Codificação de Linha
{PhysicalOverview.doc}
No seio de uma placa interligando chips digitais, o método tradicional para representar electricamente os 0s e os 1s lógicos é recorrer às tensões nominais 0 e 5 Volt; consideradas as distâncias mútuas envolvidas – pequenas -, tal solução é simples e, ao menos quando são baixos o nível de ruído e os ritmos binários envolvidos, suficiente.
Já no que respeita à transmissão a maiores distâncias - nomeadamente, entre as diversas salas dum edifício, ou entre edifícios distintos ou, seja, entre as carruagens do Metro, tal solução revela-se, a vários títulos, periclitante.
No que se segue, são exploradas várias das soluções historicamente concebidas com vista à representação eléctrica dos bits 0 e 1 - e isso de um modo crítico: apreciando-lhes as respectivas vantagens e desvantagens. O leitor deverá ter em mente, todavia, que tal apresentação se destina a facilitar a compreensão das técnicas usadas.
Codificação de Nível
Um método particularmente óbvio, e simples, de codificar uma sequência de bits consiste em recorrer a um nível distinto para cada bit (0 e 1). Consoante a subsequente duração desse nível, eis duas variantes/pulse-shapes:
- NRZ (Non Return To Zero): o nível mantém-se constante durante toda a duração do bit;
- RZ (Return To Zero): o nível mantém-se constante durante metade da duração do bit, depois fica 0.
Codificação Unipolar (Não-balanceada)
É o que nomeadamente sucede no seio de uma placa de microprocessador - onde tipicamente se traduzem os 0s e 1s nas tensões 0 Volt e 3 Volt, respectivamente.
O custo desta simplicidade é a emergência de uma componente contínua não nula - e, por consequência, um desperdício da potência de transmissão.
Por exemplo, se fôr o caso da transmissão alternada dos bits 0 e 1, a potência média Unipolar - assumindo uma resistência de 1 Ohm - montará a 4,5 (=[[[[02+32]]]]/2) e 2,25 Watt, respectivamente nas variantes NRZ e RZ.
Codificação Bipolar (Balanceada) ou
Claramente, a potência média será largamente reduzida - e essa é a solução preferida para linhas de transmissão a distância - se se codificar aquele par de bits em dois níveis à mesma distância relativa, 3 Volt, (para conservar idêntica a imunidade ao ruído), mas simetricamente dispostos em torno de 0 Volt.
Nomeadamente, se se codificar os 0 e 1 respectivamente em -1,5 Volt e +1,5 Volt, o mesmo padrão de acima, que, em NRZ, resultava em 4,5 Watt, exige agora 2,25 Watt ([[[[1,52+1,52]]]]/2) - isto é, apenas metade daquele valor.
Como calcanhar de Aquiles de ambos os métodos (Unipolar e Bipolar), realce-se que nenhum deles evita a ausência de transições durante longas sequências de 0s ou 1s: uma sequência de apenas 0s advém traduzida por um nível estável contínuo... Em linhas de transmissão síncrona, tal obriga à adição de métodos de sincronismo...
Vagueio-DC (DC Wander):
O código de linha NRZ-Bipolar volve-se em uma sucessão de impulsos rectangulares que (antes de eventualmente filtrados) perduram durante o intervalo de sinalização T; a recordação do espectro de frequências de um impulso rectangular desde logo permite aventar que o espectro de frequência - para uma sequência de entrada aleatória - será do tipo sen x / x, cujas características são as seguintes:
- energia nas baixas frequências;
- ausência de energia na frequência de relógio, 1/T;
- uma componente DC (frequência nula) de valor nada desprezável - e de facto com magnitude progressivamente crescente, se se der o caso de a sequência de entrada, ao invés de aleatória, advir uma prolongada sequência de 0s e 1s.
O uso, nas linhas de transmissão, de técnicas (por ex., inserir transformadores para acoplamento ac, condensadores para eliminar loops de terra, a filtragem da componente dc...) - originam o “vagueio DC”: a amplitude do sinal gerado por longas sequência de 0s ou 1s cai gradualmente, para zero (são-lhe removidas as componentes de baixa frequência)...
Em termos práticos, e ademais de, durante elas, se esvair a informação de sincronismo necessária ao receptor, advém mais difícil discernir correctamente entre os 0 e 1: a probabilidade de trocar um 1 por um 0 aumenta após uma longa sequência de 1s; a probabilidade de operar a troca inversa aumenta após uma longa sequência de 0s.
Como afrontar este problema? Bem entendido, não bastará impedir o surgimento de longas sequências de 1s ou 0s pelo expediente da inserção periódica de transições de sincronismo: o fenómeno persistirá ainda e sempre que houver um desequilíbrio (imbalance) entre o número total de 0s e 1s expedidos! Urgem outros códigos de linha…
Para um texto de introdução às comunicações, este assunto é pura curiosidade...
Codificação Manchester
{PhysicalOverview.doc}
Em ordem a eliminar o vagueio DC, e assegurar um forte conteúdo de informação de sincronismo, têm sido seguidas duas linhas de solução: aumentar o espaço de código (é o caso seguido pelos códigos de linha AMI, BNZS, HDBn - códigos de três níveis -, entre outros), ou aumentar a largura de banda disponível - tal é o caso da codificação Manchester (ou digital biphase ou diphase).
Na codificação Manchester, os bits 0 e 1 são codificados, cada um, em um ciclo completo de uma onda quadrada - todavia, de fases opostas. Em termos práticos, cada bit advém codificado por uma transição entre dois níveis de tensão de durações exactamente iguais (a metade do intervalo de duração do bit, Tb).
Com isso, não apenas se garante uma forte componente de sincronismo (cada bit transporta o seu próprio sinal de sincronismo...), como, ademais, e porque aquela transição acontece exactamente no centro do bit, não existe lugar ao surgimento do vagueio DC.
A contrapartida é o espalhamento do espectro da codificação Manchester, quando comparada com NRZ; agora, (cfr. figura ao lado) o espectro aparece “centrado” em 1/Tb, com um primeiro espectral nulo ocorrendo em 2/Tb. Confrontados os custos dos terminais para códigos de três níveis com os custos dos meios de transmissão, tal veio a ditar que a codificação Manchester é fundamentalmente utilizada em curtas distâncias - como é o caso da rede Ethernet.
Os códigos de linha anteriores (nomeadamente, NRZ e Manchester) baseiam-se, todos eles, no seguinte princípio: para o receptor discernir qual o bit que acabou de receber, ele recorre ao expediente de comparar o sinal vindo da linha com uma amplitude, ou fase, de referência.
Ora, precisamente, meios de transmissão há onde se torna difícil determinar, de um modo absoluto, tal referência - viabilizando que 1s venham erroneamente a ser entendidos como 0s e vice-versa!
Uma solução para tal contratempo é recorrer a codificação diferencial, isto é, ao expediente de codificar um 1 através de uma alteração do estado, e 0 como ausência de alteração: doravante, ao receptor ser-lhe-á desnecessário um valor de referência, basta-lhe comparar o estado do sinal que pretende descodificar com o estado do sinal precedente - resolvendo-se em 1 se ele se modificou, e por um 0 no caso de ter permanecido inalterado.
Para um fluxo de dados aleatórios (0s e 1s equiprováveis e não correlacionados), esse expediente não conduz a uma mudança no espectro resultante; mas origina uma duplicação na taxa de erros binários: se o detector cometer um erro ao estimar o estado de algum intervalo de sinalização, voltará “certamente” a cometê-lo no intervalo seguinte...
Codificação Multinível/M-ária
{PhysicalOverview.doc}
Página em construção...
