Diferencia entre esquemas de codificación de línea unipolar, polar y bipolar

Los datos , así como las señales que representan datos, pueden ser digitales o analógicos. La codificación de línea es el proceso de convertir datos digitales en señales digitales . Mediante esta técnica convertimos una secuencia de bits en una señal digital. En el lado del remitente, los datos digitales se codifican en una señal digital y en el lado del receptor, los datos digitales se recrean descodificando la señal digital.

Aproximadamente podemos dividir los esquemas de codificación de líneas en cinco categorías:

1. Unipolar (por ejemplo, esquema NRZ).
2. Polar (ej. NRZ-L, NRZ-I, RZ y Bifase – Manchester y Manchester diferencial).
3. Bipolar (ej. AMI y Pseudoternario).
4. Multi nivel
5. Multitransición

Pero, antes de aprender la diferencia entre los primeros tres esquemas, primero debemos conocer las características de estas técnicas de codificación de línea:

• Debería haber autosincronización , es decir, tanto el reloj del receptor como el del emisor deberían estar sincronizados.
• Debería haber alguna capacidad de detección de errores.
• Debe haber inmunidad al ruido y la interferencia.
• Debería haber menos complejidad.
• No debe haber un componente de baja frecuencia (componente de CC ), ya que la transferencia de larga distancia no es factible para la señal del componente de baja frecuencia.
• Debería haber menos desviación de la línea de base.

Esquema unipolar:
en este esquema, todos los niveles de señal están por encima o por debajo del eje.

• Sin retorno a cero (NRZ): es un esquema de codificación de línea unipolar en el que el voltaje positivo define el bit 1 y el voltaje cero define el bit 0. La señal no vuelve a cero en el medio del bit, por lo que se llama NRZ. Por ejemplo: Datos = 10110.

  

  Pero este esquema utiliza más potencia en comparación con el esquema polar para enviar un bit por unidad de resistencia de línea. Además, para un conjunto continuo de ceros o unos, habrá problemas de autosincronización y desviación de la línea de base.

Esquemas polares:
en los esquemas polares, los voltajes están a ambos lados del eje.

• NRZ-L y NRZ-I: son algo similares al esquema unipolar NRZ, pero aquí usamos dos niveles de amplitud (voltajes). Para NRZ-L(NRZ-Level) , el nivel del voltaje determina el valor del bit, normalmente el 1 binario se asigna al nivel lógico alto y el 0 binario se asigna al nivel lógico bajo, y para NRZ-I(NRZ- Invert) , la señal de dos niveles tiene una transición en un límite si el siguiente bit que vamos a transmitir es un 1 lógico, y no tiene transición si el siguiente bit que vamos a transmitir es un 0 lógico.

  Nota: para NRZ-I, asumimos en el ejemplo que la señal anterior antes del inicio del conjunto de datos «01001110» fue positiva. Por lo tanto, no hay transición al principio y el primer bit «0» en el conjunto de datos actual «01001110» comienza desde +V. Ejemplo: Datos = 01001110.

  

  Comparación entre NRZ-L y NRZ-I: la desviación de la línea de base es un problema para ambos, pero para NRZ-L es dos veces peor que para NRZ-I. Esto se debe a la transición en el límite de NRZ-I (si el siguiente bit que vamos a transmitir es un 1 lógico). Del mismo modo, el problema de autosincronización es similar en ambos para secuencias largas de 0, pero para secuencias largas de 1 es más grave en NRZ-L.

• Volver a cero (RZ): una solución al problema NRZ es el esquema RZ, que utiliza tres valores positivo, negativo y cero. En este esquema, la señal va a 0 en medio de cada bit.
  Nota: la lógica que usamos aquí para representar datos es que para el bit 1, la mitad de la señal está representada por +V y la otra mitad por voltaje cero y para el bit 0, la mitad de la señal está representada por -V y la otra mitad por voltaje cero. Ejemplo: Datos = 01001.

  

  La principal desventaja de la codificación RZ es que requiere un mayor ancho de banda. Otro problema es la complejidad ya que utiliza tres niveles de voltaje. Como resultado de todas estas deficiencias, este esquema no se utiliza hoy en día. En cambio, ha sido reemplazado por los esquemas Manchester diferencial y Manchester de mejor rendimiento.

• Bifase (Manchester y Manchester diferencial): la codificación Manchester es una combinación de los esquemas RZ (transición en el medio del bit) y NRZ-L. La duración del bit se divide en dos mitades. El voltaje permanece en un nivel durante la primera mitad y se mueve al otro nivel en la segunda mitad. La transición en el medio del bit proporciona sincronización.

  Manchester diferencial es una combinación de los esquemas RZ y NRZ-I. Siempre hay una transición en el medio del bit, pero los valores de bit se determinan al principio del bit. Si el siguiente bit es 0, hay una transición, si el siguiente bit es 1, no hay transición.

  Nota:
  1. La lógica que estamos usando aquí para representar datos usando Manchester es que para el bit 1 hay una transición de -V a +V voltios en el medio del bit y para el bit 0 hay una transición de +V a -V voltios. en medio de la broca.
  2. Para el Manchester diferencial, asumimos en el ejemplo que la señal anterior antes del inicio del conjunto de datos «010011» fue positiva. Por lo tanto, hay una transición al principio y el primer bit «0» en el conjunto de datos actual «010011» comienza desde -V. Ejemplo: Datos = 010011.

  

  El esquema de Manchester supera varios problemas asociados con NRZ-L, y el Manchester diferencial supera varios problemas asociados con NRZ-I ya que no hay desviación de línea de base ni componente de CC porque cada bit tiene una contribución de voltaje positiva y negativa.

  La única limitación es que el ancho de banda mínimo de Manchester y Manchester diferencial es el doble que el de NRZ.

Esquemas bipolares:
en este esquema hay tres niveles de voltaje positivo, negativo y cero. El nivel de voltaje de un elemento de datos está en cero, mientras que el nivel de voltaje del otro elemento alterna entre positivo y negativo.

• Inversión de marca alternativa (AMI): un voltaje neutral cero representa un 0 binario. Los 1 binarios se representan mediante voltajes positivos y negativos alternos.
• Pseudoternario: el bit 1 se codifica como un voltaje cero y el bit 0 se codifica como voltajes positivos y negativos alternos, es decir, opuesto al esquema AMI. Ejemplo: Datos = 010010.
  

  El esquema bipolar es una alternativa a NRZ. Este esquema tiene la misma tasa de señal que NRZ, pero no hay componente de CC, ya que un bit se representa con voltaje cero y otros se alternan cada vez.

Referencia:
comunicaciones de datos y redes por Behrouz A.Forouzan (libro)