Código de línea

Un ejemplo de codificación de una señal binaria mediante modulación de pulso-amplitud rectangular con código de no retorno a cero polar

Un ejemplo de codificación bipolar o IAM.

Codificación de 11011000100 en la codificación Manchester

Un ejemplo de codificación diferencial Manchester

Un ejemplo de código de marca bifase

Un ejemplo de codificación MLT-3

En telecomunicaciones, un código de línea es un patrón de voltaje, corriente o fotones que se utiliza para representar datos digitales transmitidos por un canal de comunicación o escritos en un medio de almacenamiento. Este repertorio de señales suele denominarse código restringido en los sistemas de almacenamiento de datos. Algunas señales son más propensas a errores que otras, ya que la física del canal de comunicación o el medio de almacenamiento restringe el repertorio de señales que se pueden usar de manera confiable.

Las codificaciones de línea comunes son código unipolar, polar, bipolar y 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. Los canales físicos más comunes son:

• la señal codificada se puede colocar directamente en una línea de transmisión, en forma de variaciones del voltaje o la corriente (a menudo utilizando señalización diferencial).
• la señal codificada en línea (la señal de banda base) se somete a una nueva forma de pulso (para reducir su ancho de banda de frecuencia) y luego se modula (para cambiar su frecuencia) para crear un señal RF que se puede enviar a través del espacio libre.
• la señal codificada por 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 infrarrojo.
• la señal codificada se puede imprimir en papel para crear un código de barras.
• la señal codificada por línea se puede convertir en puntos magnetizados en un disco duro o unidad de cinta.
• la señal codificada por línea se puede convertir en fosos en un disco óptico.

Algunos de los códigos de línea binarios más comunes incluyen:

Un patrón de bit 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 con uno o más de los siguientes criterios:

• Minimizar el hardware de transmisión
• Facilitar la sincronización
• Detección y corrección de errores
• Lograr una densidad espectral objetivo
• Eliminar un componente DC

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 acumulada es el total acumulado de la disparidad de todos los bits transmitidos anteriormente. 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 equilibrados, CC cero o sin CC. Hay tres formas de eliminar el componente DC:

• Usa un código de peso constante. Cada palabra de código transmitido en un código de peso constante está diseñado de tal manera que cada palabra código que contiene algunos niveles positivos o negativos también contiene suficiente de los niveles opuestos, de tal manera que el nivel promedio sobre cada palabra código es cero. Ejemplos de códigos de peso constante incluyen código Manchester e Interleaved 2 de 5.
• Use un código de disparidad pareado. Cada palabra clave en un código de disparidad emparejado que promedio a un nivel negativo se combina con otra palabra clave que promedio a un nivel positivo. El transmisor mantiene un seguimiento de la acumulación de DC en ejecución, y recoge la palabra clave que empuja el nivel DC hacia cero. El receptor está diseñado para que cualquiera palabra clave del par descifra a los mismos bits de datos. Ejemplos de códigos de disparidad emparejados incluyen la inversión de marca alternativa, 8b/10b y 4B3T.
• Usa un scrambler. Por ejemplo, el scrambler especificado en RFC 2615 para la codificación 64b/66b.

Polaridad

Los códigos de línea bipolares tienen dos polaridades, generalmente se implementan como RZ y tienen una raíz 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 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. Hay tres formas de proporcionar una recepción inequívoca de 0 y 1 bits en dichos canales:

• Pare cada palabra clave con la polaridad-inversa de esa palabra clave. El receptor está diseñado para que cualquiera palabra clave del par descifra a los mismos bits de datos. Ejemplos incluyen la inversión de marca alternativa, la codificación de Manchester diferencial, la inversión de marca codificada y la codificación Miller.
• codificación diferencial cada símbolo relativo al símbolo anterior. Ejemplos incluyen la codificación MLT-3 y NRZI.
• Invierte todo el flujo cuando se detectan las sinocwords invertidas, tal vez usando conmutación de polaridad

Códigos de tirada limitada

Para una recuperación confiable del reloj en el receptor, se puede imponer una limitación de 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 las transiciones en la secuencia recibida, de modo que una longitud de ejecución máxima garantice transiciones suficientes para asegurar la calidad de recuperación del reloj.

Los códigos RLL están definidos por cuatro parámetros principales: m, n, d, k. Los dos primeros, m/n, se refieren a la velocidad del código, mientras que los dos restantes especifican el d mínimo y el máximo k número de ceros entre unos consecutivos. Esto se usa tanto en sistemas de telecomunicaciones como de almacenamiento que mueven un medio más allá de un cabezal de grabación fijo.

Específicamente, RLL limita la longitud de tramos (ejecuciones) 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. Al modular los datos, RLL reduce la incertidumbre de tiempo en la decodificación de los datos almacenados, lo que conduciría a la posible inserción o eliminación errónea de bits al volver a leer los datos. Este mecanismo garantiza que los límites entre los bits siempre se puedan encontrar con precisión (evitando el deslizamiento de bits), al tiempo que utiliza de manera eficiente los medios para almacenar de manera confiable la cantidad máxima de datos en un espacio determinado.

Las primeras unidades de disco usaban esquemas de codificación muy simples, como el código RLL (0,1) FM, seguido del código RLL (1,3) MFM, que se usaron ampliamente en las unidades de disco duro hasta mediados de la década de 1980 y aún se usan en discos ópticos digitales como CD, DVD, MD, Hi-MD y Blu-ray usando códigos EFM y EFMPLus. 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.

Sincronización

La codificación de línea debe hacer posible que el receptor se sincronice con la fase de la señal recibida. Si la recuperación del reloj no es la ideal, entonces 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 bifásicos requieren al menos una transición por tiempo de bit. Esto facilita la sincronización de los transceptores y la detección de errores, sin embargo, la tasa de baudios es mayor que la de los códigos NRZ.

Otras consideraciones

Un código de línea generalmente reflejará 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 la interferencia, la distorsión, la capacitancia y la atenuación.

Códigos de línea comunes

Códigos de línea óptica

• Alternate-Phase Return-to-Zero (APRZ)
• Transportador-Suppressed Return-to-Zero (CSRZ)
• Tres de Seis, Fiber Optical (TS-FO)