Codificare fizică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 25 iunie 2019; verificările necesită 11 modificări .

Codare fizică (codificare linie [1] [2] [3] , manipulare semnal [1] [4] , modulare, modulare cod impuls [1] [5] [6] )  - reprezentări ale semnalelor discrete [7] transmise prin digital canal de comunicație , pentru a transmite date reprezentate în formă digitală la o distanță printr-un canal de comunicație fizic (cum ar fi fibră optică , pereche răsucită , cablu coaxial , radiație infraroșie ). Codificarea fizică este, de asemenea, utilizată pentru a înregistra date pe un suport digital . În codificarea fizică, se acordă atenție caracteristicilor semnalului generat : lățimea de bandă, compoziția armonică a semnalului, capacitatea de sincronizare a receptorului cu transmițătorul. În timpul codificării fizice, sunt rezolvate problemele de sincronizare, controlul lățimii de bandă a semnalului, rata de transfer de date și distanța pe care trebuie transmise datele [1] [5] .

Există tipuri de transmisie de semnal discret :

Ierarhie de codificare

Sistemul de codificare a semnalului are o ierarhie.

Codare fizică

Măriți înapoi Crește

Exemple de codificare fizică

Nivelul inferior în ierarhia de codare este codarea fizică, care determină numărul de niveluri discrete de semnal (amplitudini de tensiune, amplitudini de curent, amplitudini de luminozitate).

Codificarea fizică ia în considerare codificarea doar la nivelul cel mai de jos al ierarhiei de codificare, nivelul fizic, și nu ia în considerare nivelurile superioare din ierarhia de codificare, care includ codificări logice de diferite niveluri.

Din punct de vedere al codificării fizice, un semnal digital poate avea două, trei, patru, cinci, etc. niveluri de amplitudine a tensiunii, amplitudine a curentului, amplitudinea luminii.

Niciuna dintre versiunile tehnologiei Ethernet nu utilizează codificare binară directă a bitului 0 cu 0 volți și a bitului 1 cu +5 volți, deoarece această metodă duce la ambiguitate. Dacă o stație trimite șirul de biți 00010000, atunci cealaltă stație îl poate interpreta fie ca 10000, fie ca 01000, deoarece nu poate distinge „niciun semnal” de bitul 0. Prin urmare, mașina de recepție are nevoie de o modalitate de a determina în mod unic începutul, sfârșitul și mijlocul fiecărui bit fără ajutorul unui temporizator extern. Codificarea semnalului la nivelul fizic permite receptorului să se sincronizeze cu transmițătorul prin schimbarea tensiunii la mijlocul perioadei de biți.

În unele cazuri, codarea fizică rezolvă problemele:

Codare logică

Al doilea nivel din ierarhia de codificare este cel mai jos nivel de codificare logică cu diferite scopuri.

Împreună, codarea fizică și codarea logică formează un sistem de codare de nivel scăzut.

Formate de cod

Fiecare bit al cuvântului cod este transmis sau înregistrat folosind semnale discrete, cum ar fi impulsuri. Modul în care codul sursă este reprezentat de anumite semnale este determinat de formatul codului. Sunt cunoscute un număr mare de formate, fiecare dintre ele având propriile avantaje și dezavantaje și este destinat utilizării în anumite echipamente.

Direcția marginii la transmiterea unui semnal unitar nu contează. Prin urmare, modificarea polarității semnalului codificat nu afectează rezultatul decodării. Poate fi transmis pe linii echilibrate fără o componentă DC. De asemenea, simplifică înregistrarea sa magnetică. Acest format este cunoscut și sub numele de „Manchester 1”. Este folosit în codul de adresă de timp SMPTE, care este utilizat pe scară largă pentru sincronizarea media audio și video.

Sisteme de codare pe două niveluri

NRZ (Non Return to Zero)

Măriți înapoi Crește

cod NRZ

NRZ (Non Return to Zero  )  este un  cod cu două niveluri. Zero logic corespunde nivelului inferior, unitatea logică - nivelul superior. Tranzițiile informaționale apar la limita intervalelor semnificative (moment semnificativ) [3] [7] .

Variante ale reprezentării codului NRZ

Există mai multe opțiuni pentru prezentarea codului:

  • Cod unipolar - unitatea logica este reprezentata de potentialul superior, zero logic este reprezentat de potential zero;
  • Cod bipolar - unul logic este reprezentat de un potențial pozitiv, un zero logic este reprezentat de un potențial negativ.
Avantajele codului NRZ
  • Implementare simplă;
  • Rată mare de transfer de date;
Dezavantajele codului NRZ
  • Necesitatea transmiterii unui bit start-stop pentru a sincroniza receptorul cu transmițătorul;
  • Prezența unei componente constante (capacitate) [5] , care face imposibilă asigurarea izolației galvanice cu ajutorul unui transformator;
  • Cerințe ridicate pentru sincronizarea frecvenței la capetele de recepție și de transmisie - în timpul transmiterii unui cuvânt (octet), receptorul nu trebuie să se rătăcească cu mai mult de un bit (de exemplu, pentru un cuvânt cu lungimea octetului cu un bit de început și de oprire, adică doar 10 biți de informații despre canal, frecvențele de desincronizare ale receptorului și ale emițătorului nu pot depăși 10% în ambele direcții, pentru un cuvânt de 16 biți, adică 18 biți de informații despre canal, desincronizarea nu trebuie să depășească 5,5% și cu atât mai puţin în implementările fizice).

NRZI (Non Return to Zero Invertive)

NRZI (Non Return to Zero Invertive)  este un cod potențial cu inversare la unu, codul este format dintr-o stare inversă când o unitate logică ajunge la intrarea codificatorului, când sosește un zero logic, starea potențialului nu nu se schimba. Această metodă este o metodă modificată Non Return to Zero ( NRZ ) [3] .

Deoarece codul nu este protejat de secvențe lungi de zerouri logice sau unu, acest lucru poate duce la probleme de sincronizare. Prin urmare, înainte de transmitere, se recomandă pre-codificarea unei anumite secvențe de biți cu un cod care prevede codificare (scrambler-ul este proiectat pentru a conferi proprietăți aleatorii secvenței de date transmise pentru a facilita selectarea unei frecvențe de ceas de către receptor. ). Folosit în Fast Ethernet 100Base-FX și 100Base-T4.

Avantajele codului NRZI
  • Ușurință de implementare;
  • Metoda are o recunoaștere bună a erorilor (datorită prezenței a două potențiale puternic diferite);
  • Spectrul semnalului este situat în regiunea de joasă frecvență în raport cu frecvența intervalelor semnificative.
Dezavantajele codului NRZI
  • Metoda nu are proprietatea de auto-sincronizare. Chiar și cu un generator de ceas de înaltă precizie, receptorul poate face o greșeală în alegerea momentului de colectare a datelor, deoarece frecvențele celor două generatoare nu sunt niciodată complet identice. Prin urmare, la rate mari de date și secvențe lungi de unu sau zero, o mică nepotrivire a frecvențelor de ceas poate duce la o eroare într-un întreg ciclu și, în consecință, citirea unei valori de bit incorecte;
  • Al doilea dezavantaj serios al metodei este prezența unei componente de joasă frecvență, care se apropie de un semnal constant atunci când transmite secvențe lungi de unu și zero (poate fi ocolită prin comprimarea datelor transmise). Din această cauză, multe linii de comunicație care nu asigură o conexiune galvanică directă între receptor și sursă nu acceptă acest tip de codificare. Prin urmare, în rețele, codul NRZ este utilizat în principal sub forma diferitelor sale modificări, în care sunt eliminate atât autosincronizarea slabă a codului, cât și problemele DC.

Codificare Manchester

Măriți înapoi Crește

Codificare Manchester

În codificarea Manchester, fiecare ceas este împărțit în două părți. Informațiile sunt codificate de potențiale scăderi la mijlocul fiecărui ciclu. Există două tipuri de codare Manchester:

  • În conformitate cu IEEE 802.3, unul logic este codificat printr-o tranziție de la un nivel de semnal scăzut la unul ridicat, iar un zero logic este codificat printr-o tranziție de la nivelul superior al semnalului la cel inferior în centrul intervalului semnificativ.
  • Codarea diferențială Manchester (la D. E. Thomas) - o unitate logică este codificată printr-o scădere de la nivelul superior al semnalului la unul scăzut, iar un zero logic este codificat printr-o scădere de la nivelul inferior al semnalului la cel superior din centrul semnalului. interval semnificativ [3] .

La începutul fiecărui ciclu, poate apărea o margine de semnal de serviciu dacă trebuie să reprezentați mai multe uni sau zerouri la rând. Deoarece semnalul se schimbă cel puțin o dată pe ciclu de biți de date, codul Manchester are proprietăți de auto-sincronizare. Prezența obligatorie a unei tranziții în centrul bitului face ușoară izolarea semnalului de ceas. Diferența admisibilă în frecvențele de transmisie este de până la 25% (asta înseamnă că codul Manchester-2 este cel mai rezistent la desincronizare, se autosincronizează în fiecare bit de informație transmis).

Densitatea codului este de 1 bit/hertz. Există 2 frecvențe în spectrul semnalului codificat de Manchester-2 - frecvența de transmisie și jumătatea frecvenței de transmisie (se formează când 0 și 1 sau 1 și 0 sunt în apropiere. La transmiterea unei secvențe ipotetice de numai 0 sau 1, doar frecvenţa de transmisie va fi prezentă în spectru).

Avantajele codificării Manchester
  • Fără componentă constantă (schimbarea semnalului are loc la fiecare ciclu de transfer de date)
  • Banda de frecvență în comparație cu codificarea NRZ - armonica fundamentală la transmiterea unei secvențe de uni sau zerouri are o frecvență de N Hz, iar cu o secvență constantă (la transmiterea de unități și zerouri alternative) - N / 2 Hz.
  • Se auto-sincronizează , adică nu necesită o codificare specială a pulsului de ceas, care ar ocupa banda de date și, prin urmare, este codul cel mai dens pe unitate de frecvență.
  • Capacitatea de a asigura izolare galvanică folosind un transformator, deoarece nu are o componentă constantă
  • Al doilea avantaj important este absența necesității de sincronizare a biților (ca în codul NRZ) și, ca urmare, datele pot fi transmise succesiv pentru o perioadă de timp arbitrar lungă, datorită căruia densitatea datelor din fluxul total de coduri se apropie. 100% (de exemplu, pentru NRZ 1-8-0 este egal cu 80%).

Cod Miller

Măriți înapoi Crește

Codul Miller

Codul Miller (numit uneori cu trei frecvențe) este un cod bipolar cu două niveluri în care fiecare bit de informație este codificat printr-o combinație de doi biți {00, 01, 10, 11}, iar tranzițiile de la o stare la alta sunt descrise printr-un grafic [9] . Cu introducerea continuă a zerourilor logice sau a unuurilor la codificator, comutarea polarității are loc la intervalul T, iar tranziția de la cele de transmisie la zerouri de transmisie are loc la un interval de 1,5T. Când o secvență 101 ajunge la codificator, apare un interval de 2T, din acest motiv această metodă de codare se numește tri-frecvență [3] .

Beneficii
  • Fără redundanță în cod (fără combinații speciale pentru sincronizare);
  • Abilitatea de a se autosincroniza (codul în sine conține principiul prin care se garantează că poți sincroniza);
  • Lățimea de bandă a codului Miller este jumătate din cea a codului Manchester.
Dezavantaje
  • Prezența unei componente constante, în timp ce componenta de joasă frecvență este, de asemenea, suficient de mare, ceea ce este depășit în codul Miller modificat în pătrat.

Sisteme de codare pe trei niveluri

RZ (întoarcerea la zero)

Măriți înapoi Crește

cod RZ

RZ (revenire la zero ) este un  cod bipolar cu revenire la zero [5] (cu trei niveluri). Conform codului RZ, fiecare bit este transmis ca o scădere de la un nivel la zero, în mijlocul unui interval semnificativ, astfel: un zero logic corespunde unei tranziții de la un nivel superior la un nivel zero, unul logic corespunde la o tranziție de la un nivel inferior la un nivel zero. Necesită de 2 ori viteza de comutare a stării în comparație cu viteza de comutare conform codului NRZ.

Cod bipolar AMI

Măriți înapoi Crește

Cod AMI

Cod AMI (Alternate Mark Inversion)  - are proprietăți bune de sincronizare la transferul serii de unități și este relativ ușor de implementat. Dezavantajul codului este limitarea densității zerourilor în fluxul de date, deoarece secvențele lungi de zerouri duc la pierderea sincronizării. Folosit în telefonia stratului de date atunci când sunt utilizate fluxuri de multiplexare [3] .

Codul AMI [5] folosește următoarele reprezentări de biți:

  • biții 0 sunt reprezentați de tensiune zero (0 V)
  • biții 1 sunt reprezentați alternativ prin -U sau +U (B)

HDB3 (Cod bipolar de ordin al treilea de înaltă densitate)

Codul HDB3 (codul bipolar de înaltă densitate de ordinul trei [5] ) corectează oricare 4 zerouri consecutive din secvența originală. Regula de generare a codului este următoarea: fiecare 4 zerouri sunt înlocuite cu 4 simboluri în care există cel puțin un semnal V. Pentru a suprima componenta DC, polaritatea semnalului V alternează în timpul înlocuirilor succesive. Există două moduri de înlocuire:

  1. Dacă înainte de înlocuire codul sursă conținea un număr impar de unități, atunci se folosește secvența 000V
  2. Dacă înainte de înlocuire codul sursă conținea un număr par de unități, atunci se folosește secvența 100V

Semnal V al unității de polaritate interzisă pentru un semnal dat

La fel ca AMI , doar codarea secvențelor de patru zerouri este înlocuită cu codul -V / 0, 0, 0, -V sau +V / 0, 0, 0, +V - în funcție de faza anterioară a semnalului și numărul de unu din semnal, precedând succesiunea dată de zerouri.

MLT-3

Măriți înapoi Crește

Codificare MLT-3

MLT-3 ( Multi Level Transmission - 3) este o  metodă de codificare care utilizează trei niveluri de semnal. Metoda se bazează pe comutarea ciclică a nivelurilor -U, 0, +U. Unul corespunde trecerii de la un nivel de semnal la altul. Ca și în metoda NRZI , atunci când este transmis un zero logic, semnalul nu se modifică. Metoda a fost dezvoltată de Cisco Systems pentru a fi utilizată în rețelele FDDI bazate pe fire de cupru, cunoscute sub numele de CDDI. Folosit și în Fast Ethernet 100BASE-TX . Una corespunde unei tranziții de la un nivel de semnal la altul, iar modificarea nivelului semnalului are loc secvenţial, ținând cont de tranziția anterioară. Când se transmite zero, semnalul nu se schimbă.

Beneficiile codului MLT-3
  • În cazul celei mai frecvente schimbări de nivel (secvență lungă de cele), sunt necesare patru tranziții pentru a finaliza ciclul. Acest lucru permite ca frecvența purtătorului să fie redusă cu un factor de patru în raport cu frecvența ceasului, făcând MLT-3 o metodă convenabilă atunci când se utilizează fire de cupru ca mediu de transmisie.
  • Acest cod, la fel ca NRZI , trebuie să fie precodat. Folosit în Fast Ethernet 100Base-TX .

Cod ternar hibrid

Bit de intrare Stare anterioară
de ieșire		 bit de ieșire
0 + −
0
− 0
unu +
0 +
−

4B3T

Măriți înapoi Crește

cod 4B3T

4B3T (4 binare 3 ternare, când 4 simboluri binare sunt transmise folosind 3 simboluri ternare) - semnalul de la ieșirea codificatorului, conform codului 4B3T, este pe trei niveluri, adică se formează un semnal cu trei niveluri de potențial la ieșirea codificatorului. Codul este generat, de exemplu, conform tabelului de codificare MMS43 [10] . Tabel de codificare:

Tabel de codare MMS 43
Intrare Offset DC acumulat
unu 2 3 patru
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)

Tabel de decodare:

Ternar Binar Ternar Binar Ternar Binar
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

Sisteme cu codare pe patru niveluri

2B1Q (Cod potențial 2B1Q)

Măriți înapoi Crește

cod 2B1Q

2B1Q (2 Binary 1 Quaternary)  - codul potențial 2B1Q (numit PAM- 5 în unele literaturi ) transmite o pereche de biți într-un interval semnificativ [1] [2] . Fiecărei perechi posibile i se atribuie propriul său nivel de patru niveluri posibile de potențial.

Pereche
Potențial corespunzător ,
Volt
00 −2,5
01 −0,833
unsprezece +0,833
zece +2,5
Avantajul metodei 2B1Q
  • Rata semnalului acestei metode este de două ori mai mică decât cea a codurilor NRZ și AMI, iar spectrul semnalului este de două ori mai îngust. Prin urmare, folosind codul 2B1Q, este posibil să transmiteți date de două ori mai rapid pe aceeași linie.
Dezavantajele metodei 2B1Q
  • Implementarea acestei metode necesită un transmițător mai puternic și un receptor mai complex, care trebuie să facă distincția între patru niveluri.

Vezi și

Surse

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Berlin A. N. Comutarea în sistemele și rețelele de comunicații. - M . : Eco-tendinţe, 2006. - S. 39-43. — 344 p. - ISBN 5-88405-073-9 .
  2. ↑ 1 2 Abilov A.V. Rețele de comunicații și sisteme de comutare. - M . : Radio și comunicare, 2004. - 288 p. — ISBN 5-256-01704-7 .
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 Irvin J. , Harl D. Data transmission in networks: an engineering approach. - Sankt Petersburg. : BVH-Petersburg, 2003. - 448 p. — ISBN 5-94157-113-5 .
  4. ↑ Sergienko A. B. Procesarea digitală a semnalului. - Sankt Petersburg. : Peter, 2002. - 608 p. — ISBN 5-318-00666-3 .
  5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Dunsmore, Brad, Skander, Toby. Manual de tehnologii de telecomunicații. — Williams. - M. , 2004. - 640 p. - ISBN 5-8459-0562-1 .
  6. ↑ Sklyar, Bernard. Comunicare digitală. Fundamente teoretice și aplicare practică / Tradus din engleză. E. G. Grozy , V. V. Marchenko , A. V. Nazarenko . - a 2-a revizuire .. - M . : Williams, 2007. - 1104 p. - ISBN 978-5-8459-0497-3 .
  7. ↑ 1 2 3 4 Shuvalov V. P. , Zakharchenko N. V. și colab. Transmission of discrete messages: a textbook for universities / ed. Şuvalov V. P. . - M . : Radio şi comunicare, 1990. - 464 p. — ISBN 5-256-00852-8 .
  8. ↑ Dvorkovich V.P. , Dvorkovich A.V. Suport metrologic al sistemelor informatice video. — M .: Technosfera, 2015. — 784 p. - ISBN 978-5-94836-419-3 .
  9. ↑ Mylene Pischella , Didier Le Ruyet. Comunicații digitale 2: Modulații digitale. - John Wiley & Sons, 2015. - S. 28-30. — 334 p. — ISBN 1119189993 . — ISBN 9781119189992 .
  10. ^ „Comunicații prin cablu T- SMINTO 4B3T a doua generație Modular ISDN NT (ordinar)” (PDF) (Fișă de date). Versiunea 1.1. Infinition. noiembrie 2001. PEF 80902. . Preluat la 8 ianuarie 2018. Arhivat din original la 30 decembrie 2016.

Literatură

  • Goldstein Boris Solomonovici. Accesați protocoale de rețea. - BHV-Petersburg. — 2005.
  • Transmiterea de mesaje discrete: manual pentru licee / V. P. Shuvalov, N. V. Zakharchenko, V. O. Shvartsman și alții; Ed. V. P. Shuvalova. - M .: Radio și comunicare, -1990-464 ISBN 5-256-00852-8
  • Sukhman S. M., Bernov A. V., Shevkoplyas B. V. Sincronizarea în sistemele de telecomunicații: Analiza soluțiilor de inginerie. - M .: Eco-Trenz, - 2003, 272s. ISBN 5-88405-046-1

Link -uri