Fysisk kodning

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 25. juni 2019; checks kræver 11 redigeringer .

Fysisk kodning (linjekodning [1] [2] [3] , signalmanipulation [1] [4] , modulering, pulskodemodulation [1] [5] [6] )  - repræsentationer af diskrete signaler [7] transmitteret over digitalt kommunikationskanal , for at transmittere data repræsenteret i digital form over en afstand over en fysisk kommunikationskanal (såsom optisk fiber , parsnoet , koaksialkabel , infrarød stråling ). Fysisk kodning bruges også til at registrere data på et digitalt medie . Ved fysisk kodning lægges der vægt på det genererede signals karakteristika : båndbredde, signalets harmoniske sammensætning, evnen til at synkronisere modtageren med senderen. Under fysisk kodning løses problemerne med synkronisering, signalbåndbreddekontrol, dataoverførselshastighed og afstanden, som data skal transmitteres over [1] [5] .

Der er typer af diskret signaltransmission :

Kodningshierarki

Signalkodningssystemet har et hierarki.

Fysisk kodning

Zoom tilbage Øge

Eksempler på fysisk kodning

Det nederste niveau i kodningshierarkiet er fysisk kodning, som bestemmer antallet af diskrete signalniveauer (spændingsamplituder, strømamplituder, lysstyrkeamplituder).

Fysisk kodning tager kun hensyn til kodning på det laveste niveau af kodningshierarkiet, det fysiske niveau, og tager ikke højde for højere niveauer i kodningshierarkiet, som inkluderer logiske kodninger på forskellige niveauer.

Fra et fysisk kodningssynspunkt kan et digitalt signal have to, tre, fire, fem osv. niveauer af spændingsamplitude, strømamplitude, lysamplitude.

Ingen af ​​versionerne af Ethernet- teknologi bruger direkte binær kodning af bit 0 med 0 volt og bit 1 med +5 volt, da denne metode fører til tvetydighed. Hvis en station sender bitstrengen 00010000, så kan den anden station fortolke den som enten 10000 eller 01000, da den ikke kan skelne "intet signal" fra bit 0. Derfor har den modtagende maskine brug for en måde at entydigt bestemme begyndelsen, slutningen og midten af ​​hver bit uden hjælp fra en ekstern timer. Signalkodningen på det fysiske lag gør det muligt for modtageren at synkronisere med senderen ved at ændre spændingen i midten af ​​bitperioden.

I nogle tilfælde løser fysisk kodning problemer:

Logisk kodning

Det andet niveau i kodningshierarkiet er det laveste niveau af logisk kodning med forskellige formål.

Tilsammen danner fysisk kodning og logisk kodning et lavniveau-kodningssystem.

Kode formater

Hver bit af kodeordet transmitteres eller optages ved hjælp af diskrete signaler, såsom impulser. Måden, hvorpå kildekoden repræsenteres af bestemte signaler, bestemmes af kodens format. Der kendes et stort antal formater, som hver har sine egne fordele og ulemper og er beregnet til brug i bestemt udstyr.

Kantens retning, når der sendes et enhedssignal, er ligegyldig. Derfor påvirker ændring af polariteten af ​​det kodede signal ikke afkodningsresultatet. Det kan transmitteres over balancerede linjer uden en DC-komponent. Det forenkler også dens magnetiske optagelse. Dette format er også kendt som "Manchester 1". Det bruges i SMPTE-tidsadressekoden, som er meget brugt til at synkronisere lyd- og videomedier.

Bilevel-kodningssystemer

NRZ (Non Return to Zero)

Zoom tilbage Øge

NRZ kode

NRZ (Non Return to Zero  )  er en  kode på to niveauer. Logisk nul svarer til det nederste niveau, logisk enhed - det øverste niveau. Informationsovergange sker på grænsen af ​​meningsfulde intervaller (signifikant moment) [3] [7] .

Varianter af NRZ-koderepræsentation

Der er flere muligheder for at præsentere kode:

  • Unipolær kode - logisk enhed er repræsenteret af det øvre potentiale, logisk nul er repræsenteret af nul potentiale;
  • Bipolær kode - en logisk er repræsenteret af et positivt potentiale, et logisk nul er repræsenteret af et negativt potentiale.
Fordele ved NRZ-koden
  • Enkel implementering;
  • Høj dataoverførselshastighed;
Ulemper ved NRZ-kode
  • Behovet for at transmittere en start-stop bit for at synkronisere modtageren med senderen;
  • Tilstedeværelsen af ​​en konstant komponent (kapacitans) [5] , hvilket gør det umuligt at tilvejebringe galvanisk isolation ved hjælp af en transformer;
  • Høje krav til frekvenssynkronisering ved modtage- og sendeenderne - under transmissionen af ​​et ord (byte) bør modtageren ikke komme på afveje med mere end en bit (for eksempel for et byte-længdeord med en start- og stopbit, det vil sige, at kun 10 bit kanalinformation, desynkroniseringsfrekvenser for modtager og sender må ikke overstige 10% i begge retninger, for et ord på 16 bit, det vil sige 18 bit kanalinformation, bør desynkroniseringen ikke overstige 5,5%, og endnu mindre i fysiske implementeringer).

NRZI (Non Return to Zero Invertive)

NRZI (Non Return to Zero Invertive)  er en potentiel kode med en inversion på én, koden er dannet af en invers tilstand, når en logisk enhed ankommer til indgangen på koderen, når et logisk nul ankommer, gør potentialets tilstand ikke ændre sig. Denne metode er en modificeret Non Return to Zero ( NRZ ) [3] metode .

Da koden ikke er beskyttet mod lange sekvenser af logiske nuller eller ettaller, kan dette føre til synkroniseringsproblemer. Derfor anbefales det før transmission at præ-indkode en given bitsekvens med en kode, der sørger for scrambling (scrambleren er designet til at give tilfældige egenskaber til den transmitterede datasekvens for at lette valget af en klokfrekvens af modtageren ). Anvendes i Fast Ethernet 100Base-FX og 100Base-T4.

Fordele ved NRZI-koden
  • Nem implementering;
  • Metoden har god fejlgenkendelse (på grund af tilstedeværelsen af ​​to skarpt forskellige potentialer);
  • Signalets spektrum er placeret i lavfrekvensområdet i forhold til frekvensen af ​​de signifikante intervaller.
Ulemper ved NRZI-kode
  • Metoden har ikke egenskaben for selvsynkronisering. Selv med en højpræcisions-urgenerator kan modtageren lave en fejl ved at vælge tidspunktet for dataindsamling, da frekvenserne på de to generatorer aldrig er helt identiske. Derfor, ved høje datahastigheder og lange sekvenser af enere eller nuller, kan en lille mismatch af klokfrekvenser føre til en fejl i en hel cyklus og følgelig aflæsning af en forkert bitværdi;
  • Den anden alvorlige ulempe ved metoden er tilstedeværelsen af ​​en lavfrekvent komponent, som nærmer sig et konstant signal, når der transmitteres lange sekvenser af enere og nuller (det kan omgås ved at komprimere de transmitterede data). På grund af dette understøtter mange kommunikationslinjer, der ikke giver en direkte galvanisk forbindelse mellem modtageren og kilden, ikke denne type kodning. Derfor bruges NRZ -koden i netværk hovedsageligt i form af dens forskellige modifikationer, hvor både dårlig kode-selvsynkronisering og DC-problemer er elimineret.

Manchester-kodning

Zoom tilbage Øge

Manchester-kodning

I Manchester-kodning er hvert ur opdelt i to dele. Information er kodet af potentielle fald i midten af ​​hver cyklus. Der er to typer Manchester-kodning:

  • I overensstemmelse med IEEE 802.3 kodes et logisk et ved en overgang fra et lavt signalniveau til et højt, og et logisk nul kodes ved en overgang fra det øvre signalniveau til det nederste i midten af ​​det signifikante interval.
  • Differentiel Manchester-kodning (til D. E. Thomas) - en logisk enhed kodes af et fald fra det øvre signalniveau til et lavt, og et logisk nul kodes ved et fald fra det nederste signalniveau til det øverste i midten af signifikant interval [3] .

I begyndelsen af ​​hver cyklus kan der opstå en servicesignalflanke, hvis du skal repræsentere flere enere eller nuller i træk. Da signalet ændres mindst én gang pr. databitcyklus, har Manchester-koden selvsynkroniserende egenskaber. Den obligatoriske tilstedeværelse af en overgang i midten af ​​bittet gør det nemt at isolere ursignalet. Den tilladte forskel i transmissionsfrekvenser er op til 25% (dette betyder, at Manchester-2-koden er den mest modstandsdygtige over for desynkronisering, den synkroniserer selv i hver bit af transmitteret information).

Kodedensiteten er 1 bit/hertz. Der er 2 frekvenser i spektret af signalet kodet af Manchester-2 - transmissionsfrekvensen og den halve transmissionsfrekvens (den dannes, når 0 og 1 eller 1 og 0 er i nærheden. Når man sender en hypotetisk sekvens på kun 0 eller 1, kun transmissionsfrekvensen vil være til stede i spektret).

Fordele ved Manchester-kodning
  • Ingen konstant komponent (signalændring sker ved hver dataoverførselscyklus)
  • Frekvensbåndet i sammenligning med NRZ -kodning - den grundlæggende harmoniske i, når der sendes en sekvens af et-taller eller nuller, har en frekvens på N Hz, og med en konstant sekvens (når der transmitteres skiftende et-taller og nuller) - N / 2 Hz.
  • Det er selvsynkroniserende , det vil sige, det kræver ikke speciel kodning af clock-impulsen, som ville optage databåndet og derfor er den tætteste kode pr. frekvensenhed.
  • Evnen til at give galvanisk isolation ved hjælp af en transformer, da den ikke har en konstant komponent
  • Den anden vigtige fordel er fraværet af behovet for synkronisering af bits (som i NRZ-koden), og som et resultat kan data transmitteres i rækkefølge i en vilkårlig lang tid, på grund af hvilken datatætheden i den samlede kodestrøm nærmer sig 100% (for eksempel for NRZ 1-8-0 er det lig med 80%).

Miller-kode

Zoom tilbage Øge

Miller kode

Miller-kode (nogle gange kaldet tre-frekvens) er en bipolær kode i to niveauer, hvor hver informationsbit er kodet af en kombination af to bit {00, 01, 10, 11}, og overgange fra en tilstand til en anden beskrives med en graf [9] . Med kontinuerlig input af logiske nuller eller etaller til indkoderen sker polaritetsskift ved interval T, og overgangen fra at sende etaller til at sende nuller sker med et interval på 1,5T. Når en sekvens 101 ankommer til indkoderen, opstår der et interval på 2T, af denne grund kaldes denne kodningsmetode for tre-frekvens [3] .

Fordele
  • Ingen redundans i koden (ingen specielle kombinationer til synkronisering);
  • Evnen til selvsynkronisering (selve koden indeholder princippet, hvorved det er garanteret, at du kan synkronisere);
  • Miller-kodens båndbredde er halvdelen af ​​Manchester-koden.
Ulemper
  • Tilstedeværelsen af ​​en konstant komponent, mens lavfrekvente komponent også er stor nok, hvilket overvindes i den modificerede Miller-kode i firkanten.

Tre-niveau kodningssystemer

RZ (retur til nul)

Zoom tilbage Øge

RZ kode

RZ (return to zero ) er en  bipolær kode med tilbagevenden til nul [5] (tre-niveau). Ifølge RZ-koden transmitteres hver bit som et fald fra et niveau til nul, midt i et signifikant interval, som følger: et logisk nul svarer til en overgang fra et øvre niveau til et nulniveau, et logisk svarer til til en overgang fra et lavere niveau til et nulniveau. Kræver 2 gange tilstandskoblingshastigheden sammenlignet med koblingshastigheden ifølge NRZ-koden.

Bipolar kode AMI

Zoom tilbage Øge

AMI kode

AMI (Alternate mark inversion)-kode  - har gode synkroniseringsegenskaber ved overførsel af serier af enheder og er relativt nem at implementere. Ulempen ved koden er begrænsningen af ​​tætheden af ​​nuller i datastrømmen, da lange sekvenser af nuller fører til tab af synkronisering. Anvendes i datalagstelefoni, når der anvendes multipleksing-streams [3] .

AMI -koden [5] bruger følgende bitrepræsentationer:

  • bit 0 er repræsenteret ved nulspænding (0 V)
  • bit 1 repræsenteres skiftevis af -U eller +U (B)

HDB3 (High Density Third Order Bipolar Code)

HDB3 - koden (tredje ordens bipolær kode [5] ) korrigerer alle 4 på hinanden følgende nuller i den oprindelige sekvens. Kodegenereringsreglen er som følger: Hver 4. nuller erstattes af 4 symboler, hvori der er mindst et V-signal. For at undertrykke DC-komponenten skifter polariteten af ​​V-signalet under successive udskiftninger. Der er to måder at erstatte:

  1. Hvis kildekoden før udskiftning indeholdt et ulige antal enere, bruges sekvensen 000V
  2. Hvis kildekoden før udskiftningen indeholdt et lige antal enere, bruges sekvensen 100V

V-signal for enheden af ​​forbudt polaritet for et givet signal

Det samme som AMI , kun kodningen af ​​sekvenser af fire nuller erstattes af koden -V / 0, 0, 0, -V eller +V / 0, 0, 0, +V - afhængigt af den foregående fase af signalet og antallet af enere i signalet, der går forud for den givne sekvens af nuller.

MLT-3

Zoom tilbage Øge

MLT-3-kodning

MLT-3 ( Multi Level Transmission - 3) er en  kodningsmetode, der bruger tre signalniveauer. Metoden er baseret på cyklisk skift af niveauer -U, 0, +U. Det ene svarer til overgangen fra et signalniveau til det næste. Som i NRZI- metoden , når et logisk nul transmitteres, ændres signalet ikke. Metoden er udviklet af Cisco Systems til brug i FDDI- netværk baseret på kobberledninger, kendt som CDDI. Bruges også i Fast Ethernet 100BASE-TX . Den ene svarer til en overgang fra et signalniveau til et andet, og ændringen i signalniveauet sker sekventielt under hensyntagen til den tidligere overgang. Når nul sendes, ændres signalet ikke.

Fordele ved MLT-3-kode
  • I tilfælde af det mest hyppige niveauskift (lang sekvens af enere), er fire overgange nødvendige for at fuldføre cyklussen. Dette gør det muligt at reducere bærefrekvensen med en faktor fire i forhold til klokfrekvensen, hvilket gør MLT-3 til en bekvem metode, når man bruger kobbertråde som transmissionsmedie.
  • Denne kode, ligesom NRZI , skal være præ-indkodet. Anvendes i Fast Ethernet 100Base-TX .

Hybrid ternær kode

Input bit Tidligere
udgangstilstand		 output bit
0 + −
0
− 0
en +
0 +
−

4B3T

Zoom tilbage Øge

4B3T kode

4B3T (4 binære 3 ternære, når 4 binære symboler transmitteres ved hjælp af 3 ternære symboler) - signalet ved udgangen af ​​koderen, ifølge 4B3T-koden, er tre-niveau, det vil sige, at der dannes et signal med tre potentialeniveauer ved udgangen af ​​encoderen. Koden genereres for eksempel i henhold til MMS43-kodningstabellen [10] . Kodningstabel:

MMS 43 kodningstabel
Input Akkumuleret DC offset
en 2 3 fire
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)

Afkodningstabel:

Ternær Binær Ternær Binær Ternær Binær
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

Systemer med fire-niveau kodning

2B1Q (potentiel kode 2B1Q)

Zoom tilbage Øge

2B1Q kode

2B1Q (2 binær 1 kvaternær)  - potentialkode 2B1Q (kaldet PAM - 5 i noget litteratur ) transmitterer et par bits i et signifikant interval [1] [2] . Hvert muligt par tildeles sit eget niveau med fire mulige potentialeniveauer.

Par Tilsvarende
potentiale,
Volt
00 −2,5
01 -0,833
elleve +0,833
ti +2,5
Fordel ved 2B1Q-metoden
  • Signalhastigheden for denne metode er to gange lavere end for NRZ- og AMI-koderne, og signalspektret er to gange smallere. Derfor er det ved hjælp af 2B1Q-koden muligt at transmittere data dobbelt så hurtigt på samme linje.
Ulemper ved 2B1Q-metoden
  • Implementeringen af ​​denne metode kræver en mere kraftfuld sender og en mere kompleks modtager, som skal skelne mellem fire niveauer.

Se også

Kilder

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Berlin A. N. Kobling i kommunikationssystemer og netværk. - M . : Øko-trends, 2006. - S. 39-43. — 344 s. - ISBN 5-88405-073-9 .
  2. ↑ 1 2 Abilov A.V. Kommunikationsnetværk og omstillingssystemer. - M . : Radio og kommunikation, 2004. - 288 s. — ISBN 5-256-01704-7 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Irvin J. , Harl D. Datatransmission i netværk: en ingeniørtilgang. - Sankt Petersborg. : BVH-Petersburg, 2003. - 448 s. — ISBN 5-94157-113-5 .
  4. ↑ Sergienko A. B. Digital signalbehandling. - Sankt Petersborg. : Peter, 2002. - 608 s. — ISBN 5-318-00666-3 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dunsmore, Brad, Skander, Toby. Håndbog i telekommunikationsteknologier. - Williams. - M. , 2004. - 640 s. - ISBN 5-8459-0562-1 .
  6. ↑ Sklyar, Bernard. Digital kommunikation. Teoretisk grundlag og praktisk anvendelse / Oversat fra engelsk. E. G. Grozy , V. V. Marchenko , A. V. Nazarenko . - 2. revision .. - M . : Williams, 2007. - 1104 s. - ISBN 978-5-8459-0497-3 .
  7. ↑ 1 2 3 4 Shuvalov V. P. , Zakharchenko N. V. , et al. Transmission af diskrete meddelelser: en lærebog for universiteter / red. Shuvalov V. P. . - M . : Radio og kommunikation, 1990. - 464 s. — ISBN 5-256-00852-8 .
  8. ↑ Dvorkovich V.P. , Dvorkovich A.V. Metrologisk support af videoinformationssystemer. — M .: Technosfera, 2015. — 784 s. - ISBN 978-5-94836-419-3 .
  9. ↑ Mylene Pischella , Didier Le Ruyet. Digital kommunikation 2: Digitale moduleringer. - John Wiley & Sons, 2015. - S. 28-30. — 334 s. — ISBN 1119189993 . — ISBN 9781119189992 .
  10. ↑ "Kablet kommunikation T-SMINTO 4B3T Anden Gen. Modulær ISDN NT (Almindelig)" (PDF) (Datablad). Version 1.1. Infinion. november 2001. PEF 80902. . Hentet 8. januar 2018. Arkiveret fra originalen 30. december 2016.

Litteratur

  • Goldstein Boris Solomonovich. Få adgang til netværksprotokoller. - BHV-Petersburg. - 2005.
  • Transmission af diskrete meddelelser: Lærebog for gymnasier / V. P. Shuvalov, N. V. Zakharchenko, V. O. Shvartsman og andre; Ed. V. P. Shuvalova. - M .: Radio og kommunikation, -1990-464 ISBN 5-256-00852-8
  • Sukhman S. M., Bernov A. V., Shevkoplyas B. V. Synkronisering i telekommunikationssystemer: Analyse af tekniske løsninger. - M .: Eco-Trenz, - 2003, 272s. ISBN 5-88405-046-1

Links