Fyysinen koodaus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 25.6.2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 11 muokkausta .

Fyysinen koodaus (linjakoodaus [1] [2] [3] , signaalinkäsittely [1] [4] , modulaatio, pulssikoodimodulaatio [1] [5] [6] )  - digitaalisen kautta lähetettyjen diskreettien signaalien [7] esitykset viestintäkanava digitaalisessa muodossa esitetyn tiedon siirtämiseksi etäisyyden yli fyysisen viestintäkanavan (kuten optinen kuitu , kierretty pari , koaksiaalikaapeli , infrapunasäteily ) yli. Fyysistä koodausta käytetään myös tietojen tallentamiseen digitaaliselle tietovälineelle . Fyysisessä koodauksessa huomio kiinnitetään generoidun signaalin ominaisuuksiin : kaistanleveys, signaalin harmoninen koostumus, kyky synkronoida vastaanotin lähettimen kanssa. Fyysisen koodauksen aikana ratkaistaan ​​synkronoinnin, signaalin kaistanleveyden ohjauksen, tiedonsiirtonopeuden ja tiedonsiirtoetäisyyden [1] [5] kysymykset .

Erillisiä signaalinsiirtotyyppejä on :

Koodaushierarkia

Signaalin koodausjärjestelmällä on hierarkia.

Fyysinen koodaus

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

Esimerkkejä fyysisestä koodauksesta

Koodaushierarkian alin taso on fyysinen koodaus, joka määrittää erillisten signaalitasojen lukumäärän (jänniteamplitudit, virran amplitudit, kirkkausamplitudit).

Fyysinen koodaus ottaa huomioon koodauksen vain koodaushierarkian alimmalla tasolla, fyysisellä tasolla, eikä ota huomioon koodaushierarkian korkeampia tasoja, jotka sisältävät eri tasoisia loogisia koodauksia.

Fyysisen koodauksen näkökulmasta digitaalisella signaalilla voi olla kaksi, kolme, neljä, viisi jne. tasoa jännitteen amplitudi, virran amplitudi, valon amplitudi.

Mikään Ethernet -tekniikan versio ei käytä suoraa binäärikoodausta bitille 0 0 voltilla ja bitille 1 +5 voltilla, koska tämä menetelmä johtaa epäselvyyteen. Jos yksi asema lähettää bittijonon 00010000, toinen asema voi tulkita sen joko 10000 tai 01000, koska se ei voi erottaa "ei signaalia" bitistä 0. Siksi vastaanottava kone tarvitsee tavan määrittää yksiselitteisesti alku, loppu ja jokaisen bitin keskellä ilman ulkoisen ajastimen apua. Fyysisen kerroksen signaalin koodaus mahdollistaa vastaanottimen synkronoinnin lähettimen kanssa muuttamalla jännitettä bittijakson keskellä.

Joissakin tapauksissa fyysinen koodaus ratkaisee seuraavat ongelmat:

Looginen koodaus

Toinen taso koodaushierarkiassa on loogisen koodauksen alin taso erilaisiin tarkoituksiin.

Fyysinen koodaus ja looginen koodaus muodostavat yhdessä matalan tason koodausjärjestelmän.

Koodimuodot

Jokainen koodisanan bitti lähetetään tai tallennetaan käyttämällä erillisiä signaaleja, kuten pulsseja. Tapa, jolla lähdekoodia edustavat tietyt signaalit, määräytyy koodin muodon mukaan. Tunnetaan suuri määrä muotoja, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa ja jotka on tarkoitettu käytettäväksi tietyissä laitteissa.

Reunan suunnalla yksikkösignaalia lähetettäessä ei ole väliä. Siksi koodatun signaalin napaisuuden muuttaminen ei vaikuta dekoodaustulokseen. Se voidaan lähettää balansoitujen linjojen kautta ilman DC-komponenttia. Se myös yksinkertaistaa sen magneettista tallennusta. Tämä muoto tunnetaan myös nimellä "Manchester 1". Sitä käytetään SMPTE-aikaosoitekoodissa, jota käytetään laajalti ääni- ja videomedian synkronointiin.

Kaksitasoiset koodausjärjestelmät

NRZ (Non Return to Zero)

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

NRZ koodi

NRZ (Non Return to Zero   ) on kaksitasoinen  koodi. Looginen nolla vastaa alempaa tasoa, looginen yksikkö - ylempää tasoa. Tietosiirtymät tapahtuvat merkityksellisten intervallien rajalla (merkittävä hetki) [3] [7] .

NRZ-koodiesityksen muunnelmia

Koodin esittämiseen on useita vaihtoehtoja:

  • Unipolaarinen koodi - loogista yksikköä edustaa ylempi potentiaali, loogista nollaa edustaa nollapotentiaali;
  • Bipolaarinen koodi - loogista koodia edustaa positiivinen potentiaali, loogista nollaa negatiivinen potentiaali.
NRZ-koodin edut
  • Yksinkertainen toteutus;
  • korkea tiedonsiirtonopeus;
NRZ-koodin haitat
  • Tarve lähettää start-stop-bitti vastaanottimen synkronoimiseksi lähettimen kanssa;
  • Vakiokomponentin (kapasitanssin) läsnäolo [5] , mikä tekee mahdottomaksi aikaansaada galvaanista eristystä käyttämällä muuntajaa;
  • Korkeat vaatimukset taajuuden synkronoinnille vastaanotto- ja lähetyspäässä - yhden sanan (tavun) lähetyksen aikana vastaanotin ei saa mennä harhaan enempää kuin bittiä (esimerkiksi tavupituisen sanan aloitus- ja lopetusbitillä, eli vain 10 bittiä kanavainformaatiota, vastaanottimen ja lähettimen desynkronointitaajuudet eivät saa ylittää 10 % molempiin suuntiin, 16 bitin sanalla, eli 18 bitin kanavainformaatiolla, ei synkronointi saa ylittää 5,5 % ja vielä vähemmän fyysisissä toteutuksissa).

NRZI (Non Return to Zero Invertive)

NRZI (Non Return to Zero Invertive)  on potentiaalikoodi, jonka inversio on yksi, koodi muodostuu käänteistilasta, kun looginen yksikkö saapuu kooderin sisäänmenoon, kun looginen nolla saapuu, potentiaalin tila tekee ei muuta. Tämä menetelmä on modifioitu Non Return to Zero ( NRZ ) [3] -menetelmä .

Koska koodia ei ole suojattu pitkiltä loogisten nollien tai ykkösten sarjoilta, tämä voi johtaa synkronointiongelmiin. Siksi ennen lähetystä on suositeltavaa esikoodata tietty bittisekvenssi koodilla, joka mahdollistaa sekoituksen (sekoitin on suunniteltu antamaan satunnaisia ​​ominaisuuksia lähetetylle datasekvenssille, jotta vastaanottimen kellotaajuuden valinta helpottuu ). Käytetään Fast Ethernet 100Base-FX:ssä ja 100Base-T4:ssä.

NRZI-koodin edut
  • Helppokäyttöisyys;
  • Menetelmällä on hyvä virheiden tunnistus (kahden jyrkästi erilaisen potentiaalin läsnäolon vuoksi);
  • Signaalin spektri sijaitsee matalataajuisella alueella suhteessa merkitsevien intervallien taajuuteen.
NRZI-koodin haitat
  • Menetelmällä ei ole itsesynkronointiominaisuutta. Jopa erittäin tarkalla kellogeneraattorilla vastaanotin voi tehdä virheen tiedonkeruuhetken valinnassa, koska näiden kahden generaattorin taajuudet eivät ole koskaan täysin identtisiä. Siksi suurilla datanopeuksilla ja pitkillä ykkösten tai nollien sarjoilla pieni kellotaajuuksien epäsopivuus voi johtaa virheeseen koko jaksossa ja vastaavasti virheellisen bittiarvon lukemiseen;
  • Toinen menetelmän vakava haittapuoli on matalataajuisen komponentin läsnäolo, joka lähestyy vakiosignaalia lähetettäessä pitkiä ykkösten ja nollien sarjoja (se voidaan ohittaa pakkaamalla lähetetty data). Tästä johtuen monet tietoliikennelinjat, jotka eivät tarjoa suoraa galvaanista yhteyttä vastaanottimen ja lähteen välillä, eivät tue tämän tyyppistä koodausta. Siksi verkoissa NRZ -koodia käytetään pääasiassa sen eri muunnelmien muodossa, joissa sekä huono koodin itsesynkronointi että DC-ongelmat on eliminoitu.

Manchester-koodaus

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

Manchesterin koodaus

Manchesterin koodauksessa jokainen kello on jaettu kahteen osaan. Tiedot koodataan mahdollisilla pudotuksilla kunkin jakson keskellä. Manchester-koodausta on kahta tyyppiä:

  • IEEE 802.3:n mukaisesti looginen ykkönen koodataan siirtymällä matalasta signaalitasosta korkeaan, ja looginen nolla koodataan siirtymällä ylemmältä signaalitasolta alemmalle merkitsevän aikavälin keskellä.
  • Differentiaalinen Manchesterin koodaus (D. E. Thomasille) - looginen yksikkö koodataan pudottamalla ylemmältä signaalitasolta matalalle, ja looginen nolla koodataan pudottamalla alemmalta signaalitasolta ylempään signaalin keskellä. merkittävä aikaväli [3] .

Jokaisen jakson alussa voi esiintyä palvelusignaalin reuna, jos sinun on esitettävä useita ykkösiä tai nollia peräkkäin. Koska signaali muuttuu vähintään kerran databittijaksoa kohden, Manchester-koodilla on itsesynkronointiominaisuudet. Pakollinen siirtymän läsnäolo bitin keskellä tekee kellosignaalin eristämisen helpoksi. Lähetystaajuuksien sallittu ero on jopa 25% (tämä tarkoittaa, että Manchester-2-koodi on kestävin desynkronointia vastaan, se synkronoituu itse jokaisessa lähetetyn tiedon bitissä).

Kooditiheys on 1 bitti/hertsi. Manchester-2:n koodaaman signaalin spektrissä on 2 taajuutta - lähetystaajuus ja puolilähetystaajuus (se muodostuu, kun 0 ja 1 tai 1 ja 0 ovat lähellä. Lähetettäessä vain 0 tai 1 hypoteettinen sekvenssi, spektrissä on vain lähetystaajuus).

Manchester-koodauksen edut
  • Ei vakiokomponenttia (signaalin muutos tapahtuu jokaisessa tiedonsiirtojaksossa)
  • Taajuuskaistalla verrattuna NRZ -koodaukseen - perusharmoninen lähetettäessä ykkösten tai nollien sekvenssiä, sen taajuus on N Hz ja vakiosekvenssillä (lähetettäessä vuorottelevia ykkösiä ja nollia) - N / 2 Hz.
  • Se on itsesynkronoiva , eli se ei vaadi erityistä kellopulssin koodausta, joka varaisi datakaistan ja on siksi tihein koodi taajuusyksikköä kohti.
  • Mahdollisuus tarjota galvaaninen eristys muuntajan avulla, koska siinä ei ole vakiokomponenttia
  • Toinen tärkeä etu on bittien synkronointitarpeen puuttuminen (kuten NRZ-koodissa) ja sen seurauksena dataa voidaan lähettää peräkkäin mielivaltaisen pitkän ajan, minkä vuoksi datatiheys kokonaiskoodivirrassa lähestyy. 100 % (esimerkiksi NRZ 1-8-0:lle se on 80 %).

Millerin koodi

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

Millerin koodi

Miller-koodi (jota kutsutaan joskus kolmitaajuiseksi) on kaksinapainen kaksitasoinen koodi, jossa jokainen informaatiobitti on koodattu kahden bitin yhdistelmällä {00, 01, 10, 11}ja siirtymät tilasta toiseen kuvataan kaaviolla [9] . Kun loogisia nollia tai ykkösiä syötetään jatkuvasti kooderiin, napaisuuden vaihto tapahtuu aikavälillä T, ja siirtyminen ykkösten lähettämisestä nollien lähettämiseen tapahtuu 1,5 T:n välein. Kun sekvenssi 101 saapuu kooderiin, tapahtuu intervalli 2T, tästä syystä tätä koodausmenetelmää kutsutaan kolmitaajuiseksi [3] .

Edut
  • Ei redundanssia koodissa (ei erityisiä synkronointiyhdistelmiä);
  • Mahdollisuus synkronoida itse (koodi itsessään sisältää periaatteen, jolla taataan, että voit synkronoida);
  • Miller-koodin kaistanleveys on puolet Manchester-koodin kaistanleveydestä.
Haitat
  • Vakiokomponentin läsnäolo, kun taas matalataajuinen komponentti on myös riittävän suuri, mikä voidaan voittaa neliön muunnetulla Miller-koodilla.

Kolmitasoiset koodausjärjestelmät

RZ (palaa nollaan)

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

RZ koodi

RZ (return to zero ) on  kaksinapainen koodi, jossa on palautus nollaan [5] (kolmitasoinen). RZ-koodin mukaan jokainen bitti välitetään pudotuksena yhdeltä tasolta nollaan, keskellä merkitsevää aikaväliä seuraavasti: looginen nolla vastaa siirtymistä ylemmältä tasolta nollatasolle, looginen vastaa. siirtymiseen alemmalta tasolta nollatasolle. Vaatii 2 kertaa tilanvaihtonopeuden verrattuna NRZ-koodin mukaiseen kytkentänopeuteen.

Bipolaarinen koodi AMI

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

AMI koodi

AMI (Alternate mark inversion) -koodi  - sillä on hyvät synkronointiominaisuudet siirrettäessä yksikkösarjoja ja se on suhteellisen helppo toteuttaa. Koodin haittana on datavirran nollien tiheyden rajoitus, koska pitkät nollasekvenssit johtavat synkronoinnin menettämiseen. Käytetään tietokerroksen puheluissa, kun käytetään multipleksointivirtoja [3] .

AMI - koodi [5] käyttää seuraavia bittimuotoja:

  • bitit 0 esitetään nollajännitteellä (0 V)
  • bittejä 1 edustaa vuorotellen -U tai +U (B)

HDB3 (High Density Third Order Bipolar Code)

HDB3 - koodi (kolmannen asteen korkean tiheyden bipolaarinen koodi [5] ) korjaa kaikki 4 peräkkäistä nollaa alkuperäisessä sekvenssissä. Koodin generointisääntö on seuraava: joka 4. nolla korvataan 4 symbolilla, joissa on vähintään yksi V. DC-komponentin vaimentamiseksi V-signaalin napaisuus vaihtuu peräkkäisten vaihtojen aikana. Korvaamiseen on kaksi tapaa:

  1. Jos ennen vaihtoa lähdekoodi sisälsi parittoman määrän ykkösiä, käytetään sekvenssiä 000V
  2. Jos ennen vaihtoa lähdekoodi sisälsi parillisen määrän ykkösiä, käytetään sarjaa 100V

Tietyn signaalin kielletyn napaisuuden yksikön V-signaali

Sama kuin AMI , vain neljän nollan sekvenssien koodaus korvataan koodilla -V / 0, 0, 0, -V tai +V / 0, 0, 0, +V - riippuen signaalin edellisestä vaiheesta ja ykkösten lukumäärä signaalissa, joka edeltää annettua nollasarjaa.

MLT-3

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

MLT-3 koodaus

MLT-3 ( Multi Level Transmission - 3) on koodausmenetelmä  , joka käyttää kolmea signaalitasoa. Menetelmä perustuu tasojen -U, 0, +U sykliseen vaihtoon. Yksi vastaa siirtymistä signaalitasolta toiselle. Kuten NRZI- menetelmässä , kun looginen nolla lähetetään, signaali ei muutu. Cisco Systems on kehittänyt menetelmän käytettäväksi FDDI -verkoissa , jotka perustuvat kuparijohtoihin, jotka tunnetaan nimellä CDDI. Käytetään myös Fast Ethernet 100BASE-TX :ssä . Yksi vastaa siirtymää signaalitasolta toiselle, ja signaalitason muutos tapahtuu peräkkäin ottaen huomioon edellinen siirtymä. Kun nolla lähetetään, signaali ei muutu.

MLT-3-koodin edut
  • Yleisimmissä tasojen vaihdoissa (pitkä sarja ykkösiä) tarvitaan neljä siirtymää syklin loppuun saattamiseksi. Tämä mahdollistaa kantoaallon taajuuden pienentämisen nelinkertaiseksi suhteessa kellotaajuuteen, mikä tekee MLT-3 :sta kätevän menetelmän käytettäessä kuparijohtoja lähetysvälineenä.
  • Tämä koodi, kuten NRZI , on esikoodattava. Käytetään Fast Ethernet 100Base-TX :ssä .

Kolmiosainen hybridikoodi

Syöttöbitti Edellinen
lähtötila		 lähtöbitti
0 + −
0
− 0
yksi +
0 +
−

4B3T

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

4B3T koodi

4B3T (4 binaarista 3 kolmiosaista symbolia, kun 4 binäärisymbolia lähetetään käyttämällä 3 ternaarista symbolia) - kooderin lähdössä oleva signaali 4B3T-koodin mukaan on kolmitasoinen, eli muodostuu signaali, jolla on kolme potentiaalitasoa kooderin lähdössä. Koodi generoidaan esimerkiksi MMS43-koodaustaulukon [10] mukaan . Koodaustaulukko:

MMS 43 koodaustaulukko
Syöte Kertynyt DC-offset
yksi 2 3 neljä
0000 + 0 + (+2) 0–0 (–1)
0001 0 − + (+0)
0010 + − 0 (+0)
0011 0 0 + (+1) - - 0 (-2)
0100 − + 0 (+0)
0101 0 + + (+2) − 0 0 (−1)
0110 − + + (+1) - - + (-1)
0111 − 0 + (+0)
1000 + 0 0 (+1) 0 − − (−2)
1001 + − + (+1) - - - (-3)
1010 + + − (+1) + − − (−1)
1011 + 0 − (+0)
1100 + + + (+3) − + − (−1)
1101 0 + 0 (+1) − 0 − (−2)
1110 0 + − (+0)
1111 + + 0 (+2) 0 0 − (−1)

Dekoodaustaulukko:

Kolmiosainen Binääri Kolmiosainen Binääri Kolmiosainen Binääri
0 0 0 n/a − 0 0 0101 + − − 1010
+0+ 0000 − + + 0110 + 0 − 1011
0-0 0000 - - + 0110 + + + 1100
0 − + 0001 – 0+ 0111 - + - 1100
+ - 0 0010 + 0 0 1000 0+0 1101
0 0+ 0011 0 - - 1000 − 0 − 1101
-- 0 0011 + − + 1001 0 + − 1110
− + 0 0100 − − − 1001 + + 0 1111
0++ 0101 + + − 1010 0 0 − 1111

Järjestelmät nelitasolla koodauksella

2B1Q (potentiaalikoodi 2B1Q)

Zoomaa taaksepäin Lisääntyä

2B1Q koodi

2B1Q (2 Binary 1 Quaternary)  - potentiaalikoodi 2B1Q (jota kutsutaan jossain kirjallisuudessa PAM- 5 :ksi ) lähettää bittiparin yhdessä merkitsevässä aikavälissä [1] [2] . Jokaiselle mahdolliselle parille on määritetty oma neljän mahdollisen potentiaalitason taso.

Pari Vastaava
potentiaali,
Volt
00 −2.5
01 -0,833
yksitoista +0,833
kymmenen +2.5
2B1Q-menetelmän etu
  • Tämän menetelmän signaalinopeus on kaksi kertaa pienempi kuin NRZ- ja AMI-koodien signaalinopeus, ja signaalin spektri on kaksi kertaa kapeampi. Siksi 2B1Q-koodia käyttämällä on mahdollista lähettää dataa kaksi kertaa nopeammin samalla linjalla.
2B1Q-menetelmän haitat
  • Tämän menetelmän toteuttaminen vaatii tehokkaamman lähettimen ja monimutkaisemman vastaanottimen, joiden on erotettava toisistaan ​​neljä tasoa.

Katso myös

Lähteet

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Berlin A. N. Vaihto viestintäjärjestelmissä ja -verkoissa. - M . : Ekotrendit, 2006. - S. 39-43. — 344 s. - ISBN 5-88405-073-9 .
  2. ↑ 1 2 Abilov A.V. Viestintäverkot ja kytkentäjärjestelmät. - M . : Radio ja viestintä, 2004. - 288 s. — ISBN 5-256-01704-7 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Irvin J. , Harl D. Tiedonsiirto verkoissa: tekninen lähestymistapa. - Pietari. : BVH-Petersburg, 2003. - 448 s. — ISBN 5-94157-113-5 .
  4. ↑ Sergienko A. B. Digitaalinen signaalinkäsittely. - Pietari. : Peter, 2002. - 608 s. — ISBN 5-318-00666-3 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dunsmore, Brad, Skander, Toby. Tietoliikennetekniikan käsikirja. – Williams. - M. , 2004. - 640 s. - ISBN 5-8459-0562-1 .
  6. ↑ Sklyar, Bernard. Digitaalinen viestintä. Teoreettiset perusteet ja käytännön sovellus / Käännetty englannista. E. G. Grozy , V. V. Marchenko , A. V. Nazarenko . - 2. versio .. - M . : Williams, 2007. - 1104 s. - ISBN 978-5-8459-0497-3 .
  7. ↑ 1 2 3 4 Shuvalov V. P. , Zakharchenko N. V. et al. Diskreettien viestien välittäminen: oppikirja yliopistoille / toim. Shuvalov V.P. - M . : Radio ja viestintä, 1990. - 464 s. — ISBN 5-256-00852-8 .
  8. ↑ Dvorkovich V.P. , Dvorkovich A.V. Videotietojärjestelmien metrologinen tuki. — M .: Technosfera, 2015. — 784 s. - ISBN 978-5-94836-419-3 .
  9. ↑ Mylene Pischella , Didier Le Ruyet. Digitaalinen viestintä 2: Digitaaliset modulaatiot. - John Wiley & Sons, 2015. - S. 28-30. — 334 s. — ISBN 1119189993 . — ISBN 9781119189992 .
  10. ↑ "Kiinteä tietoliikenne T-SMINTO 4B3T toisen sukupolven modulaarinen ISDN NT (tavallinen)" (PDF) (Tietolehti). Versio 1.1. Infinion. marraskuuta 2001. PEF 80902. . Haettu 8. tammikuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 30. joulukuuta 2016.

Kirjallisuus

  • Goldstein Boris Solomonovitš. Käytä verkkoprotokollia. - BHV-Pietari. – 2005.
  • Erillisten viestien välittäminen: Oppikirja lukioille / V. P. Shuvalov, N. V. Zakharchenko, V. O. Shvartsman ja muut; Ed. V. P. Shuvalova. - M .: Radio ja viestintä, -1990-464 ISBN 5-256-00852-8
  • Sukhman S. M., Bernov A. V., Shevkoplyas B. V. Synkronointi tietoliikennejärjestelmissä: Teknisten ratkaisujen analyysi. - M .: Eco-Trenz, - 2003, 272s. ISBN 5-88405-046-1

Linkit