Telecomunicaciones Codificación de la Información Codificación de la Información Introducción Debido al incremento de las necesidades de intercambio de información en todos los sectores, los servicios de telecomunicación han ido apareciendo y creciendo para satisfacer tan alta demanda. En consecuencia, se ha hecho necesaria la aparición de distintos sistemas de transmisión y almacenamiento, y su mejora en eficacia (fiabilidad) y eficiencia (mayor velocidad, menor potencia, menor ancho de banda, entre otros). La tarea de las fuentes de codificación es representar la información con el mínimo numero de símbolos. Cuando un código se transmite sobre un canal ante la presencia de ruido, se presentaran errores. La tarea de la codificación del canal es representar la información de manera que se minimice la probabilidad de error en la decodificación. Se nota que la codificación del canal requiere el uso de redundancia. Si todas las salidas posibles del canal corresponden unívocamente a una fuente de entrada, no existe posibilidad de detectar errores en la transmisión. Para detectarlos, y posiblemente corregir errores, la secuencia de codificación debe ser mas larga que la secuencia original. Codificación de señales (procesos de digitalización) Es un procedimiento utilizado muy frecuentemente en la actualidad, en el que ante una serie de señales de tipo analógico se transcriben en señales de tipo digital. De modo que de esta manera se facilita su procesamiento posterior, y también se mejoran las características físicas de la misma. Es decir, una señal analógica es muy sensible frente a alteraciones de posibles interferencias, esto se debe a que la señal original (analógica) es muy difícil de recuperar ya que los valores que pueden tener esta señal pueden ser infinitos. Si la comparamos con una señal digital (ondas alternas pulsantes) que tiene un número determinado de posibles valores (en el caso de una señal binaria tendría dos posibles valores). Este hecho permite que la recuperación de valores en una señal digital sea más sencilla, y por tanto se pueda utilizar para comunicaciones en largas distancias. En este procedimiento podemos destacar tres fases bien diferenciadas: Muestreo, cuantificación y codificación (la veremos en detalle). • Muestreo : Consiste en la toma de muestras de la amplitud de la señal de entrada (analógica). Un parámetro muy importante en este proceso en el número de muestras por segundo (frecuencia de muestreo). • Cuantificación : Consiste en evaluar el valor de cada una de las muestras, de modo que se asigna uno de los posibles valores de la señal digital resultante a cada de las muestras. El proceso de cuantificación provoca el ruido de cuantificación, provocado por el recorte del número de posibles valores de la señal analógica a la señal digital. • Codificación : Consiste en traducir los valores obtenidos en el proceso de cuantificación (ya son valores digitales) al sistema binario, mediante la utilización de una serie Ing. Carlos Eduardo Molina C. www.redtauros.com [email protected] Telecomunicaciones Codificación de la Información de códigos preestablecidos. De este modo al finalizar este procedimiento, se obtiene la deseada señal digital equivalente a la inicial analógica. Codificación digital unipolar Es el tipo de codificación más sencillo y está casi en desuso. Se basa en codificar una única polaridad, tal y como su nombre indica. De modo que normalmente un valor binario igual a uno supone un valor en la señal de salida igual a uno, y un valor igual a cero suponer un valor cero en la señal de salida (nivel de reposo). Codificación digital polar Este es el tipo de codificación más utilizado en la actualidad. Se basa en codificar dos polaridades (una positiva y otra negativa) para la representación de la información binaria. Podemos encontrar la siguiente clasificación de codificación polar: Codificación digital polar NRZ Se caracteriza por que la señal siempre tiene un valor positivo o negativo. Podemos diferenciar claramente dos tipos: Ing. Carlos Eduardo Molina C. www.redtauros.com [email protected] Telecomunicaciones Codificación de la Información • NRZ-L: El valor de la señal depende del valor del bit deseado. Normalmente si el bit tiene un valor uno la señal tendrá nivel positivo, si tiene un valor cero la señal tendrá nivel negativo. • NRZ-I: El valor de la señal no depende directamente del valor del bit actual, de modo que un valor uno de la señal provocará un cambio de nivel en la señal de salida, mientras que un valor cero no provoca ningún cambio. De este modo el valor no solo depende del bit actual sino también del bit anterior. Si comparamos ambos tipos podemos llegar a la conclusión de que es mejor el tipo NRZ-L, ya que incorpora una sincronización implícita basada en el cambio de nivel de la salida producida por un valor uno. De modo que tiene una mayor fiabilidad. Codificación digital polar RZ Se caracteriza por la utilización de tres posibles niveles en la señal de salida (positivo, negativo y cero). Un bit uno se representa con el cambio de nivel positivo a cero, y el cero con el cambio de nivel negativo a positivo. Cada una de las transacciones se producen en la mitad del intervalo, tal y como puede observarse en la siguiente figura. Este tipo de codificación permite además incorporar un procedimiento de sincronización, utilizando las transiciones generadas en la mitad de los intervalos. Codificación digital polar Bifásica Es la mejor solución en relación al problema de la sincronización. Se basa en realizar un cambio de polaridad en medio del intervalo, no un retorno a cero, sino que continua en el polo opuesto. Estas Ing. Carlos Eduardo Molina C. www.redtauros.com [email protected] Telecomunicaciones Codificación de la Información transiciones a mitad de intervalo permiten la sincronización, tal y como ocurría en el RZ. Tenemos dos tipos: Mánchester y Mánchester diferencial. • Manchester: Usa la transición a mitad de intervalo para representar información y para sincronizar. Un uno binario se representa con una transición de negativo a positivo, un cero binario con una transición de positivo a negativo. Este tipo de codificación obtiene el mismo nivel de sincronización que RZ pero con dos valores de amplitud. • Manchester diferencial: Usa la transición a mitad de intervalo para la sincronización, para representar información la ausencia o existencia de transición a inicio de un intervalo. Una transición inicial significa un cero binario, mientras que la ausencia de la misma se corresponde con un uno binario. Codificación digital bipolar Se basa en la utilización de tres posibles niveles (positivo, negativo y cero). El nivel cero se utiliza para representar el valor cero binario, los niveles negativo y positivo se utilizan para representar el valor uno binario de forma alternada, es decir, para representar dos unos consecutivos o no, se utilizará un nivel positivo y a continuación (cuando tengamos que representar el siguiente uno binario) uno negativo. Bipolar con inversión de marca alternada (AMI) Es la codificación bipolar más sencilla. El cero binario se representa con el nivel cero, y los unos binarios se representan con la alternancia de los niveles positivos y negativos. Tiene problemas de sincronización ante largas secuencias de ceros consecutivos. Ing. Carlos Eduardo Molina C. www.redtauros.com [email protected] Telecomunicaciones Codificación de la Información Bipolar con sustitución de ocho ceros (B8ZS) Se basa en el AMI pero solucionando los problemas de sincronización para largas secuencias de ceros, de forma que funciona de forma idéntica a AMI bipolar, la diferencia se constata ante largas secuencias de ceros (8 o más consecutivos) en las que se fuerza un cambio artificial en la señal. Cada vez que hay una sucesión de ocho ceros se introducen cambios basándonos en la polaridad del bit uno anterior. Se acompañan dos ejemplos a y b. Bipolar de alta densidad HDB3 Se basa en AMI, pero introduce cambios, de modo que cuando se encuentren cuatro ceros consecutivos se introducirán cambios en el patrón (en B8ZS hay que esperar ocho ceros consecutivos). Hay que tener en cuenta que si la polaridad del bit anterior era positiva, la violación tomará un valor positivo. Si por el contrario la polaridad era negativa, entonces tomará su correspondiente valor negativo. Codificación de caracteres Con la codificación de caracteres nos referimos a la metodología a seguir para realizar la conversión de un carácter de un lenguaje natural, de un alfabeto, en un elemento de otro sistema de representación, como por ejemplo podría ser una secuencia de unos y ceros, una secuencia de impulsos de índole eléctrica… Todo ello con la finalidad de facilitar el almacenamiento de caracteres (texto) o para por ejemplo facilitar el envió de texto a través de las diversas redes de comunicaciones. En una codificación de caracteres de n bits lo que se realiza es separar cada una de las posibles combinaciones de esos n bits, y asignar a cada una de esas combinaciones uno de los posibles caracteres, de modo que por cada combinación únicamente pueda haber un único carácter asociado. De modo que puede ser considerada como una tabla de traducción de caracteres a bit y viceversa. Ing. Carlos Eduardo Molina C. www.redtauros.com [email protected] Telecomunicaciones Codificación de la Información Tipos de codificación Hoy en día existen una gran cantidad de normas de codificación o tipos de codificación, de entre todos los existentes se detallarán los más utilizados, como pueden ser el ASCII, ASCII extendido y el Unicode. ASCII Sus siglas se corresponden con American Standard Code for Information Interchange, es decir Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información. Está basado en el alfabeto latino como el que se utiliza en inglés. Este código utiliza siete bits para representar la información, en algunas ocasiones se puede añadir un bit adicional para detectar errores en las transmisiones, esto se debe a que en el momento de introducir el sistema de codificación ASCII muchos ordenadores únicamente podían trabajar con octetos de bits (bytes), por lo que para poder compatibilizar este sistema se añadió este bit de paridad para detectar errores de transmisión.