Fysisk kodning

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 juni 2019; kontroller kräver 11 redigeringar .

Fysisk kodning (linjekodning [1] [2] [3] , signalmanipulation [1] [4] , modulering, pulskodmodulering [1] [5] [6] )  - representationer av diskreta signaler [7] som sänds över digitala kommunikationskanal , för att överföra data representerad i digital form över ett avstånd över en fysisk kommunikationskanal (såsom optisk fiber , tvinnat par , koaxialkabel , infraröd strålning ). Fysisk kodning används också för att registrera data på ett digitalt medium . Vid fysisk kodning ägnas uppmärksamhet åt egenskaperna hos den genererade signalen : bandbredd, signalens harmoniska sammansättning, förmågan att synkronisera mottagaren med sändaren. Under fysisk kodning löses frågorna om synkronisering, signalbandbreddskontroll, dataöverföringshastighet och avståndet över vilket data måste överföras [1] [5] .

Det finns typer av diskret signalöverföring :

Kodningshierarki

Signalkodningssystemet har en hierarki.

Fysisk kodning

Zooma tillbaka Öka

Exempel på fysisk kodning

Den nedre nivån i kodningshierarkin är fysisk kodning, som bestämmer antalet diskreta signalnivåer (spänningsamplituder, strömamplituder, ljusstyrkeamplituder).

Fysisk kodning beaktar kodning endast på den lägsta nivån av kodningshierarkin, den fysiska nivån, och tar inte hänsyn till högre nivåer i kodningshierarkin, som inkluderar logiska kodningar av olika nivåer.

Ur fysisk kodningssynpunkt kan en digital signal ha två, tre, fyra, fem, etc. nivåer av spänningsamplitud, strömamplitud, ljusamplitud.

Ingen av versionerna av Ethernet -teknik använder direkt binär kodning av bit 0 med 0 volt och bit 1 med +5 volt, eftersom denna metod leder till tvetydighet. Om en station skickar bitsträngen 00010000, då kan den andra stationen tolka den som antingen 10000 eller 01000, eftersom den inte kan skilja "ingen signal" från bit 0. Därför behöver den mottagande maskinen ett sätt att unikt bestämma början, slutet och mitten av varje bit utan hjälp av en extern timer. Signalkodningen vid det fysiska lagret tillåter mottagaren att synkronisera med sändaren genom att ändra spänningen i mitten av bitperioden.

I vissa fall löser fysisk kodning problem:

Logisk kodning

Den andra nivån i kodningshierarkin är den lägsta nivån av logisk kodning med olika syften.

Tillsammans bildar fysisk kodning och logisk kodning ett kodningssystem på låg nivå.

Kodformat

Varje bit av kodordet sänds eller registreras med användning av diskreta signaler, såsom pulser. Sättet på vilket källkoden representeras av vissa signaler bestäms av kodens format. Ett stort antal format är kända, som vart och ett har sina egna fördelar och nackdelar och är avsedda att användas i viss utrustning.

Riktningen på kanten vid sändning av en enhetssignal spelar ingen roll. Att ändra polariteten hos den kodade signalen påverkar därför inte avkodningsresultatet. Den kan sändas över balanserade ledningar utan en DC-komponent. Det förenklar också dess magnetiska inspelning. Detta format är också känt som "Manchester 1". Den används i SMPTE-tidsadresskoden, som används ofta för att synkronisera ljud- och videomedia.

Binivåkodningssystem

NRZ (Non Return to Zero)

Zooma tillbaka Öka

NRZ-kod

NRZ (Non Return to Zero  )  är en  tvånivåkod. Logisk nolla motsvarar den lägre nivån, logisk enhet - den övre nivån. Informationsövergångar sker vid gränsen av meningsfulla intervall (signifikant moment) [3] [7] .

Varianter av NRZ-kodrepresentation

Det finns flera alternativ för att presentera kod:

  • Unipolär kod - logisk enhet representeras av den övre potentialen, logisk nolla representeras av nollpotential;
  • Bipolär kod - en logisk etta representeras av en positiv potential, en logisk nolla representeras av en negativ potential.
Fördelar med NRZ-koden
  • Enkel implementering;
  • Hög dataöverföringshastighet;
Nackdelar med NRZ-kod
  • Behovet av att sända en start-stopp-bit för att synkronisera mottagaren med sändaren;
  • Närvaron av en konstant komponent (kapacitans) [5] , vilket gör det omöjligt att tillhandahålla galvanisk isolering med hjälp av en transformator;
  • Höga krav på frekvenssynkronisering vid mottagnings- och sändningsändarna - under överföringen av ett ord (byte) bör mottagaren inte gå vilse med mer än en bit (till exempel för ett byte-längdsord med en start- och stoppbit, det vill säga endast 10 bitar av kanalinformation, desynkroniseringsfrekvenser för mottagaren och sändaren får inte överstiga 10 % i båda riktningarna, för ett ord på 16 bitar, det vill säga 18 bitar av kanalinformation, bör desynkroniseringen inte överstiga 5,5 %, och ännu mindre i fysiska implementeringar).

NRZI (Non Return to Zero Invertive)

NRZI (Non Return to Zero Invertive)  är en potentiell kod med en invertering vid etta, koden bildas av ett inverst tillstånd när en logisk enhet kommer till ingången på kodaren, när en logisk nolla anländer gör potentialens tillstånd inte ändras. Denna metod är en modifierad Non Return to Zero ( NRZ ) [3] metod .

Eftersom koden inte är skyddad från långa sekvenser av logiska nollor eller ettor kan detta leda till synkroniseringsproblem. Därför, före överföring, rekommenderas det att förkoda en given bitsekvens med en kod som tillhandahåller förvrängning (förvrängaren är utformad för att ge slumpmässiga egenskaper till den överförda datasekvensen för att underlätta valet av en klockfrekvens av mottagaren ). Används i Fast Ethernet 100Base-FX och 100Base-T4.

Fördelar med NRZI-koden
  • Enkel implementering;
  • Metoden har bra feligenkänning (på grund av närvaron av två skarpt olika potentialer);
  • Signalens spektrum är beläget i lågfrekvensområdet i förhållande till frekvensen för de signifikanta intervallen.
Nackdelar med NRZI-kod
  • Metoden har inte egenskapen självsynkronisering. Även med en högprecisionsklockgenerator kan mottagaren göra ett misstag när den väljer tidpunkt för datainsamling, eftersom frekvenserna för de två generatorerna aldrig är helt identiska. Därför, vid höga datahastigheter och långa sekvenser av ettor eller nollor, kan en liten missanpassning av klockfrekvenser leda till ett fel i en hel cykel och följaktligen läsning av ett felaktigt bitvärde;
  • Den andra allvarliga nackdelen med metoden är närvaron av en lågfrekvent komponent, som närmar sig en konstant signal när man sänder långa sekvenser av ettor och nollor (den kan kringgås genom att komprimera de överförda data). På grund av detta stöder många kommunikationslinjer som inte ger en direkt galvanisk anslutning mellan mottagaren och källan inte denna typ av kodning. Därför, i nätverk, används NRZ -koden huvudsakligen i form av dess olika modifieringar, där både dålig kodsjälvsynkronisering och DC-problem elimineras.

Manchester-kodning

Zooma tillbaka Öka

Manchester-kodning

I Manchester-kodning är varje klocka uppdelad i två delar. Informationen kodas av potentiella fall i mitten av varje cykel. Det finns två typer av Manchester-kodning:

  • I enlighet med IEEE 802.3 kodas en logisk etta genom en övergång från en låg signalnivå till en hög, och en logisk nolla kodas genom en övergång från den övre signalnivån till den lägre i mitten av det signifikanta intervallet.
  • Differential Manchester-kodning (till D. E. Thomas) - en logisk enhet kodas av ett fall från den övre signalnivån till en låg, och en logisk nolla kodas av ett fall från den lägre signalnivån till den övre i mitten av signifikant intervall [3] .

I början av varje cykel kan en servicesignalflank uppstå om du behöver representera flera ettor eller nollor i rad. Eftersom signalen ändras åtminstone en gång per databitcykel har Manchester-koden självsynkroniserande egenskaper. Den obligatoriska närvaron av en övergång i mitten av biten gör det enkelt att isolera klocksignalen. Den tillåtna skillnaden i överföringsfrekvenser är upp till 25 % (detta betyder att Manchester-2-koden är den mest motståndskraftiga mot desynkronisering, den synkroniserar sig själv i varje bit av överförd information).

Kodensiteten är 1 bit/hertz. Det finns 2 frekvenser i spektrumet av signalen som kodas av Manchester-2 - sändningsfrekvensen och halva sändningsfrekvensen (den bildas när 0 och 1 eller 1 och 0 är i närheten. Vid sändning av en hypotetisk sekvens på endast 0 eller 1, endast överföringsfrekvensen kommer att finnas i spektrumet).

Fördelar med Manchester-kodning
  • Ingen konstant komponent (signalförändring sker vid varje dataöverföringscykel)
  • Frekvensbandet i jämförelse med NRZ- kodning - den grundläggande övertonen i när man sänder en sekvens av ettor eller nollor har en frekvens på N Hz, och med en konstant sekvens (vid sändning av alternerande ettor och nollor) - N / 2 Hz.
  • Den är självsynkroniserande , det vill säga den kräver ingen speciell kodning av klockpulsen, som skulle uppta databandet och därför är den tätaste koden per enhetsfrekvens.
  • Möjligheten att tillhandahålla galvanisk isolering med hjälp av en transformator, eftersom den inte har en konstant komponent
  • Den andra viktiga fördelen är frånvaron av behovet av synkroniseringsbitar (som i NRZ-koden) och som ett resultat kan data överföras i följd under en godtyckligt lång tid, på grund av vilken datatätheten i den totala kodströmmen närmar sig 100% (till exempel för NRZ 1- 8-0 är det lika med 80%).

Miller-kod

Zooma tillbaka Öka

Miller kod

Miller-kod (ibland kallad trefrekvens) är en bipolär tvånivåkod där varje informationsbit kodas av en kombination av två bitar {00, 01, 10, 11}och övergångar från ett tillstånd till ett annat beskrivs med en graf [9] . Med kontinuerlig inmatning av logiska nollor eller ettor till kodaren sker polaritetsomkoppling vid intervall T, och övergången från att sända ettor till att sända nollor sker med ett intervall på 1,5T. När en sekvens 101 anländer till kodaren uppstår ett intervall på 2T, av denna anledning kallas denna kodningsmetod trefrekvens [3] .

Fördelar
  • Ingen redundans i koden (inga speciella kombinationer för synkronisering);
  • Förmågan att självsynkronisera (koden i sig innehåller principen genom vilken det garanteras att du kan synkronisera);
  • Bandbredden för Miller-koden är hälften av Manchester-koden.
Nackdelar
  • Närvaron av en konstant komponent, medan lågfrekventa komponenten också är tillräckligt stor, vilket övervinns i den modifierade Miller-koden i kvadraten.

Trenivåkodningssystem

RZ (återgå till noll)

Zooma tillbaka Öka

RZ-kod

RZ (return to zero ) är en  bipolär kod med återgång till noll [5] (tre-nivå). Enligt RZ-koden sänds varje bit som ett fall från en nivå till noll, mitt i ett signifikant intervall, enligt följande: en logisk nolla motsvarar en övergång från en övre nivå till en nollnivå, en logisk etta motsvarar till en övergång från en lägre nivå till en nollnivå. Kräver 2 gånger tillståndsväxlingshastigheten jämfört med växlingshastigheten enligt NRZ-koden.

Bipolär kod AMI

Zooma tillbaka Öka

AMI-kod

AMI-kod (Alternate mark inversion)  - har goda synkroniseringsegenskaper vid överföring av serier av enheter och är relativt lätt att implementera. Nackdelen med koden är begränsningen av tätheten av nollor i dataströmmen, eftersom långa sekvenser av nollor leder till förlust av synkronisering. Används i datalagertelefoni när multiplexeringsströmmar används [3] .

AMI -koden [5] använder följande bitrepresentationer:

  • bitar 0 representeras av nollspänning (0 V)
  • bitar 1 representeras växelvis av -U eller +U (B)

HDB3 (High Density Third Order Bipolar Code)

HDB3 - koden (tredje ordningens bipolära högdensitetskod [5] ) korrigerar alla fyra på varandra följande nollor i den ursprungliga sekvensen. Kodgenereringsregeln är följande: var 4:e nolla ersätts med 4 symboler i vilka det finns minst en V-signal. För att undertrycka DC-komponenten växlar V-signalens polaritet under successiva byten. Det finns två sätt att ersätta:

  1. Om källkoden före utbytet innehöll ett udda antal ettor, används sekvensen 000V
  2. Om källkoden före bytet innehöll ett jämnt antal ettor, används sekvensen 100V

V-signal för enheten med förbjuden polaritet för en given signal

Samma som AMI , endast kodningen av sekvenser av fyra nollor ersätts av koden -V / 0, 0, 0, -V eller +V / 0, 0, 0, +V - beroende på föregående fas av signalen och antalet ettor i signalen, före den givna sekvensen av nollor.

MLT-3

Zooma tillbaka Öka

MLT-3-kodning

MLT-3 ( Multi Level Transmission - 3) är en  kodningsmetod som använder tre signalnivåer. Metoden bygger på cyklisk omkoppling av nivåerna -U, 0, +U. En motsvarar övergången från en signalnivå till nästa. Som i NRZI- metoden , när en logisk nolla sänds, ändras inte signalen. Metoden utvecklades av Cisco Systems för användning i FDDI -nätverk baserade på koppartrådar, så kallade CDDI. Används även i Fast Ethernet 100BASE-TX . En motsvarar en övergång från en signalnivå till en annan, och förändringen i signalnivån sker sekventiellt, med hänsyn tagen till den tidigare övergången. När noll sänds ändras inte signalen.

Fördelar med MLT-3-kod
  • I fallet med den vanligaste nivåväxlingen (lång sekvens av ettor), behövs fyra övergångar för att slutföra cykeln. Detta gör att bärvågsfrekvensen kan reduceras med en faktor fyra i förhållande till klockfrekvensen, vilket gör MLT-3 till en bekväm metod när man använder koppartrådar som överföringsmedium.
  • Denna kod, liksom NRZI , måste vara förkodad. Används i Fast Ethernet 100Base-TX .

Hybrid ternär kod

Ingångsbit Tidigare
utgångstillstånd
utgångsbit
0 +
0
0
ett +
0 +

4B3T

Zooma tillbaka Öka

4B3T-kod

4B3T (4 binära 3 ternära, när 4 binära symboler sänds med 3 ternära symboler) - signalen vid utgången av kodaren, enligt 4B3T-koden, är trenivåer, det vill säga en signal med tre potentialnivåer bildas vid utgången av kodaren. Koden genereras till exempel enligt MMS43-kodningstabellen [10] . Kodningstabell:

MMS 43 kodningstabell
Inmatning Ackumulerad DC offset
ett 2 3 fyra
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)

Avkodningstabell:

Ternär Binär Ternär Binär Ternär Binär
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

System med fyrnivåkodning

2B1Q (potentiell kod 2B1Q)

Zooma tillbaka Öka

2B1Q-kod

2B1Q (2 binär 1 kvartär)  - potentialkod 2B1Q (kallad PAM- 5 i viss litteratur ) sänder ett par bitar i ett signifikant intervall [1] [2] . Varje möjligt par tilldelas sin egen nivå med fyra möjliga potentialnivåer.

Par Motsvarande
potential,
Volt
00 −2.5
01 -0,833
elva +0,833
tio +2,5
Fördel med 2B1Q-metoden
  • Signalhastigheten för denna metod är två gånger lägre än den för NRZ- och AMI-koderna, och signalspektrumet är två gånger smalare. Med hjälp av 2B1Q-koden är det därför möjligt att överföra data dubbelt så snabbt på samma linje.
Nackdelar med 2B1Q-metoden
  • Implementeringen av denna metod kräver en kraftfullare sändare och en mer komplex mottagare, som måste skilja mellan fyra nivåer.

Se även

Källor

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Berlin A. N. Omkoppling i kommunikationssystem och nätverk. - M . : Ekotrender, 2006. - S. 39-43. — 344 sid. - ISBN 5-88405-073-9 .
  2. ↑ 1 2 Abilov A.V. Kommunikationsnät och växlingssystem. - M . : Radio och kommunikation, 2004. - 288 sid. — ISBN 5-256-01704-7 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Irvin J. , Harl D. Dataöverföring i nätverk: en ingenjörsmetod. - St Petersburg. : BVH-Petersburg, 2003. - 448 sid. — ISBN 5-94157-113-5 .
  4. Sergienko A. B. Digital signalbehandling. - St Petersburg. : Peter, 2002. - 608 sid. — ISBN 5-318-00666-3 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dunsmore, Brad, Skander, Toby. Handbok för telekommunikationsteknik. – Williams. - M. , 2004. - 640 sid. - ISBN 5-8459-0562-1 .
  6. Sklyar, Bernard. Digital kommunikation. Teoretiska grunder och praktisk tillämpning / Översatt från engelska. E. G. Grozy , V. V. Marchenko , A. V. Nazarenko . - 2:a revisionen .. - M . : Williams, 2007. - 1104 sid. - ISBN 978-5-8459-0497-3 .
  7. ↑ 1 2 3 4 Shuvalov V. P. , Zakharchenko N. V. , et al. Överföring av diskreta meddelanden: en lärobok för universitet / ed. Shuvalov V. P. . - M . : Radio och kommunikation, 1990. - 464 sid. — ISBN 5-256-00852-8 .
  8. Dvorkovich V.P. , Dvorkovich A.V. Metrologiskt stöd för videoinformationssystem. — M .: Technosfera, 2015. — 784 sid. - ISBN 978-5-94836-419-3 .
  9. Mylene Pischella , Didier Le Ruyet. Digital kommunikation 2: Digitala moduleringar. - John Wiley & Sons, 2015. - S. 28-30. — 334 sid. — ISBN 1119189993 . — ISBN 9781119189992 .
  10. "Trådbunden kommunikation T-SMINTO 4B3T Andra generationens modulär ISDN NT (vanlig)" (PDF) (Datablad). Version 1.1. Infinion. November 2001. PEF 80902. . Hämtad 8 januari 2018. Arkiverad från originalet 30 december 2016.

Litteratur

  • Goldstein Boris Solomonovich. Få åtkomst till nätverksprotokoll. - BHV-Petersburg. — 2005.
  • Överföring av diskreta meddelanden: Lärobok för gymnasieskolor / V. P. Shuvalov, N. V. Zakharchenko, V. O. Shvartsman och andra; Ed. V. P. Shuvalova. - M .: Radio och kommunikation, -1990-464 ISBN 5-256-00852-8
  • Sukhman S. M., Bernov A. V., Shevkoplyas B. V. Synkronisering i telekommunikationssystem: Analys av tekniska lösningar. - M .: Eco-Trenz, - 2003, 272s. ISBN 5-88405-046-1

Länkar