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Capítulo 7:

 Codificación. Datos digitales y señales digitales

*Codificación. Datos digitales, señales digitales

Una señal es digital si consiste en una serie de pulsos de tensión. Para datos digitales no hay más que codificar cada pulso como bit de datos. En una señal unipolar (tensión siempre del mismo signo) habrá que codificar un 0 como una tensión baja y un 1 como una tensión alta (o al revés). En una señal bipolar (positiva y negativa), se codifica un 1 como una tensión positiva y un 0 como negativa (o al revés). La razón de datos de una señal es la velocidad de transmisión expresada en bits por segundo, a la que se transmiten los datos. La razón de modulación es la velocidad con la que cambia el nivel de la señal, y depende del esquema de codificación elegido.

- Un aumento de la razón de datos aumentará la razón de error por bit.

- Un aumento de la relación señal-ruido (S/N) reduce la tasa de error por bit.

- Un aumento del ancho de banda permite un aumento en la razón de datos.

Para mejorar las prestaciones del sistema de transmisión, se debe utilizar un buen esquema de codificación, que establece una correspondencia entre los bits de los datos y los elementos de señal. Factores a tener en cuenta para utilizar un buen sistema de codificación:

1. Espectro de la señal: La ausencia de componentes de altas frecuencias, disminuye el ancho de banda. La presencia de componente continua en la señal obliga a mantener una conexión física directa (propensa a algunas interferencias). Se debe concentrar la energía de la señal en el centro de la banda para que las interferencias sean las menores posibles.

2. Sincronización: para separar un bit de otro, se puede utilizar una señal separada de reloj (lo cuál es muy costoso y lento) o bien que la propia señal porte la sincronización, lo cuál implica un sistema de codificación adecuado.

3. Detección de errores: es necesaria la detección de errores ya en la capa física.

4. Inmunidad al ruido e interferencias: hay códigos más robustos al ruido que otros.

5. Coste y complejidad: el coste aumenta con el aumento de la razón de elementos de señal.

- No retorno a cero (NRZ)

Es el esquema más sencillo ya que se codifica un nivel de tensión como un 1 y una ausencia de tensión como un 0 (o al revés).

Ventajas: sencillez, fácil de implementar, uso eficaz del ancho de banda. Desventajas: presencia de componente en continua, ausencia de capacidad de sincronización.

Se suelen utilizar en grabaciones magnéticas. Otra modalidad de este tipo de codificación es la NRZI que consiste en codificar los bits cuando se producen cambios de tensión (sabiendo la duración de un bit, si hay un cambio de tensión, esto se codifica por ejemplo como 1 y si no hay cambio, se codifica como 0). A esto se le llama codificación diferencial. Lo que se hace es comparar la polaridad de los elementos de señal adyacentes, y esto hace posible detectar mejor la presencia de ruido y es más difícil perder la polaridad de una señal cuando hay dificultades de transmisión.

- Binario multinivel

Este sistema intenta subsanar las deficiencias de NRZ utilizando el sistema de codificar un 1 cada vez que se produce un cambio de nivel de la señal, y codificando un 0 cuando no hay cambio de nivel (lo cuál sigue siendo un inconveniente para cadenas de ceros).

Ventajas: no hay problemas de sincronización con cadenas de 1 (aunque sí con cadenas de 0), no hay componente en continua, ancho de banda menor que en NRZ, la alternancia de pulsos permite la detección de errores. Desventajas: hay aún problemas de sincronización, es menos eficaz que el NRZ, hay mayortasa de errores que NRZ.

- Bifase

En la codificación Manchester siempre hay una transición en mitad del intervalo de duración del bit (la mitad del bit se encarga de la sincronización). En Manchester diferencial la transición en mitad del intervalo se utiliza sólo como sincronización y es la presencia de un cambio de tensión al inicio del bit lo que señala la presencia de un 1.

Ventajas: sincronización,no tiene componente en continua, detección de errores. Desventajas: se necesita mayor ancho de banda.

- Velocidad de modulación

Hay que diferenciar entre la razón de datos (bits por unidad de tiempo) y la velocidad de modulación (elementos de señal por unidad de tiempo). Cuanto mejor sea el sistema de codificación, mayor velocidad de modulación se podrá obtener.

- Técnicas de altibajos

Para mantener sincronizado el reloj del receptor en técnicas bifase, se hace necesario sustituir series largas de ausencias de tensión por cambios sincronizados (que portan el reloj) y luego se requiere un método en el receptor para volver a decodificar la señal original.

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