teleprocessamento codificação de dados aula 07 prof. eduardo leivas bastos [email protected]
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Teleprocessamento
Técnicas de codificação
• Dados digitais codificados em sinais digitais– Ex: associar a voltagem +5V para o dígito “1” e –5V para o dígito “0”. Outras
técnicas existem e podem ser utilizadas para a transmissão.
• Dados digitais codificados em sinais analógicos– Ex: um modem converte dados binários em sinais analógicos de modo a
serem transmitidos pela linha telefônica analógica. Técnicas de modulação por amplitude (ASK), freqüência (FSK) e fase (PSK)
• Dados analógicos codificados em sinais digitais– Ex: voz e vídeo são digitalizados para serem transmitidos em meios digitais. A
técnica mais simples é a PCM, que amostra o sinal periodicamente e quantiza tais amostras
• Dados analógicos codificados em sinais analógicos– Ex: vídeo é modulado em uma portadora para produzir um sinal analógico.
Técnicas de AM (Amplitude Modulada), FM (Freqüência Modulada) e PM (Fase Modulada).
Teleprocessamento
Técnicas de codificação
Teleprocessamento
Técnicas de codificação
Teleprocessamento
• Sinais Digitais– Dados digitais ou analógicos são codificados em um sinal digital
(codificação)
– A técnica de codificação utilizada tenta maximizar o uso do meio de transmissão e reduzir erros de transmissão
– Também conhecida como transmissão “banda base”
• Sinais Analógicos– Dados digitais ou analógicos são codificados em um sinal de
freqüência constante chamado de portadora (modulação)
– A modulação é o processo de modificação dos parâmetros de uma onda portadora (fase, amplitude e freqüência) de forma a representar os dados
– A freqüência da portadora depende do meio de transmissão utilizado
Técnicas de codificação
Teleprocessamento
Codificação e Modulação
portadora
Teleprocessamento
Dados Digitais – Sinais Digitais
• Sinal Digital– Sequência de pulsos de tensão discretos e não contínuos– Cada pulso é um elemento de sinalização– Os dados binários são codificados em elementos de sinalização– No caso mais simples: 1 bit é representado por 1 elemento de
sinalização
Sinal Digital
Pulso
Dados Binários
Teleprocessamento
Terminologia
• Sinal unipolar– Todos os elementos do sinal possuem o mesmo sinal
• Sinal polar– Um estado lógico representado por uma tensão positiva e outro
por uma tensão negativa
• Taxa de dados (data rate)– Taxa de transmissão dos dados em bps
• Duração de um bit (tamanho de um bit)– Tempo que o emissor leva para transmitir um bit– Para uma dada taxa de dados R, a duração de um bit é 1/R
Teleprocessamento
Terminologia
• Taxa de sinalização (ou modulação)– Taxa de mudança do elementos de sinalização– Medida em baud = elementos de sinalização por segundo
• “Marca” e “Espaço”– binário 1 e binário 0, respectivamente
Teleprocessamento
Terminologia
Teleprocessamento
Interpretando os sinais
• O receptor deve conhecer antecipadamente:– A temporização dos bits – “quando eles iniciam e terminam”– Os níveis do sinal – alto(1) e baixo(0)
amostragem do sinal no “meio” do bit e comparação com os valores de tensão associados pelo padrão
Teleprocessamento
Interpretando os sinais
• Fatores que afetam a interpretação correta dos sinais– Taxa de transmissão– S/N (relação sinal/ruído)– Largura de Banda
• Assim…– Um aumento na taxa de transmissão aumenta a BER– Um aumento em S/N diminui a BER– Um aumento na largura da banda aumenta a taxa de
transmissão
Teleprocessamento
• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)• Bipolar -AMI• Pseudoternary• Manchester• Differential Manchester• B8ZS• HDB3
Esquemas de Codificação
Teleprocessamento
• Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L)• Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)• Bipolar -AMI• Pseudoternary• Manchester• Differential Manchester• B8ZS• HDB3
Esquemas de Codificação
• Espectro do Sinal– Falta de freqüências altas reduz largura de banda
necessária – Componente “dc” (corrente contínua) – Concentração da potência no meio da largura de banda
• Sinalização de relógio– Sincronização entre emissor e transmissor– Clock externo– Mecanismo de sincronização baseado no próprio sinal
Comparação das Codificações
• Detecção de Erros– A codificação pode facilitar essa tarefa
• Imunidade a interferência simbólicas e a ruídos– Alguns códigos são melhores do que outros
• Custo e Complexidade– Altas taxas de sinalização (e de transmissão) leva a maiores
custos – Alguns códigos necessitam de uma taxa de sinalização
maior do que uma taxa de transmissão
Comparação das Codificações
Nonreturn to Zero (NRZ) e NRZ-L
• Dois níveis de tensão diferentes para os valores binários 1 e 0, respectivamente
• Tensão constante durante o intervalo do bit– Não há transição (não há volta para a tensão 0V no
intervalo)
• Ex: Ausência de tensão para binário 0 e uma tensão positiva para o binário 1 (NRZ)
• Usualmente, a tensão negativa é utilizada para o binário 1 e a positiva para o binário 0 (NRZ-L)
Nonreturn to Zero Inverted (NRZI)
• Variação do NRZ com inversão nos dígitos 1
• Tensão constante na duração do bit
• Os dados são codificados como presença ou ausência de transição do sinal no início de cada tempo de bit
• A transição (baixo para alto ou alto para baixo) representa o binário 1
• Nenhuma transição representa o binário 0
• Um exemplo de codificação diferencial– Os dados são representados por transições de níveis ao
invés dos próprios níveis (melhor detecção)
Teleprocessamento
NRZ-L e NRZI
0V
Inversão de tensão nos bits 1 (em relação a última tensão)
0V
• Prós– Fácil de construir e projetar– Bom uso da largura da banda
• Contra– Existência de componente dc (cadeias de 1s e 0s)– Falta de capacidade de sincronização
• Utilizado para gravação magnética
• Não utilizado para transmissão de sinais
NRZ – pós e contras
Exercícios
1) Calcule os códigos NRZ, NRZ-L e NRZI para as seguintes seqüências binárias. Obs: +5V = “0” e –5V = “1”
• 01010001010• 01110101101• 00000111111• 11101010100
• Usa mais do que dois níveis• Bipolar-AMI
– “0” representado por nenhum sinal– “1” representado por um pulso positivo ou negativo – Pulsos que representam “1” possuem alternância de
polaridade – Sem perda de sincronismo se existe uma longa string de “1”
(string de “0”s é ainda problema) – Não possui componente “dc”– Menor necessidade de largura de banda– Facilidade de detecção de erros
Binária Multinível
• “1” representado por uma ausência de sinal na linha
• “0” representado por um pulso alternado de tensão
• Não possui nenhuma vantagem ou desvantagem sobre o bipolar-AMI
Pseudoternária
Bipolar-AMI e Pseudoternária0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1
Exercícios
1) Calcule os códigos Bipolar-AMI e Pseudoternário para as seguintes seqüências binárias. Obs: +5V = “0” e –5V = “1”
• 01010001010• 01110101101• 00000111111• 11101010100
Binária Multinível - Desvantagens
• Não tão eficiente quanto ao NRZ– Cada elemento de sinal somente representa um
bit– Receptor deverá distinguir entre três níveis
(+A, -A, 0)– Necessita de aproximadamente 3dB a mais de
potência para a mesma probabilidade de erros
Bifásico
• Manchester– Transição no meio de cada tempo de bit– Transição server como relógio e dados– “1” – transição baixo para alto– “0” – transição alto para baixo – Utilizado no padrão LAN IEEE 802.3 (Ethernet)
• Differential Manchester– Transição no meio do bit é somente para relógio – “0” - transição no início de um bit – “1” – nenhuma transição no início do bit – Utilizado no padrão IEEE 802.5 (Token Ring)
Codificação Manchester
Codificação Manchester Diferencial
Teleprocessamento
Taxa de Modulação
fluxo de “1”s taxa de transmissão =
1Mbps (1bit=1s)
codificação Manchestertaxa de modulação =
2Mbaud
2 milhões de sinalizações por segundo
Bifásico – Pós e Contras
• Desvantagens– Pelo menos uma transação em um tempo de bit e
possivelmente duas – Máxima taxa de modução é duas vezes a taxa da NRZ– Requer mais largura de banda
• Vantagens– Sincronização no “meio” do bit (auto-relógio)– Sem componente dc– Facilidade na detecção de erros
• Ausência de uma transição esperada
Exercícios
1) Calcule os códigos Manchester e Manchester diferencial para as seguintes seqüências binárias. Obs: +5V = “0” e –5V = “1”
• 01010001010• 01110101101• 00000111111• 11101010100
Teleprocessamento
Dados Digitais e Sinais Digitais
