Fizikai kódolás

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2019. június 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 11 szerkesztést igényelnek .

Fizikai kódolás (vonalkódolás [1] [2] [3] , jelmanipuláció [1] [4] , moduláció, impulzuskód moduláció [1] [5] [6] ) - digitálisan továbbított diszkrét jelek [7]  ábrázolása kommunikációs csatorna a digitális formában ábrázolt adatok fizikai kommunikációs csatornán (például optikai szálon , sodrott érpáron , koaxiális kábelen , infravörös sugárzáson ) való távolságon keresztüli továbbítása érdekében. A fizikai kódolást az adatok digitális adathordozóra történő rögzítésére is használják . A fizikai kódolás során figyelmet fordítanak a generált jel jellemzőire : sávszélességre, a jel harmonikus összetételére, a vevő és az adó szinkronizálásának lehetőségére. A fizikai kódolás során megoldódik a szinkronizálás, a jel sávszélesség szabályozása, az adatátviteli sebesség és az adatátviteli távolság kérdése [1] [5] .

A diszkrét jelátvitelnek vannak típusai :

Kódolási hierarchia

A jelkódolási rendszernek hierarchiája van.

Fizikai kódolás

Nagyítás vissza Növekedés

Példák fizikai kódolásra

A kódolási hierarchia legalsó szintje a fizikai kódolás, amely meghatározza a diszkrét jelszintek számát (feszültség-amplitúdók, áramamplitúdók, fényerő-amplitúdók).

A fizikai kódolás csak a kódolási hierarchia legalsó szintjén, a fizikai szinten veszi figyelembe a kódolást, és nem veszi figyelembe a kódolási hierarchia magasabb szintjeit, amelyek különböző szintű logikai kódolásokat tartalmaznak.

A fizikai kódolás szempontjából egy digitális jelnek két, három, négy, öt stb. szintű feszültségamplitúdója, áramamplitúdója, fényamplitúdója lehet.

Az Ethernet technológia egyik változata sem használja a 0. bit 0 voltos és az 1. bit +5 voltos közvetlen bináris kódolását, mivel ez a módszer kétértelműséghez vezet. Ha az egyik állomás elküldi a 00010000 bitsort, akkor a másik állomás 10000-ként vagy 01000-ként értelmezheti, mivel nem tudja megkülönböztetni a "nincs jelet" a 0 bittől. Ezért a fogadó gépnek szüksége van egy módra, hogy egyedileg meghatározza a kezdetet, a végét és a végét. minden bit közepén külső időzítő nélkül. A fizikai réteg jelkódolása lehetővé teszi a vevő számára, hogy a bitperiódus közepén a feszültség változtatásával szinkronizáljon az adóval.

Egyes esetekben a fizikai kódolás megoldja a problémákat:

Logikai kódolás

A kódolási hierarchia második szintje a különböző célú logikai kódolás legalacsonyabb szintje.

A fizikai kódolás és a logikai kódolás együtt alacsony szintű kódrendszert alkot.

Kódformátumok

A kódszó minden bitjét diszkrét jelek, például impulzusok segítségével továbbítják vagy rögzítik. A forráskód bizonyos jelek általi megjelenítésének módját a kód formátuma határozza meg. Számos formátum ismert, amelyek mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai, és bizonyos berendezésekben való használatra készültek.

Az él iránya egységjel továbbításakor nem számít. Ezért a kódolt jel polaritásának megváltoztatása nem befolyásolja a dekódolás eredményét. Egyenáramú komponens nélkül szimmetrikus vonalakon továbbítható. Leegyszerűsíti a mágneses rögzítést is. Ez a formátum "Manchester 1" néven is ismert. Az SMPTE idő-címkódban használatos, amelyet széles körben használnak az audio- és videohordozók szinkronizálására.

Kétszintű kódrendszerek

NRZ (Non Return to Zero)

Nagyítás vissza Növekedés

NRZ kód

Az NRZ (Non Return to Zero   ) egy  kétszintű kód. A logikai nulla az alsó szintnek, a logikai egységnek a felső szintnek felel meg. Az információátmenetek az értelmes intervallumok határán (szignifikáns pillanat) [3] [7] történnek .

Az NRZ kód megjelenítésének változatai

Számos lehetőség van a kód bemutatására:

  • Unipoláris kód - a logikai egységet a felső potenciál, a logikai nullát a nulla potenciál képviseli;
  • Bipoláris kód - a logikai egyet egy pozitív potenciál, a logikai nullát egy negatív potenciál képviseli.
Az NRZ kód előnyei
  • Egyszerű megvalósítás;
  • Nagy adatátviteli sebesség;
Az NRZ kód hátrányai
  • Egy start-stop bit átvitelének szükségessége a vevő és az adó szinkronizálása érdekében;
  • Állandó komponens (kapacitás) jelenléte [5] , amely lehetetlenné teszi a galvanikus leválasztást transzformátor segítségével;
  • Magas követelmények a frekvencia szinkronizálására a vételi és az adási végén - egy szó (byte) átvitele során a vevőnek nem szabad egy bitnél többet eltévednie (például egy bájt hosszúságú szó esetében, kezdő és leállító bittel, azaz csak 10 bit csatornainformáció, a vevő és az adó deszinkronizálási frekvenciája nem haladhatja meg a 10%-ot mindkét irányban, egy 16 bites szónál, azaz 18 bites csatornainformációnál a deszinkronizálás nem haladhatja meg az 5,5%-ot, és fizikai megvalósításokban még kevésbé).

NRZI (Non Return to Zero Invertive)

Az NRZI (Non Return to Zero Invertive)  egy potenciálkód egy inverzióval, a kód inverz állapotból jön létre, amikor logikai egység érkezik a kódoló bemenetére, ha logikai nulla érkezik, akkor a potenciál állapota nem változtat. Ez a módszer egy módosított Non Return to Zero ( NRZ ) [3] módszer .

Mivel a kód nincs védve a logikai nullák vagy egyesek hosszú sorozataival szemben, ez szinkronizálási problémákhoz vezethet. Ezért az átvitel előtt ajánlott egy adott bitsorozatot előre kódolni egy kóddal, amely biztosítja a kódolást ( a scrambler úgy van kialakítva, hogy véletlenszerű tulajdonságokat adjon át az átvitt adatsorozatnak, hogy megkönnyítse a vevő órafrekvenciájának kiválasztását ). Fast Ethernet 100Base-FX és 100Base-T4 esetén használatos.

Az NRZI kód ​​előnyei
  • Könnyű végrehajtás;
  • A módszer jó hibafelismeréssel rendelkezik (két élesen eltérő potenciál jelenléte miatt);
  • A jel spektruma a szignifikáns intervallumok frekvenciájához képest az alacsony frekvenciájú tartományban helyezkedik el.
Az NRZI kód ​​hátrányai
  • A metódus nem rendelkezik önszinkronizálási tulajdonsággal. A vevő még nagy pontosságú óragenerátor esetén is hibázhat az adatgyűjtés pillanatának megválasztásában, hiszen a két generátor frekvenciája soha nem teljesen azonos. Ezért nagy adatsebesség és hosszú egyesek vagy nullák sorozata esetén az órafrekvenciák kis eltérése hibához vezethet egy teljes ciklusban, és ennek megfelelően hibás bitérték kiolvasásához vezethet;
  • A módszer második komoly hátránya egy kisfrekvenciás komponens jelenléte, amely hosszú egyesek és nullák sorozatának továbbításakor megközelíti az állandó jelet (az átvitt adatok tömörítésével megkerülhető). Emiatt sok olyan kommunikációs vonal, amely nem biztosít közvetlen galvanikus kapcsolatot a vevő és a forrás között, nem támogatja az ilyen típusú kódolást. Ezért a hálózatokban az NRZ kódot elsősorban annak különféle módosításai formájában használják, amelyekben mind a rossz kód-önszinkronizálás, mind az egyenáramú problémák megszűnnek.

Manchester kódolás

Nagyítás vissza Növekedés

Manchester kódolás

A manchesteri kódolásban minden óra két részre van osztva. Az információkat az egyes ciklusok közepén potenciális esések kódolják. A Manchester kódolásnak két típusa van:

  • Az IEEE 802.3 szabványnak megfelelően a logikai egyet az alacsony jelszintről a magasra való átmenet kódolja, a logikai nullát pedig a felső jelszintről az alsó szintre való átmenet kódolja a jelentős intervallum közepén.
  • Differenciális Manchester kódolás (D. E. Thomashoz) - a logikai egységet a felső jelszintről az alacsony szintre való csökkenés kódolja, a logikai nullát pedig az alsó jelszintről a felső szintre való csökkenés kódolja a jel közepén. szignifikáns intervallum [3] .

Minden ciklus elején előfordulhat egy szolgáltatási jel él, ha egymás után több egyest vagy nullát kell ábrázolnia. Mivel a jel adatbitciklusonként legalább egyszer változik, a Manchester-kód önszinkronizáló tulajdonságokkal rendelkezik. Az átmenet kötelező jelenléte a bit közepén megkönnyíti az órajel elkülönítését. Az átviteli frekvenciák megengedhető különbsége legfeljebb 25% (ez azt jelenti, hogy a Manchester-2 kód ellenáll a leginkább a deszinkronizálásnak, az átvitt információ minden bitjében önmagát szinkronizálja).

A kódsűrűség 1 bit/hertz. A Manchester-2 által kódolt jel spektrumában 2 frekvencia található - az átviteli frekvencia és a fél átviteli frekvencia (ez akkor jön létre, ha 0 és 1 vagy 1 és 0 a közelben. Csak 0 vagy 1 hipotetikus sorozat átvitelekor, csak az átviteli frekvencia lesz jelen a spektrumban).

A manchesteri kódolás előnyei
  • Nincs állandó komponens (jelváltozás minden adatátviteli ciklusban történik)
  • A frekvenciasáv az NRZ kódolással összehasonlítva - az egyesek vagy nullák sorozatának átvitelekor az alapharmonikus frekvenciája N Hz, és állandó szekvenciával (váltakozó egyesek és nullák átvitelekor) - N / 2 Hz.
  • Önszinkronizáló , azaz nem igényel speciális kódolást az óraimpulzusnak, amely az adatsávot lefoglalná, és ezért egységnyi frekvenciánként a legsűrűbb kód.
  • Lehetőség a galvanikus leválasztás biztosítására transzformátor segítségével, mivel nincs állandó komponense
  • A második fontos előny, hogy nincs szükség bitek szinkronizálására (mint az NRZ kódnál), és ennek eredményeként az adatok tetszőlegesen hosszú ideig egymás után továbbíthatók, aminek következtében az adatsűrűség a teljes kódfolyamban megközelíti. 100% (például az NRZ 1-8-0 esetében ez 80%).

Miller kód

Nagyítás vissza Növekedés

Miller kód

A Miller-kód (néha háromfrekvenciásnak is nevezik) egy bipoláris, kétszintű kód, amelyben minden információs bit két bit kombinációjával van kódolva {00, 01, 10, 11}, és az egyik állapotból a másikba való átmeneteket egy gráf írja le [9] . A logikai nullák vagy egyesek folyamatos bevitelekor a kódolóba a polaritásváltás T intervallumban történik, és az átmenet az egyesekről a nullák átvitelére 1,5 T intervallumonként történik. Amikor egy 101 szekvencia érkezik a kódolóhoz, 2T intervallum lép fel, ezért ezt a kódolási eljárást háromfrekvenciásnak [3] nevezik .

Előnyök
  • Nincs redundancia a kódban (nincs speciális kombináció a szinkronizáláshoz);
  • Az önszinkronizálás képessége (maga a kód tartalmazza azt az elvet, amely alapján garantált a szinkronizálás);
  • A Miller-kód sávszélessége fele a Manchester-kód sávszélességének.
Hátrányok
  • A konstans komponens jelenléte, míg a kisfrekvenciás komponens is elég nagy, amit a módosított Miller-kód felülír a négyzetben.

Háromszintű kódrendszerek

RZ (visszatérés nullára)

Nagyítás vissza Növekedés

RZ kód

Az RZ (return to zero ) egy  bipoláris kód nullára való visszatéréssel [5] (háromszintű). Az RZ kód szerint minden bit egy szintről nullára zuhanásként, egy jelentős intervallum közepén kerül átvitelre a következőképpen: a logikai nulla a felső szintről a nulla szintre való átmenetnek felel meg, a logikai egy pedig a az alacsonyabb szintről a nulla szintre való átmenetre. Az NRZ kód szerinti kapcsolási sebességhez képest 2-szeres állapotkapcsolási sebességet igényel.

Bipoláris kód AMI

Nagyítás vissza Növekedés

AMI kód

AMI (Alternate Mark Inversion) kód  - jó szinkronizálási tulajdonságokkal rendelkezik az egységek sorozatának átvitelekor, és viszonylag könnyen megvalósítható. A kód hátránya a nullák sűrűségének korlátozása az adatfolyamban, mivel a hosszú nullák sorozata a szinkronizálás elvesztéséhez vezet. Adatréteg telefonálásban használják multiplex folyamok használatakor [3] .

Az AMI kód ​​[5] a következő bitreprezentációkat használja:

  • a 0 biteket nulla feszültség (0 V) jelenti
  • az 1. biteket felváltva -U vagy +U (B) jelöli

HDB3 (High Density Third Order Bipoláris kód)

A HDB3 kód (harmadrendű, nagy sűrűségű bipoláris kód [5] ) kijavítja az eredeti sorozat bármely 4 egymást követő nulláját. A kódgenerálás szabálya a következő: minden 4 nullát 4 szimbólum helyettesít, amelyben legalább egy V jel van. A DC komponens elnyomására a V jel polaritása váltakozik az egymást követő cserék során. Kétféleképpen lehet cserélni:

  1. Ha a csere előtt a forráskód páratlan számú egyest tartalmazott, akkor a 000V sorozatot használjuk
  2. Ha a csere előtt a forráskód páros számú egyest tartalmazott, akkor a 100V sorozatot használjuk

A tiltott polaritás mértékegységének V jele adott jelre

Ugyanúgy, mint az AMI , csak a négy nullából álló szekvenciák kódolását helyettesíti a -V / 0, 0, 0, -V vagy +V / 0, 0, 0, +V - a jel előző fázisától függően. és az egyesek száma a jelben, megelőzve az adott nullák sorozatát.

MLT-3

Nagyítás vissza Növekedés

MLT-3 kódolás

Az MLT-3 ( Multi Level Transmission - 3) egy kódolási  módszer, amely három jelszintet használ. A módszer a -U, 0, +U szintek ciklikus átkapcsolásán alapul. Az egyik az egyik jelszintről a másikra való átmenetnek felel meg. Az NRZI módszerhez hasonlóan logikai nulla átvitelekor a jel nem változik. A módszert a Cisco Systems fejlesztette ki rézhuzalokon (CDDI) alapuló FDDI hálózatokban való használatra. Fast Ethernet 100BASE-TX- ben is használatos . Az egyik az egyik jelszintről a másikra való átmenetnek felel meg, és a jelszint változása szekvenciálisan történik, figyelembe véve az előző átmenetet. Nulla átvitele esetén a jel nem változik.

Az MLT-3 kód előnyei
  • A leggyakrabban előforduló szintváltásnál (egyesek hosszú sorozata) négy átmenet szükséges a ciklus befejezéséhez. Ez lehetővé teszi a vivőfrekvencia négyszeres csökkentését az órafrekvenciához képest, így az MLT-3 kényelmes módszer rézvezetékek átviteli közegként való használatakor.
  • Ezt a kódot, akárcsak az NRZI -t, előre kódolni kell. Fast Ethernet 100Base-TX- ben használatos .

Hibrid hármas kód

Bemeneti bit Előző
kimeneti állapot		 kimeneti bit
0 + −
0
− 0
egy +
0 +
−

4B3T

Nagyítás vissza Növekedés

4B3T kód

4B3T (4 bináris 3 hármas, amikor 4 bináris szimbólumot 3 hármas szimbólummal továbbítanak) - a kódoló kimenetén a jel a 4B3T kód szerint háromszintű, azaz három potenciálszintű jel jön létre a kódoló kimenetén. A kódot például az MMS43 kódolási táblázat szerint állítják elő [10] . Kódolási táblázat:

MMS 43 kódolási táblázat
Bemenet Akkumulált DC eltolás
egy 2 3 négy
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)

Dekódoló táblázat:

Hármas Bináris Hármas Bináris Hármas Bináris
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

Rendszerek négyszintű kódolással

2B1Q (2B1Q potenciálkód)

Nagyítás vissza Növekedés

2B1Q kód

2B1Q (2 Binary 1 Quaternary)  - a 2B1Q potenciálkód (egyes irodalomban PAM- 5 - nek hívják ) egy bitpárt továbbít egy jelentős intervallumban [1] [2] . Minden lehetséges párhoz hozzá van rendelve a saját négy lehetséges szintből álló szintje.

Pár Megfelelő
potenciál,
Volt
00 −2.5
01 −0,833
tizenegy +0,833
tíz +2,5
A 2B1Q módszer előnye
  • Ennek a módszernek a jelsebessége kétszer kisebb, mint az NRZ és AMI kódoké, a jelspektrum pedig kétszer szűkebb. Ezért a 2B1Q kód használatával kétszer gyorsabban lehet adatokat továbbítani ugyanazon a vonalon.
A 2B1Q módszer hátrányai
  • Ennek a módszernek a megvalósításához erősebb adóra és összetettebb vevőre van szükség, amelyeknek négy szintet kell megkülönböztetniük.

Lásd még

Források

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Berlin A. N. Kapcsolás a kommunikációs rendszerekben és hálózatokban. - M . : Öko-trendek, 2006. - S. 39-43. — 344 p. - ISBN 5-88405-073-9 .
  2. ↑ 1 2 Abilov A.V. Kommunikációs hálózatok és kapcsolórendszerek. - M . : Rádió és kommunikáció, 2004. - 288 p. — ISBN 5-256-01704-7 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Irvin J. , Harl D. Adatátvitel hálózatokban: mérnöki megközelítés. - Szentpétervár. : BVH-Pétervár, 2003. - 448 p. — ISBN 5-94157-113-5 .
  4. ↑ Sergienko A. B. Digitális jelfeldolgozás. - Szentpétervár. : Péter, 2002. - 608 p. — ISBN 5-318-00666-3 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dunsmore, Brad, Skander, Toby. Távközlési technológiák kézikönyve. - Williams. - M. , 2004. - 640 p. - ISBN 5-8459-0562-1 .
  6. ↑ Sklyar, Bernard. Digitális kommunikáció. Elméleti alapok és gyakorlati alkalmazás / Angolból fordítva. E. G. Grozy , V. V. Marcsenko , A. V. Nazarenko . - 2. revízió .. - M . : Williams, 2007. - 1104 p. - ISBN 978-5-8459-0497-3 .
  7. ↑ 1 2 3 4 Shuvalov V. P. , Zakharchenko N. V. et al. Diszkrét üzenetek továbbítása: tankönyv egyetemeknek / szerk. Shuvalov V. P. . - M . : Rádió és kommunikáció, 1990. - 464 p. — ISBN 5-256-00852-8 .
  8. ↑ Dvorkovich V.P. , Dvorkovich A.V. Videó információs rendszerek metrológiai támogatása. — M .: Technosfera, 2015. — 784 p. - ISBN 978-5-94836-419-3 .
  9. ↑ Mylene Pischella , Didier Le Ruyet. Digitális kommunikáció 2: Digitális modulációk. - John Wiley & Sons, 2015. - S. 28-30. — 334 p. — ISBN 1119189993 . — ISBN 9781119189992 .
  10. ↑ "Vezetékes kommunikáció T-SMINTO 4B3T második generációs moduláris ISDN NT (rendes)" (PDF) (Adatlap). 1.1-es verzió. Infinion. 2001. november PEF 80902 . Letöltve: 2018. január 8. Az eredetiből archiválva : 2016. december 30.

Irodalom

  • Goldstein Borisz Salamonovics. Hozzáférés a hálózati protokollokhoz. - BHV-Pétervár. – 2005.
  • Diszkrét üzenetek továbbítása: Tankönyv középiskoláknak / V. P. Shuvalov, N. V. Zakharchenko, V. O. Shvartsman és mások; Szerk. V. P. Shuvalova. - M .: Rádió és kommunikáció, -1990-464 ISBN 5-256-00852-8
  • Sukhman S. M., Bernov A. V., Shevkoplyas B. V. Szinkronizálás távközlési rendszerekben: Mérnöki megoldások elemzése. - M .: Eco-Trenz, - 2003, 272s. ISBN 5-88405-046-1

Linkek