Señales en banda base

Se denomina banda base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, es decir son señales que son transmitidas en su frecuencia original. Dichas señales se pueden codificar y ello da lugar a los códigos de banda base.
Las señales empleadas en banda base se pueden clasificar de la siguiente forma:

Unipolares

En este caso un 1 siempre toma una polaridad, positiva o negativa, mientras que un 0 vale siempre 0.

Polares

En este caso la señal tomara valores positivos para un 1 lógico y negativos para un 0 lógico pero nunca toma el valor 0.

Bipolares

En este caso un dígito toma valor con polaridad alternada mientras que el otro permanece siempre en 0.

Transmisión en banda base

Es utilizada para cortas distancias debido a su bajo costo. El MODEM no efectúa modulación alguna sino que solo las codifica.
Los datos se codifican para solucionar los siguientes aspectos inherentes a la banda base:

• Disminuir la componente continua
• Proveer sincronismo entre transmisor y receptor
• Permitir detectar la presencia de la señal en la línea

Como se está trabajando con pulsos, de acuerdo al desarrollo de Fourier, se puede tener un valor importante de la componente continua. Al codificar se trata de disminuir dicho valor pues el sistema de transmisión puede poseer amplificadores y/o transformadores que no tendían en cuenta la componente continua y ello provocaría una deformación de la señal.
Es posible utilizar banda base en redes LAN y en otro tipo de redes siempre y cuando no se emplee la red pública de comunicaciones.

Características de la transmisión en banda base

La señal más simple que se emplea es la NRZL (NonReturn to Zero Level)
La señal no retorna a 0 y el pulso de tensión tiene la duración de 1 bit.
Generalmente un 1 lógico es un pulso de tensión mientras que un 0 lógico es la ausencia de dicho pulso de tensión.
Técnicamente se las conoce como señales on/off y las mismas tienen una alto valor de componente continua.
La mayor parte de la potencia transmitida se encuentra en las primeras armónicas puesto que el desarrollo de la serie de Fourier da un espectro de la forma sen(x)/x
En esta transmisión está limitado el uso de transformadores puesto que los mismos no permiten el paso de la corriente continua, únicamente funcionan con corriente alterna.
No es posible enviar junto con los datos una señal de sincronismo. El receptor se sincroniza por medio de las transiciones de pulsos recibidos. Pero si se tiene una larga secuencia de ceros o de unos, la señal permanece constante durante un tiempo bastante largo en la línea y el receptor no puede identificar el principio y fin de cada bit. Este inconveniente se resuelve con la codificación.
En transmisiones en banda base puede producirse una deformación por interferencia entre símbolos (intersímbolos), la cual es debida a la superposición parcial de señales que corresponde a cada bit.

Códigos Usados en Banda Base

La codificación en banda base debe ser considerada como una disposición diferente de los bits de la señal on/off a fin de adaptar la misma al sistema de transmisión utilizado.
Los códigos que se utilizan son:

NRZ

Se pueden utilizan los código NonRetourn to Zero Level (NRZ-L), de los cuales los más empleados son el unipolar y el bipolar.

NRZ Unipolar

NRZ bipolar

En el receptor y el transmisor se debe efectuar un muestreo de igual frecuencia.
Este código no es autosincronizante, y su principal ventaja es que al emplear pulsos de larga duración requiere menor ancho de banda que otros sistemas de codificación que emplean pulsos más cortos.

RZ

Se emplea el RZ (Retourn to Zero) polar. En este caso se tiene tensión positiva en una parte de la duración de un 1 lógico, y cero tensión durante el resto del tiempo. Para un 0 lógico se tiene tensión negativa parte del tiempo y el resto del tiempo del pulso la tensión es cero.

RZ Polar

Este código si es autosincronizante debido a que en reloj (clock) del receptor queda sincronizado por la cadencia de los pulsos que llegan del transmisor puesto que todos los bits tienen una transición, esto permite identificar a cada bit en una larga cadena de unos o ceros.

RZ Bipolar

A la ventaja de ser autosincronizante se le contrapone el hecho de requerir mayor ancho de banda, pues los pulsos son de menor duración que en otros códigos, por ejemplo NRZ, lo cual es una gran desventaja.

Codificación diferencial

En una codificación diferencial en lugar de determinar el valor absoluto, las señal se decodifica comparando la polaridad de los bits con la los bits adyacentes.
Tiene dos etapas.
1) Formar la señal diferencial en el transmisor, siendo la misma la que va a ser transmitida.
2) En el receptor se debe recuperar la señal original.
El procedimiento es el siguiente:
En el transmisor se debe muestrear una señal NRZ. En el instante del muestreo en que se detecta un 1 se produce una transición mientras que si es detectado un 0 no se produce ninguna transición.
En el receptor se realiza también un muestreo de la señal recibida pero desfasado en un 50% del tiempo con respecto al muestreo realizado por el transmisor. A la señal recibida muestreada se la compara con las muestras adyacentes. Si hay transición se decodifica un 1 si no hay transición se decodifica un 0.

Una ventaja de la codificación diferencial es que en presencia de ruido puede ser más seguro detectar una transición en lugar de comparar un valor con un umbral. Otra ventaja es que aún si se pierde la polaridad de la señal, por ejemplo invirtiendo los cables de un par trenzado, los 0 y 1 no se invertirán; a diferencia de lo que ocurre en códigos no diferenciales como NRZ.

Código Manchester

En este código siempre hay una transición en la mitad del intervalo de duración de los bits. Cada transición positiva representa un 1 y cada transición negativa representa un 0.
Cuando se tienen bits iguales y consecutivos se produce una transición en el inicio del segundo bit la cual no es tenida en cuanta en el receptor al momento de decodificar, solo las transiciones separadas uniformemente en el tiempo son las que son consideradas por el receptor.

En está codificación no se tienen en cuanta los niveles de tensión sino que solo se consideran las transiciones positivas y negativas.
Esta técnica posibilita una transición por bit, lo cual permite autosincronismo.
Se puede eliminar la componente continua si se emplean valores positivos y negativos para representar los niveles de la señal.

Código Manchester diferencial

Durante la codificación todos los bits tienen una transición en la mitad del intervalo de duración de los mismos, pero solo los ceros tienen además una transición en el inicio del intervalo.
En la decodificación se detecta el estado de cada intervalo y se lo compara con el estado del intervalo anterior. Si ocurrió un cambio de la señal se decodifica un 1 en caso contrario se decodifica un 0.

El código Manchester diferencial tiene las mismas ventajas de los códigos Manchester con la adición de las ventajas derivadas de la utilización de una aproximación diferencial.

Código HDB3

Este es un sistema de codificación utilizado en Europa, Asia y Sudamérica. La denominación HDB3 proviene del nombre en ingles High Density Bipolar-3 Zeros que puede traducirse como código de alta densidad bipolar de 3 ceros.
En el mismo un 1 se representa con polaridad alternada mientras que un 0 toma el valor 0. Este tipo de señal no tiene componente continua ni de bajas frecuencias pero presenta el inconveniente que cuando aparece una larga cadena de ceros se puede perder el sincronismo al no poder distinguir un bit de los adyacentes.
Para evitar esta situación este código establece que en las cadenas de 4 bits se reemplace el cuarto 0 por un bit denominado bit de violación el cual tiene el valor de un 1 lógico.
En las siguientes violaciones, cadenas de cuatro ceros, se reemplaza por una nueva secuencia en la cual hay dos posibilidades
000V
R00V
Donde V es el bit de violación y R es un bit denominado bit de relleno.
Para decidir cual de las dos secuencias se debe utilizar se deben contar la cantidad de unos existentes entre la última violación y la actual. Si la cantidad es par se emplea la secuencia R00V y si es impar la secuencia 000V.
El primer pulso de violación lleva la misma polaridad del último 1 transmitido de forma de poder detectar que se trata de un bit de violación.
En la combinación R00V el bit de violación y el de relleno poseen la misma polaridad.

Esta codificación es la interfaz de línea estándar para E1.