Comunicação Digital - Códigos de Linha

UMA line codeé o código usado para transmissão de dados de um sinal digital em uma linha de transmissão. Este processo de codificação é escolhido de modo a evitar sobreposição e distorção do sinal, como interferência entre símbolos.

Propriedades da codificação de linha

A seguir estão as propriedades da codificação de linha -

  • Como a codificação é feita para fazer com que mais bits sejam transmitidos em um único sinal, a largura de banda usada é muito reduzida.

  • Para uma determinada largura de banda, a energia é usada com eficiência.

  • A probabilidade de erro é muito reduzida.

  • A detecção de erros é feita e o bipolar também tem capacidade de correção.

  • A densidade de potência é muito favorável.

  • O conteúdo do tempo é adequado.

  • Longas cordas de 1s e 0s é evitado para manter a transparência.

Tipos de codificação de linha

Existem 3 tipos de codificação de linha

  • Unipolar
  • Polar
  • Bi-polar

Sinalização Unipolar

A sinalização unipolar também é chamada de On-Off Keying ou simplesmente OOK.

A presença de pulso representa um 1 e a ausência de pulso representa um 0.

Existem duas variações na sinalização unipolar -

  • Sem Retorno a Zero (NRZ)
  • Retornar a zero (RZ)

Não Retorno Unipolar a Zero (NRZ)

Neste tipo de sinalização unipolar, um alto nos dados é representado por um pulso positivo denominado Mark, que tem uma duração T0igual à duração do bit do símbolo. Um baixo na entrada de dados não tem pulso.

A figura a seguir mostra isso claramente.

Advantages

As vantagens do Unipolar NRZ são -

  • É simples.
  • Uma largura de banda menor é necessária.

Disadvantages

As desvantagens do Unipolar NRZ são -

  • Nenhuma correção de erro feita.

  • A presença de componentes de baixa frequência pode causar queda do sinal.

  • Nenhum relógio está presente.

  • É provável que ocorra perda de sincronização (especialmente para longas sequências de 1s e 0s)

Retorno unipolar a zero (RZ)

Neste tipo de sinalização unipolar, um alto em dados, embora representado por um Mark pulse, sua duração T0é menor que a duração do bit do símbolo. Metade da duração do bit permanece alta, mas retorna imediatamente a zero e mostra a ausência de pulso durante a metade restante da duração do bit.

Isso é claramente entendido com a ajuda da figura a seguir.

Advantages

As vantagens do Unipolar RZ são -

  • É simples.
  • A linha espectral presente na taxa de símbolo pode ser usada como um relógio.

Disadvantages

As desvantagens do Unipolar RZ são -

  • Sem correção de erros.
  • Ocupa duas vezes a largura de banda do NRZ unipolar.
  • A queda do sinal é causada nos locais onde o sinal é diferente de zero em 0 Hz.

Sinalização Polar

Existem dois métodos de sinalização polar. Eles são -

  • Polar NRZ
  • Polar RZ

Polar NRZ

Nesse tipo de sinalização Polar, um alto nos dados é representado por um pulso positivo, enquanto um baixo nos dados é representado por um pulso negativo. A figura a seguir ilustra bem isso.

Advantages

As vantagens do Polar NRZ são -

  • É simples.
  • Nenhum componente de baixa frequência está presente.

Disadvantages

As desvantagens do Polar NRZ são -

  • Sem correção de erros.

  • Nenhum relógio está presente.

  • A queda do sinal é causada nos locais onde o sinal é diferente de zero em 0 Hz.

Polar RZ

Neste tipo de sinalização polar, um alto em dados, embora representado por um Mark pulse, sua duração T0é menor que a duração do bit do símbolo. Metade da duração do bit permanece alta, mas retorna imediatamente a zero e mostra a ausência de pulso durante a metade restante da duração do bit.

No entanto, para uma entrada baixa, um pulso negativo representa os dados e o nível zero permanece o mesmo para a outra metade da duração do bit. A figura a seguir mostra isso claramente.

Advantages

As vantagens do Polar RZ são -

  • É simples.
  • Nenhum componente de baixa frequência está presente.

Disadvantages

As desvantagens do Polar RZ são -

  • Sem correção de erros.

  • Nenhum relógio está presente.

  • Ocupa o dobro da largura de banda do Polar NRZ.

  • A queda do sinal é causada em locais onde o sinal é diferente de zero em 0 Hz.

Sinalização Bipolar

Esta é uma técnica de codificação que tem três níveis de tensão, a saber +, - e 0. Esse sinal é chamado deduo-binary signal.

Um exemplo desse tipo é Alternate Mark Inversion (AMI). Para1, o nível de voltagem obtém uma transição de + para - ou de - para +, tendo 1ster a mesma polaridade. UMA0 terá um nível de tensão zero.

Mesmo neste método, temos dois tipos.

  • Bipolar NRZ
  • Bipolar RZ

Com os modelos discutidos até agora, aprendemos a diferença entre NRZ e RZ. Isso também acontece da mesma maneira aqui. A figura a seguir mostra isso claramente.

A figura acima tem as formas de onda Bipolar NRZ e RZ. A duração do pulso e a duração do bit de símbolo são iguais no tipo NRZ, enquanto a duração do pulso é a metade da duração do bit de símbolo no tipo RZ.

Vantagens

A seguir estão as vantagens -

  • É simples.

  • Nenhum componente de baixa frequência está presente.

  • Ocupa baixa largura de banda do que os esquemas NRZ unipolares e polares.

  • Esta técnica é adequada para transmissão em linhas acopladas CA, uma vez que não ocorre queda de sinal aqui.

  • Uma única capacidade de detecção de erros está presente nisso.

Desvantagens

A seguir estão as desvantagens -

  • Nenhum relógio está presente.
  • Longas sequências de dados causam perda de sincronização.

Densidade espectral de potência

A função que descreve como a potência de um sinal foi distribuída em várias frequências, no domínio da frequência, é chamada de Power Spectral Density (PSD).

PSD é a transformada de Fourier de autocorrelação (similaridade entre observações). Tem a forma de um pulso retangular.

Derivação PSD

De acordo com o teorema de Einstein-Wiener-Khintchine, se a função de autocorrelação ou densidade espectral de potência de um processo aleatório é conhecida, a outra pode ser encontrada exatamente.

Portanto, para derivar a densidade espectral de potência, devemos usar a autocorrelação de tempo $ (R_x (\ tau)) $ de um sinal de potência $ x (t) $ como mostrado abaixo.

$ R_x (\ tau) = \ lim_ {T_p \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {T_p} \ int _ {\ frac {{- T_p}} {2}} ^ {\ frac {T_p} {2}} x (t) x (t + \ tau) dt $

Uma vez que $ x (t) $ consiste em impulsos, $ R_x (\ tau) $ pode ser escrito como

$ R_x (\ tau) = \ frac {1} {T} \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_n \ delta (\ tau - nT) $

Onde $ R_n = \ lim_ {N \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {N} \ sum_ka_ka_ {k + n} $

Para saber que $ R_n = R _ {- n} $ para sinais reais, temos

$ S_x (w) = \ frac {1} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Uma vez que o filtro de pulso tem o espectro de $ (w) \ leftrightarrow f (t) $, temos

$ s_y (w) = \ mid F (w) \ mid ^ 2S_x (w) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (\ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_ne ^ {- jnwT_ {b}}) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Portanto, obtemos a equação para densidade espectral de potência. Usando isso, podemos encontrar o PSD de vários códigos de linha.