Codifica dei segnali
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LEZIONI DI ELETTRONICA per la classe 5° informatica Prof. Eros Rambelli 11° MODULO : Codifica dei segnali digitali Per trasmettere in modo affidabile ed efficiente dati digitali occorre codificarli in modo adeguato. Esistono tre diversi tipi di codifica : codifica di sorgente codifica di canale codifica di linea La codifica di sorgente consiste nell’associare ad ogni carattere una determinata configurazione di simboli. Viene applicata alla sorgente d’informazione per ottimizzare le sue caratteristiche informative. I codici sorgente rappresentano gli alfabeti utilizzati per rappresentare le informazioni numeriche. Esempi : Codice Morse Codice Baudot Codice ASCII Durante la trasmissione di dati digitali (generalmente di tipo seriale) si possono verificare degli errori dovuti o alla sostituzione di una cifra con un’altra (01 o 10) o alla perdita di sincronismo tra trasmettitore e ricevitore. La codifica di canale serve per garantire la correttezza della trasmissione e consiste nell’aggiungere all’informazione proveniente dalla sorgente un certo numero di bit rindondanti utili per il sincronismo o per rilevare ed eventualmente correggere gli errori di trasmissione. Esempi : Codice di parità Codice CRC (Cyclic Redundancy cheching) Codice Hamming Per ridurre i tempi di trasmissione o per aumentare la capacità di memorizzazione dei supporti magnetici, si utilizzano codici di compressione, che consistono nella riduzione del numero di bit necessari per rappresentare la stessa quantità di informazione. Si basano su studi statistici relativi alla frequenza con cui i vari simboli si presentano (es. il carattere a si presenta più frequentemente del carattere q, quindi viene codificato con un numero più basso di bit). Esempi : Codice di Huffman Codice BTLZ 1 La codifica di linea serve per rendere il segnale fisico digitale adatto al particolare mezzo trasmissivo utilizzato. Nel campo della trasmissione dati la codifica di linea viene di solito denominata “modulazione in banda base”. La portante in questo caso è costituita da un’onda quadra (segnale di clock). La modulazione in banda base agisce sulla forma del segnale digitale e ha lo scopo di : modificare lo spettro del segnale per adattarlo alla banda passante del canale di trasmissione; consentire al dispositivo ricevente di estrarre il segnale di clock, in modo da poter effettuare la demodulazione (decodifica). I più frequenti tipi di codice sono : Codice NRZ Not Return Zero Caratteristiche del segnale codificato Codice a due livelli (0, +A): il valore logico 1 è codificato con un livello alto (+A) per tutta la durata del periodo di clock T ck il valore logico 0 è codificato con un livello basso (0) per tutta la durata del periodo di clock T ck Caratteristiche dello spettro del segnale codificato : - Valor medio 1/2 A fz = n fck la frequenza di cifra fz è multipla della frequenza di clock fck = 1/ Tck Larghezza della banda informativa B fck Difetti : - un’alta componente continua (non informativa) che causa grandi perdite; impossibilità di estrarre il segnale di clock in presenza di lunghe sequenze di 0 o 1 Questo tipo di codifica attualmente non viene usata. Codice RZ 50% Return to Zero Caratteristiche del segnale codificato Codice a due livelli (0, +A): il valore logico 1 è codificato mediante un impulso di durata T ck/2, che presenta una transizione da basso a alto all’inizio del periodo di clock e una transizione da alto a basso a metà periodo; il valore logico 0 è codificato con un livello basso (0) per tutta la durata del periodo di clock. Caratteristiche dello spettro del segnale codificato : - Valor medio 1/4 Vmax fz = 2n fck Larghezza della banda informativa B 2fck Difetti : - una componente continua ancora presente; impossibilità di estrarre il segnale di clock nel caso di lunghe sequenze di zero. Questo tipo di codifica è poco usata. 2 Codice MANCHESTER Caratteristiche del segnale codificato Codice a due livelli (-A, +A) : il valore logico 1 è codificato mediante una forma d’onda, che presenta una transizione dal basso all’alto a metà del periodo di clock; il valore logico 0 è codificato mediante una forma d’onda, che presenta una transizione dall’alto al basso a metà del periodo di clock. Il codice Manchester si può ottenere eseguendo il NOR esclusivo (circuito di coincidenza) tra il clock di sincronismo e il segnale in codice NRZ fornito dal DTE (in logica negativa) (vedi figura). In presenza di lunghe sequenze di bit identici, l'uscita del codificatore bifase coincide col clock o con il suo negato e quindi varia nel tempo. Caratteristiche dello spettro del segnale codificato : - Valor medio 0 - fz = 2n fck - Larghezza della banda informativa B 2fck Pregi - possibilità di estrarre il segnale di clock in ogni caso; - una componente continua nulla. Difetti : - larghezza di banda abbastanza elevata Questo tipo di codifica è usata nelle reti Ethernet. Codice BIFASE DIFFERENZIALE Caratteristiche del segnale codificato Codice a due livelli (-A, +A) : Il codice bifase differenziale produce una variazione di fase di 180° rispetto al periodo di clock precedente se il bit di ingresso vale 1 Viceversa non produce alcuna variazione di fase. In un periodo, l'uscita del codice bifase differenziale coincide col clock o col suo negato. Le caratteristiche dello spettro, i pregi e i difetti sono analoghi a quelli indicati per il codice Manchester. Questa codifica viene utilizzata da alcuni tipi di modem in banda base. 3 Codice MILLER Caratteristiche del segnale modulato Codice a due livelli (0, +A) : il valore logico 0 è codificato con una transizione in un senso o nell’altro, a metà del periodo di clock. il valore logico 1 è codificato con una transizione all’inizio del periodo di clock solo se il bit precedente era 1, in caso contrario non presenta alcuna transizioni. Caratteristiche dello spettro del segnale modulato : - Valor medio 0 - fz = n fck - Larghezza della banda informativa B fck Pregi - possibilità di estrarre il segnale di clock in ogni caso; - una componente continua nulla. - larghezza di banda informativa metà dei due precedenti codici. Questa codifica viene utilizzata da alcuni tipi di modem in banda base. In figura si mostra la tempificazione del dato 010100011 secondo i tipi di codici sopra esaminati. Il dato binario è rappresentato in forma bipolare e in logica negativa come previsto dallo standard RS-232C. In tale standard si definisce mark una tensione inferiore a –3 V e space quella superiore a +3 V. 4 Codice AMI 50% Alternate Mark Invertion Caratteristiche del segnale modulato Codice a tre livelli (-A, 0, +A) : il valore logico 1 è codificato alternativamente da un impulso positivo o negativo, che presenta una transizione all’inizio del periodo di clock e una a metà periodo; il valore logico 0 è codificato con il livello zero per tutta la durata del periodo di clock. Caratteristiche dello spettro del segnale modulato : - Valor medio 0 - fz = n fck - Larghezza della banda informativa B fck Pregi - una componente continua nulla; - banda abbastanza limitata; Difetti : - impossibilità di estrarre il segnale di clock nel caso di lunghe sequenze di zero. Per superare questo limite a partire dal codice AMI viene ricavato un altro codice denominato HDB-3, che utilizza un particolare algoritmo di codifica, che non consente sequenze con più di tre zero. Questo tipo di codifica è usata nella telefonia numerica. Codice MCMI Modified Coded Mark Invertion Caratteristiche del segnale modulato: Codice a due livelli (0, +A) : Deriva dal codice AMI in base alle seguenti trasformazioni : AMI +A 0 -A MCMI 11 01 00 Questo tipo di codifica viene utilizzata nella comunicazione in fibra ottica per fornire impulsi unipolari (la luce infatti ha una sola polarità). 5
