigos de lnea no contemplados y analizar su comportamiento espectral.