Código de línea

En telecomunicaciones , un código de línea es un patrón de voltaje, corriente o fotones que se utiliza para representar datos digitales transmitidos a través de un canal de comunicación o escritos en un medio de almacenamiento . Este repertorio de señales se suele denominar código restringido en los sistemas de almacenamiento de datos. ^{[ 1 ]} Algunas señales son más propensas a errores que otras, ya que la física del canal de comunicación o del medio de almacenamiento restringe el repertorio de señales que se pueden utilizar de forma fiable. ^{[ 2 ]}

Las codificaciones de línea más comunes son la unipolar , la polar , la bipolar y el código Manchester .

Después de la codificación de línea, la señal se pasa a través de un canal de comunicación físico, ya sea un medio de transmisión o un medio de almacenamiento de datos . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Los canales físicos más comunes son:

• La señal codificada por línea se puede colocar directamente en una línea de transmisión , en forma de variaciones de voltaje o corriente (a menudo utilizando señalización diferencial ).
• La señal codificada por línea (la señal de banda base ) se somete a una conformación de pulso adicional (para reducir su ancho de banda de frecuencia) y luego se modula (para cambiar su frecuencia) para crear una señal de 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 en espacio libre , que se usa con mayor frecuencia en un control remoto infrarrojo .
• La señal codificada por línea 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 una unidad de cinta .
• La señal codificada por líneas se puede convertir en surcos en un disco óptico .

Algunos de los códigos de línea binarios más comunes incluyen:

Cada código de línea tiene ventajas y desventajas. Los códigos de línea se eligen para cumplir uno o más de los siguientes criterios:

• Minimizar el hardware de transmisión
• Facilitar la sincronización
• Facilita la detección y corrección de errores.
• Lograr una densidad espectral objetivo
• Eliminar un componente de CC

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 entre el número de bits a uno y el número de bits a cero. La disparidad acumulada es la suma acumulada de la disparidad de todos los bits transmitidos previamente. ^{[ 5 ]} El código de línea más simple posible, el unipolar , produce demasiados errores en dichos 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 balanceada , CC cero o libre de CC. Hay tres maneras de eliminar el componente de CC: 

• Utilice un código de peso constante . Cada palabra clave transmitida en un código de peso constante está diseñada de tal manera que cada palabra clave que contiene niveles positivos o negativos también contiene suficientes niveles opuestos, de modo que el nivel promedio de cada palabra clave sea cero. Ejemplos de códigos de peso constante incluyen el código Manchester y el código Interleaved 2 of 5 .
• Utilice un código de disparidad emparejado . Cada palabra clave en un código de disparidad emparejado que promedia un nivel negativo se empareja con otra palabra clave que promedia un nivel positivo. El transmisor realiza un seguimiento de la acumulación de CC y selecciona la palabra clave que empuja el nivel de CC de vuelta a cero. El receptor está diseñado para que cualquiera de las palabras clave del par se decodifique en los mismos bits de datos. Ejemplos de códigos de disparidad emparejados incluyen la inversión de marca alterna , 8b/10b y 4B3T .
• Utilice un codificador . Por ejemplo, el codificador especificado en RFC 2615 para codificación 64b/66b . 

Los códigos de línea bipolares tienen dos polaridades, generalmente se implementan como RZ y tienen una base de tres, ya que existen 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 corriente continua (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 presentan ambigüedad de polaridad. Los códigos de línea insensibles a la polaridad compensan este problema en dichos canales. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Existen tres maneras de proporcionar una recepción inequívoca de los bits 0 y 1 a través de estos canales:

• Cada palabra clave se empareja con su inversa de polaridad. El receptor está diseñado para que cualquiera de las palabras clave del par se decodifique en los mismos bits de datos. Algunos ejemplos son la inversión de marca alterna , la codificación Manchester diferencial , la inversión de marca codificada y la codificación Miller .
• Codificación diferencial de cada símbolo en relación con el símbolo anterior. Algunos ejemplos son la codificación MLT-3 y NRZI .
• Invierta toda la secuencia cuando se detecten palabras de sincronización invertidas, quizás utilizando la conmutación de polaridad.

Para una recuperación de reloj fiable en el receptor, se puede imponer una limitación de longitud de secuencia a la secuencia de canal generada; es decir, el número máximo de unos o ceros consecutivos se limita a un valor razonable. El periodo de reloj se recupera observando las transiciones en la secuencia recibida, de modo que una longitud de secuencia máxima garantiza suficientes transiciones para asegurar la calidad de la recuperación del reloj.

Los códigos RLL se definen mediante cuatro parámetros principales: m , n , d y k . Los dos primeros, m / n , se refieren a la tasa del código, mientras que los dos restantes especifican el número mínimo d y máximo k de ceros entre unos consecutivos. Esto se utiliza tanto en sistemas de telecomunicaciones como de almacenamiento que mueven un soporte frente a un cabezal de grabación fijo . ^{[ 10 ]}

En concreto, RLL limita la longitud de las secuencias de bits repetidos durante las cuales la señal permanece constante. Si las secuencias son demasiado largas, la recuperación del reloj se dificulta; si son demasiado cortas, las altas frecuencias podrían atenuarse en el canal de comunicación. Al modular los datos , RLL reduce la incertidumbre temporal en la decodificación de los datos almacenados, lo que podría provocar la inserción o eliminación errónea de bits al leerlos. Este mecanismo garantiza que los límites entre bits se puedan determinar con precisión (evitando el deslizamiento de bits ), a la vez que utiliza el medio de forma eficiente para almacenar de manera fiable la máxima cantidad de datos en un espacio determinado.

Las primeras unidades de disco utilizaban esquemas de codificación muy simples, como el código RLL (0,1) FM, seguido del código RLL (1,3) MFM, que se usaron ampliamente en discos duros hasta mediados de la década de 1980 y todavía se usan en discos ópticos digitales como CD , DVD , MD , Hi-MD y Blu-ray usando códigos EFM y EFMPLus . ^{[ 11 ]} Los códigos RLL (2,7) y RLL (1,7) de mayor densidad se convirtieron en los estándares de facto para discos duros a principios de la década de 1990.

La codificación de línea debería permitir que el receptor se sincronice con la fase de la señal recibida. Si la recuperación del reloj no es óptima, la señal a decodificar no se muestreará en los momentos precisos, lo que aumentará la probabilidad de error en los datos recibidos.

Los códigos de línea bifásicos requieren al menos una transición por bit. Esto facilita la sincronización de los transceptores y la detección de errores; sin embargo, el consumo de ancho de banda es mayor que el de los códigos NRZ a la misma velocidad de datos.

Un código de línea generalmente refleja 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 en relación con la interferencia, la distorsión, la capacitancia y la atenuación. ^{[ 12 ]}

• capa física
• Sincronización automática de código y bits

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022. (en apoyo de la norma MIL-STD-188 ).

• Lección n.° 9 sobre codificación de líneas
• Codificación de líneas en la comunicación digital
• CodSim 2.0: Simulador de código abierto para el Modelo de Comunicaciones Digitales de Datos de la Universidad de Málaga, escrito en HTML.