1 Transmissão digital em banda base

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Transmissão digital em banda base
A transmissão digital oferece algumas vantagens no que diz respeito ao tratamento do sinal, bem como oferecimento de serviços:
•
Sinal pode ser vericado para avaliar a existência de erros;
•
Ruídos e interferência podem ser mais facilmente ltrados;
•
Uma variedade de serviços pode ser oferecida em uma linha de comunicação;
•
Grande largura de banda pode ser obtida através de compressão de
dados.
Para a transmissão digital, uma seqüência de dígitos binários é codicada
por sinais digitais e transmitida em banda-base ou empregando modulação.
Banda base signica a transmissão do sinal sem portadora, isto é, sem deslocamento no espectro de freqüências, em geral para transmissão a distâncias
curtas. No processo de modulação emprega-se o deslocamento do sinal para
uma freqüência mais alta através do sinal da portadora.
Um sinal digital é representado por pulsos de tensão discretos e descontínuos, conforme exemplica a Figura 1 e Figura 2. Cada pulso é denominado
um elemento de sinal, sendo o dado binário codicado em um elemento de
sinal. O sinal digital pode ser unipolar, quando todo o elemento de sinal tem
o mesmo sinal algébrico e é dito polar quando um estado lógico representado
por voltagem positiva o outro por voltagem negativa.
Figura 2: Sinal digital polar.
Figura 1: Sinal digital unipolar.
A codicação de dados ou codicação digital de dados são termos empregados para modulação digital em banda base. Muitas redes de computadores
são para aquisição e armazenamento de dados ou são redes locais de computadores.
Para tais redes a codicação em banda base é suciente para
transmissão, não havendo necessidade de modular os dados em uma freqüência mais alta.
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Códigos de linha
A codicação de dados é realizada através dos códigos de linha, os quais
devem apresentar característcas como:
•
Ocupar pouca largura de banda;
•
Ausência de componentes DC, não há necessidade de conexões físicas,
melhor isolamento para permitir o acoplamento em linhas AC;
•
Muitas alterações de tensão para permitir sincronização entre transmissor e receptor sem a necessidade de informação adicional para sincronismo. O sincronismo determina o começo e m de cada posição de
bit;
•
Capacidade de detecção de erro;
•
Imunidade a ruídos e interferência de sinais.
A taxa de transmissão de códigos de linha pode ser dada em bits por segundo
ou bauds por segundo, este último se refere ao quantidade de símbolos por
segundo. Um símbolo pode ser representado por um conjunto de bits como
ilustra a Tabela 1, onde um símbolo é formado por 2 bits. Assim, se
N
é
o número de símbolos e b é o número mínimo de bits para representar tais
b
símbolos, então N = 2 , alternativamente, b = log2 N . Nesse caso, taxa em
bits = taxa em bauds × log2 N . A taxa em bits é representada por R, por
1
.
conseguinte, o tempo de duração de um bit é Tb =
R
Tabela 1: Bits e símbolos
Símbolos
Bits
0
00
1
01
2
10
3
11
A Figura 3 apresenta alguns dos códigos de linha empregados para codicaçao digital.
2.1
•
No return to zero level NRZ
Dois níveis de tensão diferentes para bits 0 e 1, por exemplo: nível alto
para o bit 1 e nível baixo para o bit 0;
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•
As tensões são constantes durante o tempo de duração do bit.
•
O tempo de duração do bit deve ser o mesmo para ambos os tipos de
pulso
Dois tipos de código NRZ serão considerados, o
NRZLevel (NRZL)
e o
NRZInvert-on-one (NRZI). Para o NRZL é estritamente o nível de tensão
que determina os valores de dados, na Figura 3, um nível alto para o bit 0
e nível baixo para o bit 1. No NRZI, a transição de tensão no início do
pulso determina o valor associado de dado. Por exemplo, transição no início
do pulso pode ser usada para representar o binário 1 e a falta de transição
o 0, Figura 3.
A codicação NRZ apresenta
prós e contras
em sua utilização, uma vanta-
gem é o seu conceito simples e a facilidade de implementação. Um problema
é o seu nível DC, que impede seu isolamento com a utilização de transformadores. Para longas seqüências de um tipo de bit o código não tem capacidade
de sincronização.
Figura 3: Códigos de linha
2.2
Codicação multinível binária
Neste tipo de codicação são mais do que dois níveis para codicação dos
dados. São considerados dois tipos de código de linha, o bipolar
Mark Inversion (AMI)
e o pseudoternário:
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Alternate
•
AMI
•
o binário zero é representado pela ausência de sinal;
o bit é um representado por pulso negativo ou positivo;
Os pulsos para o bit um tem polaridade alternada.
Pseudoternário
Bit 1 representado pela ausência de sinal
Bit 0 representado pela alternância entre polaridade
Nenhuma vantagem ou desvantagem sobre bipolar-AMI
Quanto aos pós e contras destas duas codcações pode-se citar:
•
Prós
Sem perda de sincronismo se uma seqüência de bits 1 ocorrer (Zero
ainda é um problema);
Sem componente DC: pode-se usar transformador para isolar a
linha de transmissão;
•
Pequena Largura de banda;
Fácil detectar erros.
Contras
Com a codicação binária multinível, o sinal de linha pode assumir
1 de 3 níveis, mas cada elemento de sinal suporta apenas 1 bit de
informação ao invés de
log2 3 = 1.58bits
Receptor deve distinguir entre 3 níveis (+A, -A, 0);
Requer aproximadamente 3dB mais de potência de sinal para a
mesma probabilidade de erro de bit.
2.3
Codicação Manchester
Apresenta codicação no meio do tempo de bit. São considerada as codicações Manchester e Manchester diferencial.
•
Manchester
Transição no meio de cada período de bit
4
Transição serve como clock e dado
Pode-se adotar: Transição alto para baixo representa 0, Transição
baixo para alto representa 1
•
Used by IEEE 802.3 (Ethernet)
Manchester diferencial
Transição no meio do período de bit apenas clock
Transição no começo do período de bit representa 0
Nenhuma transição representa 1
Used by IEEE 802.5 (Token Ring)
Como vantagens e desvantagens para essas duas codicações de linha;
•
No mínimo uma transição por tempo de bit e possivelmente duas
•
Taxa de modulação máxima é duas vezes a do NRZ
•
Requer maior largura de banda
•
Sincronismo no meio da transição de bit (self clocking)
•
Nenhum componente dc
•
Detecção de erro
•
Ausência de uma transição espera pode permitir a deteccção de erros
3
Técnicas de scrambling
Estas técnicas substituem seqüências que produziriam uma voltagem constante por um período longo de tempo visando:
•
Produzir transições sucientes para manter o sincronismo
•
Ser reconhecida pelo receptor e substituída pela seqüência de dados
originais
Além disso, não tem componente DC, as seqüências com nível zero não são
longas, não há redução na taxa de dados e possui a capacidade de detecção
Bipolar with 8zeros
Highdensity bipolar 3 zeros HDB3. A codicação de
de erros. Dois tipos de codicação são apresentadas, a
substitution B8ZS
e
linha B8ZS é empregada em circuitos T1 (multiplexação de 24 canais de voz
sistema Americano) enquanto a codicação HDB3 é utilizada em circuitos
E1 (multiplexação de 32 canais de voz sistema Europeu).
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•
B8ZS
Baseada no bipolar-AMI
Seja um octeto todo de zeros e último pulso de voltagem o precedendo for positivo, codica-se como 000
+ −0 − +
Seja um octeto todo de zeros e último pulso de voltagem o precedendo for negativo, codica-se como 000
− +0 + −
Causa duas violações do código AMI
É improvável de ocorrer como resultado de ruído
Receptor detecta e interpreta a seqüência como octeto de zeros
Na Figura 4 a regra usada para
1o octeto de zeros foi:
último pulso
de voltagem precedendo for negativo, codica-se como 000−+0+
−.
Figura 4: Codicação B8ZS, onde B=sinal bipolar válido e V=violação da
regra para bipolar
•
HDB3
Bipolar 3 Zeros
Baseada no bipolar-AMI
Evita seqüência de quatro zeros ou mais
O quarto zero numa seqüência é sempre transmitido como um
impulso que viola a regra da alternância (V)
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Após a primeira seqüência de 4 zeros, para as seqüências consecutivas, o primeiro zero da seqüência é substituído por um impulso
que respeita a regra da alternância (B), o quarto zero, por um
impulso que viola essa regra
A codicação HDB3 é ilustrada na Figura 5.
Figura 5: Codicação HDB3, onde B=sinal bipolar válido e V=violação da
regra para
4
Exercício
1. Codique a seqüência 11000011000000001 usando codicação:
(a) Pseudoternária;
(b) Manchester;
(c) Manchester Diferencial;
(d) B8ZS
(e) HDB3.
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