10811_C7_A04_Capítulo_4_Stallings[1]

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William Stallings
Data and Computer 
Communications
Capítulo 4- 5a edição
Capítulo 5- 6a edição
Codificação de Dados
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Técnicas de Codificação
Dados digitais, sinal digital
Dados analógicos, sinal digital
Dados digitais, sinal analógico
Dados analógicos, sinal analógico
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Dados Digitais, Sinal Digital
Sinal digital
Pulsos de tensão discretos e descontínuos
Cada pulso é um elemento de sinal
Dados binários codificados em elementos de sinal
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Termos (1)
Unipolar
Todos elementos de sinal tem a mesma polaridade
Polar
Um estado lógico é representado por uma tensão 
positiva e o outro por uma tensão negativa
Taxa de dados
Taxa de transmissão de dados em bits por segundo
Duração ou comprimento de um bit
Tempo gasto pelo transmissor para emitir o bit
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Termos (2)
Taxa de modulação
Taxa na qual o sinal muda de nível
Medida em baud = elementos de sinal por segundo
Marca e Espaço
Binário 1 e Binário 0 respectivamente
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Interpretando Sinais Digitais
Necessário saber
Temporização dos bits - quando eles começam e 
quando eles terminam
Níveis dos sinais
Fatores afetando uma interpretação de sinais 
bem sucedida no receptor
Relação sinal ruído
Taxa de dados
Largura de faixa
Esquema de codificação
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Comparação de Esquemas de 
Codificação (1)
Espectro do Sinal
Ausência de altas freqüências reduzem a banda 
requerida
Ausência de componentes cc permitem acoplamento 
via transformador, provendo isolação
Concentração de energia no meio da banda
Sincronismo
Sincronizando transmissor e receptor
Relógio em condutor extra
Mecanismo de sincronismo baseado no sinal
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Comparação de Esquemas de 
Codificação (2)
Detecção de erro
Pode ser implementada na codificação do sinal
Interferência ao sinal e imunidade a ruído
Alguns códigos apresentam um desempenho melhor 
na presença do ruído. 
Custo e complexidade
Altas taxas de sinal (& assim taxas de dados) levam 
a altos custos
Alguns códigos requerem taxas de sinal maiores que 
taxas de dados
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Esquemas de Codificação
Não Retorna a Zero (NRZ-L) [NonReturn to Zero-Level]
Não Retorna a Zero Invertido (NRZI)
Bipolar - AMI
Pseudoternario
Manchester
Manchester Diferencial 
B8ZS
HDB3
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Não Retorna a Zero e NRZ-L
Duas diferentes tensões para bits 0 e 1
Tensão constante durante o intervalo do bit
sem transição i.e. não retorna à tensão zero
ex. Ausência de tensão para zero, tensão 
constante positiva para um
Normalmente, tensão negativa para um valor e 
positiva para o outro NRZ-L
Geralmente usado para gerar ou interpretar 
dados por terminais de dados e outros 
dispositivos
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Não Retorna a Zero Invertido
Não retorna a zero invertido em uns
Pulso de tensão constante na duração do bit
Dados codificados como presença ou ausência 
de transição de sinal no início do tempo do bit
Transição (baixo para alto ou alto para baixo) 
caracteriza um binário 1
Nenhuma transição caracteriza o binário 0
Um exemplo de codificação diferencial
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NRZ-L
3
13
NRZ I
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Codificação Diferencial
Dados representados por variações e não por 
níveis
Detecção da transição mais confiável que a de 
nível
Em esquemas de transmissão complexos é fácil 
perder o sentido da polaridade
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NRZ prós e contras
Prós
Fácil de ser gerado
Faz um bom uso da banda
Contras
Componente dc
Capacidade de sincronização deficiente
Usada para gravação magnética
Não é usada normalmente para transmissão de 
sinais
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Multinível Binário
Usa mais de dois níveis
Bipolar-AMI
zero representado por ausência de sinal de linha
um representado por pulso positivo ou negativo
pulso um alterna polaridade
Não há perda de sincronismo para uma seqüência 
longa de uns (zeros continuam sendo um problema)
Nenhuma componente cc residual
Menos largura de banda
Fácil detecção de erros
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Pseudoternario
Um representado pela ausência de sinal de linha
Zero representado pela alternância de positivo e 
negativo
Nenhuma vantagem ou desvantagem sobre 
bipolar-AMI
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Bipolar-AMI e Pseudoternario
4
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Balanço do Multinível Binário
Não tão eficiente como NRZ
Cada elemento de sinal representa somente um bit
Em um sistema de 3 níveis pode ser representado 
por log23 = 1.58 bits
Receptor deve distinguir entre três níveis (+A, -A, 0)
Requer aproximadamente 3dB mais de potência para 
a mesma probabilidade de erro de bit
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Manchester
Transição no meio de cada período de bit
Transição representa o relógio e os dados
Baixo para alto representa um
Alto para baixo representa zero
Usada pela IEEE 802.3
Manchester Diferencial 
Transição no meio do bit é somente relógio
Transição no início do período de um bit representa zero
Nenhuma transição no início do período de um bit representa um
Nota: este é um esquema de codificação diferencial
Usado pela IEEE 802.5
Bifase
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Bifase Prós e Contras
Contras
No mínimo uma transição por tempo de bit e 
possivelmente duas
Máxima taxa de modulação é duas vezes a NRZ
Requer mais banda
Prós
Sincronização no meio da transição do bit (auto 
sincronismo)
Nenhuma componente cc
Detecção de erro
⌧Assumida ausência de transição
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Taxa de Modulação
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Embaralhamento
Usado para substituir seqüências que podem produzir 
tensão constante
Preenchimento da seqüência 
Deve produzir transições suficientes para sincronizar
Deve ser reconhecida pelo receptor e substituída pela seqüência 
original
Mesmo tamanho original
Nenhuma componente cc
Nenhuma seqüência longa de nível zero no sinal de linha
Nenhuma redução na taxa de dados
Capacidade de detecção de erros
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B8ZS
Bipolar com Substituição de 8 Zeros
Baseada na bipolar-AMI
• Se octeto de zeros e último pulso de tensão precedente foi 
positivo, codifique como 0 0 0 + - 0 - +
• Se octeto de zeros e último pulso de tensão precedente foi 
negativo codifique como 0 0 0 - + 0 + -
Causa duas violações no código AMI
Improvável de ocorrer como um resultado de ruído
Receptor detecta e interpreta como octeto de zeros
Bipolar with 8-Zeros Substitution
5
25
HDB3
Alta Densidade Bipolar com 3 Zeros 
(High Density Bipolar com 3 zeros)
Baseado no bipolar-AMI
Seqüências de quatro zeros substituída por um 
ou dois pulsos
-00-000++
+00+000--
ParImparPolaridade do pulso precedente
Número de pulsos bipolares (uns) 
desde a última substituição
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B8ZS e HDB3
Último pulso 
precedendo octeto
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Dados Digitais, Sinal Analógico
Sistema de telefonia publica
300Hz a 3400Hz
Usa modem (modulador-demodulador)
Modulação por chaveamento de amplitude (ASK)
Modulação por chaveamento de freqüência (FSK)
Modulação por chaveamento de fase (PSK)
MODULADOR DEMODULADOR
fc
S(t)
Analógico
m(t)
Digital
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Técnicas de Modulação
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Chaveamento de Amplitude
Valores representados pelas diferentes 
amplitudes da portadora
Usualmente, uma amplitude é zero
i.e. É usada presença e ausência de portadora
Susceptível a súbitas variações de ganho
Ineficientes
Até 1200 bps em linhas de voz
Usado sobre fibra óptica
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Chaveamento de Freqüência
Valores representados por diferentes 
freqüências
Menos susceptível a erro do que ASK
Até 1200 bps em linhas de voz
Rádios de alta freqüência (HF – 3 a 30 MHz)
Freqüências ainda mais altas em LANs usando 
coaxial
6
31
Chaveamento de Freqüência
freq
f1
f2
bit
0
1Espaço
Marca
VCO
32
FSK em linhas de voz
33
Chaveamento de fase
Fase do sinal de portadora é chaveada para 
representar os dados
PSK Diferencial 
Deslocamento de fase relativo à transmissão prévia e 
não em relação a algum sinal de referência
fase
0
π
bit
0
1
Espaço
Marca
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PSK em Quadratura
Uso mais eficiente com cada elemento de sinal 
representando mais do que um bit
ex. deslocamentos de π/2 (90o)
Pode usar 8 ângulos de fases e ter mais do que uma 
amplitude
Modem 9600 bps usa 12 ângulos, quatro dos quais 
tem duas amplitudes
x
y
A
ϕ
A cos ϕ
A
 se
n
ϕ
Quadratura
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Deslocamento de fase relativo à transmissão prévia 
e não em relação a algum sinal de referência
Uso mais eficiente da BW com agrupamento de bits
Dibit, Tribit, Tetrabit, etc
M = 2N, onde: M – níveis de modulação
N – número de bits agrupadosModulação DPSK
Ex: N=1 =>=> M=2 fases:
ππ11
0000
Incremento de Fasebit
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Modulação DPSK
Ex: N=2 =>=> M=4 fases:
315º315º11
225º225º10
135º135º01
45º45º00
7
37
Modulação DPSK
96009600
48004800
24002400
12001200
Velocidades 
[bpsbps]
24002400
16001600
12001200
12001200
Taxas 
[baudbaud]
24002400
16001600
12001200
12001200
Taxas 
[baudbaud]
1616
88
44
22
Símbolos
QuadribitQuadribit
TribitTribit
DibitDibit
BitBit
Denominação
44
33
22
11
Bit por 
símbolo
Limite da linha telefônica : 2.400 Bauds
R
D
38
Representação de um símbolo
Sinal DPSK – 2 símbolos
0º180º
Sinal DPSK – 4 símbolos
0º180º
90º
270º
Sinal DPSK – 8 símbolos
0º180º
90º
270º
45º
325º
135º
225º
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Representação de um símbolo
QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION
14.400 bps – constelação 128 pontos*
Modem V33 19.200 bps – constelação 160 pontos*
* Modulação TCM (Trellis Coded Modulation)
1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0
Baud 1 Baud 2 Baud 3
Mais de 8 símbolos => QAM
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Capacidade do canal
Canal sem ruído
A limitação na taxa de dados é a BW do sinal 
Interferência intersimbólica
Nyquist BW = W Hz
R = 2 W bps
C = 2 W bps
Se W = 3100 Hz, R= 6200 bps
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Capacidade do canal
C = 2 W log2M
Considerando agrupamento de bits, onde 
M=2N:
24
38
416
12
NNMM
Nmáx = 8 => M = 256 símbolos na linha
42D = R/N = R/log2M
R
Taxa de transmissão
ou taxa de informação
R = 1/Tb
Taxa de transmissão e taxa de 
modulação
MODEM (baud)
Analógico
(bps)
Digital
D
Taxa de modulação
8
43
Capacidade do canal
C = W log2(1 + S/R)
NA PRESENÇA DE RUÍDO,
Ex.: se W = 3100 Hz e,S/R = 24 db
C = 24.800 bps = R, mas D < 3100 bauds
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Performance do Esquema de 
Modulação Digital para Analógico
Largura de faixa
Banda ASK e PSK diretamente relacionada à taxa de 
bit
Banda FSK relacionada à taxa de dados para baixas 
freqüências, e ao offset da freqüência modulada de 
portadoras em altas freqüências
Na presença de ruído, taxa de erro de bit do 
PSK e QPSK é cerca de 3dB superior do que ASK 
e FSK
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Dados Analógicos, Sinal Digital
Digitalização
Conversão de dados analógicos em dados digitais
Dados digitais podem então serem transmitidos 
usando NRZ-L
Dados digitais podem então serem transmitidos 
usando outros códigos diferentes do NRZ-L
Dados digitais podem então serem convertidos para 
sinais analógicos
Conversão analógica para digital feita usando um 
codec
Modulação por código de pulso
Modulação Delta
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Modulação por Código de 
Pulsos (PCM) (1)
Se um sinal é amostrado a intervalos regulares 
a uma taxa maior que o dobro da freqüência 
mais alta do sinal, as amostras contem toda a 
informação do sinal
(Ver - Stallings apêndice 4A)
Sinal de voz limitado a até 4000Hz
Requer 8000 amostras por segundo
Amostras analógicas (Pulse Amplitude 
Modulation, PAM)
Cada amostra representada por um valor digital
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Modulação por Código de 
Pulsos (PCM) (2)
Sistema de 4 bits fornece 16 níveis
Quantização
Quantização do erro ou ruído
Aproximações significam que é impossível recuperar 
o sinal original exatamente
Amostras de 8 bits fornecem 256 níveis
Qualidade comparável à transmissão analógica
8000 amostras por segundo com 8 bits cada nos 
dão 64kbps
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Dados Analógicos, Sinais 
Analógicos
Porque modular sinais analógicos?
Altas freqüências podem produzir uma transmissão 
mais eficiente
Permite Multiplexação por divisão de freqüência 
(capítulo 8)
Tipos de modulação
Amplitude
Freqüência
Fase
9
49
Modulação 
Analógica
50
Leitura Requerida
Stallings, capítulo 5 - 6a edição
Stallings, capítulo 4 - 5a edição
Montoro, capítulo 2
IEEE 802.3 – barramento em banda base (CSMA/CD 
para LANs) usando cabo coaxial e par trançado.
IEEE 802.5 – LANs Token Ring para trançado blindado.