Código de línea
| Modulación de banda de paso |
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| Espectro expandido |
| Véase también |
En telecomunicaciones , un código de línea es un patrón de voltaje, corriente o fotones que se utiliza para representar datos digitales transmitidos a través de un canal de comunicación o escritos en un medio de almacenamiento . Este repertorio de señales suele denominarse código restringido en los sistemas de almacenamiento de datos. [1] Algunas señales son más propensas a errores que otras, ya que la física del canal de comunicación o del medio de almacenamiento restringe el repertorio de señales que se pueden utilizar de forma fiable. [2]
Las codificaciones de línea comunes son unipolar , polar , bipolar y código Manchester .
Transmisión y almacenamiento
Después de la codificación de línea, la señal se envía a través de un canal de comunicación físico, ya sea un medio de transmisión o un medio de almacenamiento de datos . [3] [4] Los canales físicos más comunes son:
- La señal codificada en línea se puede colocar directamente en una línea de transmisión , en forma de variaciones de voltaje o corriente (a menudo utilizando señalización diferencial ).
- La señal codificada en línea (la señal de banda base ) sufre una mayor conformación de pulso (para reducir su ancho de banda de frecuencia) y luego se modula (para cambiar su frecuencia) para crear una señal de RF que se puede enviar a través del espacio libre.
- La señal codificada en línea se puede utilizar para encender y apagar una fuente de luz en una comunicación óptica de espacio libre , más comúnmente utilizada en un control remoto por infrarrojos .
- La señal codificada en línea se puede imprimir en papel para crear un código de barras .
- La señal codificada en línea se puede convertir en puntos magnetizados en un disco duro o una unidad de cinta .
- La señal codificada en línea se puede convertir en puntos en un disco óptico .
Algunos de los códigos de línea binarios más comunes incluyen:
| Señal | Comentarios | 1 estado | 0 estado |
|---|---|---|---|
| NRZ–L | Nivel sin retorno a cero . Este es el formato de señal de lógica positiva estándar que se utiliza en circuitos digitales. | obliga a un alto nivel | Fuerza un nivel bajo |
| NRZ–M | Marca de no retorno a cero | Fuerza una transición | No hace nada (sigue enviando el nivel anterior) |
| NRZ–S | Espacio sin retorno a cero | No hace nada (sigue enviando el nivel anterior) | Fuerza una transición |
| RZ | Regresar a cero | Va alto durante la mitad del período del bit y vuelve a bajo | se mantiene bajo durante todo el período |
| Bifase-L | Manchester. Dos bits consecutivos del mismo tipo fuerzan una transición al comienzo de un período de bit. | Fuerza una transición negativa en el medio del bit | Fuerza una transición positiva en el medio del bit |
| Bifase-M | Variante del Manchester diferencial. Siempre hay una transición a medio camino entre las transiciones condicionadas. | Fuerza una transición | mantiene el nivel constante |
| Bifase-S | Manchester diferencial utilizado en Token Ring. Siempre hay una transición a mitad de camino entre las transiciones condicionadas. | mantiene el nivel constante | Fuerza una transición |
| Diferencial Manchester (Alternativa) | ¿Necesita un reloj? Siempre hay una transición en medio del período del reloj. | no está representado por ninguna transición. | se representa mediante una transición al comienzo del período del reloj. |
| Bipolar | Los pulsos positivos y negativos se alternan. | Fuerza un pulso positivo o negativo durante la mitad del período del bit | Mantiene un nivel cero durante el período de bits. |
Cada código de línea tiene ventajas y desventajas. Los códigos de línea se eligen para cumplir con uno o más de los siguientes criterios:
- Minimizar el hardware de transmisión
- Facilitar la sincronización
- Facilitar la detección y corrección de errores
- Lograr una densidad espectral objetivo
- Eliminar un componente de CC
Disparidad
La mayoría de los canales de comunicación de larga distancia no pueden transportar de manera confiable un componente de CC . El componente de CC también se denomina disparidad , polarización o coeficiente de CC . La disparidad de un patrón de bits es la diferencia entre el número de bits uno y el número de bits cero. La disparidad corriente es el total corriente de la disparidad de todos los bits transmitidos previamente. [5] El código de línea más simple posible, unipolar , da demasiados errores en tales sistemas, porque tiene un componente de CC ilimitado.
La mayoría de los códigos de línea eliminan el componente de CC; estos códigos se denominan CC equilibrada , CC cero o CC libre. Hay tres formas de eliminar el componente de CC:
- Utilice un código de peso constante . Cada palabra de código transmitida en un código de peso constante está diseñada de tal manera que cada palabra de código que contiene algunos niveles positivos o negativos también contiene una cantidad suficiente de los niveles opuestos, de modo que el nivel promedio de cada palabra de código sea cero. Algunos ejemplos de códigos de peso constante incluyen el código Manchester y el entrelazado 2 de 5 .
- Utilice un código de disparidad pareado . Cada palabra de código en un código de disparidad pareado que promedia a un nivel negativo se empareja con otra palabra de código que promedia a un nivel positivo. El transmisor realiza un seguimiento de la acumulación de CC en curso y selecciona la palabra de código que empuja el nivel de CC hacia cero. El receptor está diseñado para que cualquiera de las palabras de código del par decodifique los mismos bits de datos. Algunos ejemplos de códigos de disparidad pareados incluyen inversión de marca alternada , 8b/10b y 4B3T .
- Utilice un codificador . Por ejemplo, el codificador especificado en RFC 2615 para la codificación 64b/66b .
Polaridad
Los códigos de línea bipolares tienen dos polaridades, generalmente se implementan como RZ y tienen un radio de tres, ya que hay tres niveles de salida distintos (negativo, positivo y cero). Una de las principales ventajas de este tipo de código es que puede eliminar cualquier componente de CC. Esto es importante si la señal debe pasar por un transformador o una línea de transmisión larga.
Desafortunadamente, varios canales de comunicación de larga distancia tienen ambigüedad de polaridad. Los códigos de línea insensibles a la polaridad compensan en estos canales. [6] [7] [8] [9] Hay tres formas de proporcionar una recepción inequívoca de bits 0 y 1 en dichos canales:
- Empareje cada palabra de código con la polaridad inversa de esa palabra de código. El receptor está diseñado de modo que cualquiera de las dos palabras de código del par se decodifique en los mismos bits de datos. Algunos ejemplos incluyen inversión de marca alternada , codificación Manchester diferencial , inversión de marca codificada y codificación Miller .
- codificación diferencial de cada símbolo en relación con el símbolo anterior. Algunos ejemplos son la codificación MLT-3 y NRZI .
- Invertir toda la transmisión cuando se detectan palabras de sincronización invertidas, quizás mediante cambio de polaridad
Códigos de longitud de ejecución limitada
Para una recuperación fiable del reloj en el receptor, se puede imponer una limitación de longitud de ejecución en la secuencia de canal generada, es decir, el número máximo de unos o ceros consecutivos se limita a un número razonable. Un período de reloj se recupera observando las transiciones en la secuencia recibida, de modo que una longitud de ejecución máxima garantiza transiciones suficientes para asegurar la calidad de la recuperación del reloj.
Los códigos RLL se definen mediante cuatro parámetros principales: m , n , d y k . Los dos primeros, m / n , hacen referencia a la velocidad del código, mientras que los dos restantes especifican el número mínimo d y máximo k de ceros entre unos consecutivos. Esto se utiliza tanto en telecomunicaciones como en sistemas de almacenamiento que mueven un medio más allá de un cabezal de grabación fijo . [10]
En concreto, RLL limita la longitud de los tramos (recorridos) de bits repetidos durante los cuales la señal no cambia. Si los tramos son demasiado largos, la recuperación del reloj es difícil; si son demasiado cortos, las frecuencias altas pueden verse atenuadas por el canal de comunicaciones. Al modular los datos , RLL reduce la incertidumbre temporal en la decodificación de los datos almacenados, lo que llevaría a la posible inserción o eliminación errónea de bits al volver a leer los datos. Este mecanismo garantiza que los límites entre los bits siempre se puedan encontrar con precisión (evitando el deslizamiento de bits ), al mismo tiempo que se utilizan de manera eficiente los medios para almacenar de manera confiable la cantidad máxima de datos en un espacio determinado.
Las primeras unidades de disco utilizaban esquemas de codificación muy simples, como el código RLL (0,1) FM, seguido del código RLL (1,3) MFM, que se utilizaron ampliamente en unidades de disco duro hasta mediados de la década de 1980 y todavía se utilizan en discos ópticos digitales como CD , DVD , MD , Hi-MD y Blu-ray utilizando códigos EFM y EFMPLus. [11] Los códigos RLL (2,7) y RLL (1,7) de mayor densidad se convirtieron en los estándares de facto para los discos duros a principios de la década de 1990. [ cita requerida ]
Sincronización
La codificación de línea debe permitir que el receptor se sincronice con la fase de la señal recibida. Si la recuperación del reloj no es ideal, la señal a decodificar no se muestreará en los momentos óptimos, lo que aumentará la probabilidad de error en los datos recibidos.
Los códigos de línea bifásicos requieren al menos una transición por tiempo de bit. Esto facilita la sincronización de los transceptores y la detección de errores, sin embargo, la velocidad en baudios es mayor que la de los códigos NRZ.
Otras consideraciones
Un código de línea reflejará normalmente los requisitos técnicos del medio de transmisión, como la fibra óptica o el par trenzado blindado . Estos requisitos son únicos para cada medio, porque cada uno tiene un comportamiento diferente en relación con la interferencia, la distorsión, la capacitancia y la atenuación. [12]
Códigos de línea comunes
- 2B1Q
- 4B3T
- 4B5B
- Codificación 6b/8b
- Codificación 8b/10b
- Codificación 64b/66b
- Codificación 128b/130b
- Inversión de marca alternada (AMI)
- Inversión de marca codificada (CMI)
- EFMPlus , utilizado en DVD
- Modulación de ocho a catorce (EFM), utilizada en discos compactos
- Código de Hamming
- Código ternario híbrido
- Código de Manchester y código diferencial de Manchester
- Marcar y espaciar
- Codificación MLT-3
- Códigos AMI modificados : B8ZS, B6ZS, B3ZS, HDB3
- Modulación de frecuencia modificada , codificación Miller y codificación de retardo
- Sin retorno a cero (NRZ)
- Sin retorno a cero invertido (NRZI)
- Modulación de posición de pulso (PPM)
- Retorno a cero (RZ)
- TC-PAM
Códigos de línea óptica
- Retorno a cero en fase alterna (APRZ)
- Retorno a cero con supresión de portadora (CSRZ)
- Tres de seis, fibra óptica (TS-FO)
Véase también
- Capa física
- Código autosincronizado y sincronización de bits
Referencias
- ^ K. Schouhamer Immink (2022). "Innovación en códigos restringidos". Revista de comunicaciones IEEE . Consultado el 5 de octubre de 2022 .
- ^ K. Schouhamer Immink (2001). "Un estudio de códigos para grabación de discos ópticos". IEEE Journal on Selected Areas in Communications . 19 : 751–764 . Consultado el 5 de febrero de 2018 .
- ^ Karl Paulsen. "Codificación para medios de almacenamiento magnéticos". Archivado el 21 de mayo de 2014 en Wayback Machine . 2007.
- ^ Abdullatif Glass; Nidhal Abdulaziz; y Eesa Bastaki (2007), "Codificación de líneas de pendiente para redes de telecomunicaciones", IEEE International Conference on Signal Processing and Communication , Dubai: IEEE: 1537,
Códigos de línea... facilita la transmisión de datos a través de redes de telecomunicaciones y computadoras y su almacenamiento en sistemas multimedia.
- ^ Jens Kröger (2014). "Transmisión de datos a altas velocidades mediante impresiones flexibles de Kapton para el experimento Mu3e" (PDF) . pág. 16. Archivado (PDF) desde el original el 9 de octubre de 2022.
- ^ US 4387366, Peter EK Chow., "Convertidor de código para sistemas de transmisión insensibles a la polaridad", publicado en 1983
- ^ David A. Glanzer, "4.7 Polaridad", Guía de aplicaciones de bus de campo... Cableado e instalación (PDF) , Fieldbus Foundation , pág. 10, archivado (PDF) desde el original el 2022-10-09
- ^ George C. Clark Jr.; J. Bibb Cain (2013). Codificación de corrección de errores para comunicaciones digitales. Springer Science & Business Media. pág. 255. ISBN 9781489921741Cuando se utiliza modulación de datos PSK, existe la posibilidad de que se produzca
una ambigüedad en la polaridad de los símbolos del canal recibido. Este problema se puede resolver de dos maneras. En primer lugar, mediante un código transparente .
- ^ Prakash C. Gupta (2013). Comunicaciones de datos y redes informáticas. PHI Learning Pvt. Ltd., pág. 13. ISBN 9788120348646.Otro
beneficio de la codificación diferencial es su insensibilidad a la polaridad de la señal. ... Si los cables de un par trenzado se invierten accidentalmente...
- ^ Kees Schouhamer Immink (diciembre de 1990). "Secuencias limitadas por longitud de ejecución". Actas del IEEE . 78 (11): 1745–1759. doi :10.1109/5.63306.
Se proporciona una descripción detallada de las propiedades limitantes de las secuencias limitadas por longitud de ejecución.
- ^ Kees Schouhamer Immink (1995). "EFMPlus: El formato de codificación del disco compacto multimedia". IEEE Transactions on Consumer Electronics . CE-41: 491–497.
Se describe una alternativa de alta densidad al EFM.
- ^ Dong, Jielin (2007). Diccionario de redes. Javvin Technologies Inc. pág. 284. ISBN 9781602670006.
Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C. Administración de Servicios Generales . Archivado desde el original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de MIL-STD-188 ).
Enlaces externos
- Codificación de línea, lección n.° 9
- Codificación de líneas en la comunicación digital
- CodSim 2.0: Simulador de código abierto para el modelo de comunicaciones digitales de datos de la Universidad de Málaga escrito en HTML