Código de línea

Patrón utilizado dentro de un sistema de comunicaciones para representar datos digitales

Un ejemplo de codificación de una señal binaria usando modulación de amplitud de pulso rectangular con código polar sin retorno a cero

Un ejemplo de codificación bipolar o AMI.

Codificación de 11011000100 en codificación Manchester

Un ejemplo de codificación diferencial Manchester

Un ejemplo de código de marca bifásico

Un ejemplo de codificación MLT-3

En telecomunicaciones , un código de línea es un patrón de voltaje, corriente o fotones que se usa para representar datos digitales transmitidos por una línea de transmisión . Este repertorio de señales se suele denominar código restringido en los sistemas de almacenamiento de datos. Algunas señales son más propensas a errores que otras cuando se transmiten a través de un canal de comunicación, ya que la física del medio de comunicación o almacenamiento limita el repertorio de señales que se pueden utilizar de forma fiable. ^[1]

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 . ^{[2] [3]} 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 ) se somete a una mayor conformación de pulsos (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 la 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 unidad de cinta .
• la señal codificada en línea se puede convertir en hoyos en un disco óptico .

Algunos de los códigos de línea binarios más comunes incluyen:

Señal	Comentarios	1 estado	0 estado
NRZ – L	Nivel de no retorno a cero . Este es el formato de señal lógica positiva estándar que se utiliza en los circuitos digitales.	obliga a un alto nivel	obliga a 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	Volver a cero	va alto durante la mitad del período de bits y vuelve al bajo	permanece bajo durante todo el período
Bifase – L	Manchester. Dos bits consecutivos del mismo tipo fuerzan una transición al comienzo de un período de bits.	fuerza una transición negativa en el medio del bit	fuerza una transición positiva en el medio del bit
Bifase – M	Variante del diferencial Manchester. 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 medio camino entre las transiciones condicionadas.	mantiene el nivel constante	fuerza una transición
Diferencial Manchester (Alternativa)	Necesita un reloj, siempre una transición en el medio del período del reloj	está representado por ninguna transición.	está representado por una transición al comienzo del período de reloj.
Bipolar	Los pulsos positivos y negativos se alternan.	fuerza un pulso positivo o negativo durante la mitad del período de bits	mantiene un nivel cero durante el período de bits

Un patrón de bits arbitrario en varios formatos de código de línea binaria

Cada código de línea tiene ventajas y desventajas. Los códigos de línea se eligen para cumplir uno o más de los siguientes criterios:

• Minimizar el hardware de transmisión
• Facilitar la sincronización
• Fácil detección y corrección de errores
• Logra una densidad espectral objetivo
• Eliminar un componente de CC

Disparidad

La mayoría de los canales de comunicación de larga distancia no pueden transportar de forma fiable un componente de CC . El componente de CC también se denomina disparidad , sesgo o coeficiente de CC . La disparidad de un patrón de bits es la diferencia en el número de bits uno frente al número de bits cero. La disparidad de ejecución es el total de ejecución de la disparidad de todos los bits transmitidos previamente. ^[4] 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 balanceados , cero CC o libres de CC. 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 suficientes niveles opuestos, de modo que el nivel promedio sobre cada palabra de código es cero. Los ejemplos de códigos de peso constante incluyen el código Manchester y el Interleaved 2 of 5 .
• Utilice un código de disparidad emparejado . Cada palabra de código en un código de disparidad emparejado que promedia un nivel negativo se empareja con otra palabra de código que promedia un nivel positivo. El transmisor realiza un seguimiento de la acumulación de CC en funcionamiento y selecciona la palabra de código que empuja el nivel de CC hacia cero. El receptor está diseñado para que cualquier palabra de código del par decodifique los mismos bits de datos. Los ejemplos de códigos de disparidad emparejados incluyen inversión de marca alternativa , 8B10B y 4B3T .
• Usa un codificador . Por ejemplo, el codificador especificado en RFC 2615 para la codificación 64b / 66b .

Polaridad

Los códigos de línea bipolar tienen dos polaridades, generalmente se implementan como RZ y tienen una base 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 por completo cualquier componente de CC. Esto es importante si la señal debe pasar a través de 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. ^{[5] [6] [7] [8]} Hay tres formas de proporcionar una recepción inequívoca de 0 y 1 bits en dichos canales:

• Empareje cada palabra de código con la polaridad inversa de esa palabra de código. El receptor está diseñado para que cualquier palabra de código del par decodifique los mismos bits de datos. Los ejemplos incluyen inversión de marca alternativa , codificación Manchester diferencial , inversión de marca codificada y codificación Miller .
• codificación diferencial de cada símbolo en relación con el símbolo anterior. Los ejemplos incluyen la codificación MLT-3 y NRZI .
• Invertir todo el flujo cuando se detectan palabras sincronizadas invertidas

Códigos de duración limitada

Para una recuperación fiable del reloj en el receptor, puede imponerse una limitación de la longitud de ejecución en la secuencia de canal generada, es decir, el número máximo de unos o ceros consecutivos está limitado a un número razonable. Un período de reloj se recupera observando transiciones en la secuencia recibida, de modo que una duración máxima de ejecución garantice suficientes transiciones para asegurar la calidad de recuperación del reloj.

Los códigos RLL se definen mediante cuatro parámetros principales: m , n , d , k . Los dos primeros, m / n , se refieren a la tasa del código, mientras que los dos restantes especifican el número mínimo de ceros dy el máximo k de ceros entre unos consecutivos. Esto se utiliza tanto en sistemas de telecomunicaciones como de almacenamiento que mueven un medio más allá de un cabezal de grabación fijo . ^[9]

Específicamente, RLL limita la longitud de tramos (corridas) de bits repetidos durante los cuales la señal no cambia. Si las carreras son demasiado largas, la recuperación del reloj es difícil; si son demasiado cortos, las altas frecuencias pueden ser atenuadas por el canal de comunicaciones. Por la modulación de la de datos , RLL reduce la incertidumbre de la temporización en la descodificación de los datos almacenados, lo que llevaría a la posible inserción errónea o la eliminación de bits cuando se lee la parte de atrás de datos. Este mecanismo asegura que los límites entre los bits siempre se puedan encontrar con precisión (evitando el deslizamiento de bits ), mientras se utilizan de manera eficiente los medios para almacenar de manera confiable la cantidad máxima de datos en un espacio dado.

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 las unidades de disco duro hasta mediados de la década de 1980 y todavía se utilizan en sistemas ópticos digitales. discos como CD , DVD , MD , Hi-MD y Blu-ray con códigos EFM y EFMPLus . ^[10] 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

Artículo principal: Recuperación del reloj

La codificación de línea debería 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. Esto aumentará la probabilidad de error en los datos recibidos.

Los códigos de línea bifásica 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 típicamente los requisitos técnicos del medio de transmisión, como fibra óptica o par trenzado blindado . Estos requisitos son únicos para cada medio, ya que cada uno tiene un comportamiento diferente relacionado con interferencias, distorsión, capacitancia y pérdida de amplitud. ^[11]

Códigos de línea comunes

• 2B1Q
• 4B3T
• 4B5B
• Codificación 6b / 8b
• Codificación 8b / 10b
• Codificación 64b / 66b
• Codificación 128b / 130b
• Inversión de marca alternativa (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
• Manchester código y diferencial Manchester
• Marca y espacio
• 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
• Regreso a cero (RZ)
• TC-PAM

Códigos de línea óptica

• Retorno a cero de fase alternativa (APRZ)
• Retorno a cero con supresión de portadora (CSRZ)
• Tres de seis, fibra óptica (TS-FO)

Ver también

• Capa fisica
• Código de sincronización automática y sincronización de bits

Referencias

1. K. Schouhamer Immink (2001). "Una encuesta de códigos para la grabación en disco óptico" . Revista IEEE sobre áreas seleccionadas en comunicaciones . 19 : 751–764 . Consultado el 5 de febrero de 2018 .
2. Karl Paulsen. "Codificación para medios de almacenamiento magnéticos" Archivado el 21 de mayo de 2014 en la Wayback Machine . 2007.
3. Vidrio Abdullatif; Nidhal Abdulaziz; y Eesa Bastaki (2007), "Codificación de líneas inclinadas para redes de telecomunicaciones" , IEEE International Conference on Signal Processing and Communication , Dubai: IEEE: 1537, Line codes ... facilita la transmisión de datos a través de redes de telecomunicaciones e informáticas y su almacenamiento en sistemas multimedia.
4. Jens Kröger (2014). "Transmisión de datos a altas velocidades a través de Kapton Flexprints para el experimento Mu3e" (PDF) : 16.
5. US 4387366 , "Convertidor de código para sistemas de transmisión insensibles a la polaridad" 
6. David A. Glanzer, "4.7 Polaridad", Guía de aplicación de Fieldbus ... Cableado e instalación (PDF) , Fieldbus Foundation , p. 10
7. George C. Clark Jr .; J. Bibb Cain (2013). Codificación de corrección de errores para comunicaciones digitales . Springer Science & Business Media. pag. 255. ISBN 9781489921741. Cuando se usa la modulación de datos PSK, existe la posibilidad de una ambigüedad en la polaridad de los símbolos de canal recibidos. Este problema se puede resolver de dos formas. Primero ... un llamado código transparente . ...
8. Prakash C. Gupta (2013). Comunicaciones de datos y redes informáticas . PHI Learning Pvt. Ltd. p. 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 ...
9. Kees Schouhamer Immink (diciembre de 1990). "Secuencias de longitud de ejecución limitada" . Actas del IEEE . 78 (11): 1745-1759. doi : 10.1109 / 5.63306 . Se proporciona una descripción detallada de las propiedades limitantes de las secuencias de longitud de ejecución limitada.
10. Kees Schouhamer Immink (1995). "EFMPlus: El formato de codificación del disco compacto MultiMedia" . Transacciones IEEE sobre productos electrónicos de consumo . CE-41: 491–497. Se describe una alternativa de alta densidad a EFM.
11. Dong, Jielin (2007). Diccionario de red . Javvin Technologies Inc. p. 284. ISBN 9781602670006.

•  Este artículo incorpora  material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Estándar Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )

Enlaces externos

• Conferencia de codificación de línea n. ° 9
• Codificación de línea en la comunicación digital