هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی ، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس یک سیگنال حامل سینوسی و براساس توالی پالس های مستطیلی. اولین روش نیز اغلب نامیده می شود مدولاسیونیا مدولاسیون آنالوگ ،با تأکید بر این واقعیت که کدگذاری با تغییر پارامترهای یک سیگنال آنالوگ انجام می شود. راه دوم را معمولاً می نامند کدگذاری دیجیتالاین روش ها از نظر عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی ، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. این نکته تعجب آور نیست اگر به یاد بیاوریم که طیف یک پالس ایده آل دارای پهنای نامحدود است. استفاده از سینوسی منجر به ایجاد طیف باریک تری در همان نرخ بیت می شود. با این حال ، اجرای مدولاسیون سینوسی به تجهیزات پیچیده و گرانتری نسبت به اجرای پالس های مستطیلی نیاز دارد.

امروزه ، بیشتر و بیشتر ، داده هایی که در ابتدا دارای فرم آنالوگ بودند - گفتار ، تصویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته ، یعنی به صورت توالی یک و صفر منتقل می شوند. فرآیند ارائه اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسستهاصطلاحات "تعدیل" و "رمزگذاری" اغلب به جای یکدیگر استفاده می شوند.

چه زمانی کدگذاری دیجیتالاز کدهای بالقوه و ضربه برای اطلاعات گسسته استفاده می شود. در کدهای بالقوه ، فقط مقدار پتانسیل سیگنال برای نشان دادن عددهای منطقی و صفر استفاده می شود و قطره های آن که پالس های کاملی را تشکیل می دهند ، در نظر گرفته نمی شوند. کدهای پالس اجازه می دهد تا داده های باینری یا به صورت پالس های قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از پالس نشان داده شوند - یک افت بالقوه در یک جهت خاص.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته ، لازم است که یک روش کدگذاری را انتخاب کنید که به طور همزمان چندین هدف را بدست آورد: با نرخ بیت یکسان ، کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را داشته باشد. هماهنگ سازی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.

از توانایی تشخیص خطاها برخوردار است. هزینه اجرای کم داشت

شبکه ها به اصطلاح استفاده می کنند کدهای خودتنظیمسیگنال های آن نشانه ای برای فرستنده است که نشان می دهد بیت بعدی (یا چند بیت ، اگر کد به سمت بیش از دو حالت سیگنال باشد) ، باید بیت بعدی را تشخیص دهد. هر افت شدید سیگنال - اصطلاحاً جلو - می تواند نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد. شناسایی و اصلاح داده های تحریف شده با استفاده از لایه فیزیکی دشوار است ، بنابراین اغلب این کار توسط پروتکل های موجود در بالا انجام می شود: کانال ، شبکه ، حمل و نقل یا کاربرد. از طرف دیگر ، تشخیص خطا در لایه فیزیکی باعث صرفه جویی در وقت می شود ، زیرا گیرنده منتظر نمی ماند تا فریم کامل در بافر قرار گیرد ، اما بلافاصله پس از تخصیص آن را رد می کند. دانستن بیت های اشتباه درون کادر.

کد بالقوه برگشت بدون صفر ، روش رمزگذاری بالقوه ، کدگذاری نیز نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر برگشت به صفر, NRZ). نام اخیر این واقعیت را منعکس می کند که وقتی دنباله ای از آن ها منتقل می شود ، سیگنال در طول یک چرخه ساعت به صفر نمی رسد (همانطور که در زیر خواهیم دید ، در سایر روش های کدگذاری ، بازگشت به صفر در این حالت اتفاق می افتد). اجرای روش NRZ ساده است ، تشخیص خطای خوبی دارد (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت) ، اما خاصیت همگام سازی خود را ندارد. وقتی یک توالی طولانی از یک یا صفر منتقل می شود ، سیگنال روی خط تغییر نمی کند ، بنابراین گیرنده قادر نیست از سیگنال ورودی لحظه های زمانی را که لازم است دوباره داده ها را بخواند ، تعیین کند. حتی با وجود یک ژنراتور ساعت با دقت بالا ، گیرنده می تواند هنگام برداشت داده اشتباه کند ، زیرا فرکانس های دو نوسانگر هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین ، در نرخ های بالا و توالی طولانی یک یا صفر ، عدم تطابق فرکانس ساعت کوچک می تواند منجر به خطا در یک چرخه کامل شود و بر این اساس ، خواندن مقدار بیت نادرست منجر شود.

روش کدگذاری دو قطبی وارونگی جایگزین. یکی از اصلاحات روش NRZ روش است کدگذاری دو قطبی با وارونگی جایگزین (دو قطبی متناوب علامت وارونگی, AMI). این روش از سه سطح پتانسیل - منفی ، صفر و مثبت استفاده می کند. برای رمزگذاری یک صفر منطقی ، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود و یک پتانسیل منطقی یا با پتانسیل مثبت یا منفی کدگذاری می شود ، با اینکه پتانسیل هر جدید مخالف با پتانسیل قبلی است. بنابراین ، نقض تنش دقیق قطبیت سیگنال ها نشان دهنده نبض کاذب یا از بین رفتن پالس صحیح از خط است. سیگنالی با قطب نادرست نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت تخلف). کد AMI از دو سطح بلکه از سه سطح سیگنال روی خط استفاده نمی کند. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده در حدود 3dB دارد تا قابلیت اطمینان یکسانی از بیت های دریافتی روی خط داشته باشد ، که این یک نقطه ضعف رایج برای کدها با چندین حالت سیگنال در مقایسه با کدهایی است که فقط دو حالت را از هم متمایز می کنند.

کد بالقوه با وارونگی در یک. کدی مشابه AMI وجود دارد ، اما فقط با دو سطح سیگنال وجود دارد. هنگام انتقال صفر ، پتانسیلی را که در چرخه قبلی تنظیم شده بود منتقل می کند (یعنی تغییری در آن ایجاد نمی کند) و هنگام انتقال یکی ، پتانسیل به عکس برعکس می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (غیر برگشت به صفر با آنهایی وارونه, NRZI). این کد در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است ، مناسب است ، به عنوان مثال ، در کابلهای نوری ، که دو حالت سیگنال ، تاریک و تاریک به طور ثابت شناسایی می شوند.

کد نبض دو قطبیعلاوه بر کدهای بالقوه ، کدهای پالس در شبکه ها نیز استفاده می شوند که داده ها توسط یک پالس کامل یا بخشی از آن - توسط جلو نشان داده می شوند. ساده ترین حالت این رویکرد است کد پالس دو قطبی ،که در آن یکی با انگیزه یک قطب نشان داده می شود و صفر با دیگری نشان داده می شود . هر ضربه نیم بار ضرب و شتم دارد. چنین کدی دارای ویژگی های هماهنگ سازی عالی است ، اما یک م componentلفه DC می تواند وجود داشته باشد ، به عنوان مثال ، هنگام انتقال دنباله طولانی یک یا صفر. علاوه بر این ، طیف آن از کدهای بالقوه گسترده تر است. بنابراین ، هنگام انتقال همه صفرها یا یک ها ، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر با NHz خواهد بود ، که دو برابر هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بالاتر از هارمونیک اساسی کد AMI هنگام انتقال یکسان و صفر است. به دلیل طیف بسیار گسترده ، به ندرت از کد پالس دو قطبی استفاده می شود.

کد منچسترتا همین اواخر ، در شبکه های محلی ، متداول ترین روش کدگذاری به اصطلاح بود کد منچستردر فناوری های Ethernet و TokenRing استفاده می شود. کد Manchester از افت احتمالی ، یعنی جلو پالس ، برای کدگذاری صفر و صفر استفاده می کند. در رمزگذاری منچستر ، هر نوار به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط قطره های بالقوه ای که در وسط هر چرخه اتفاق می افتد رمزگذاری می شوند. یکی با افت از سطح سیگنال کم به سطح بالا و صفر توسط لبه معکوس کدگذاری می شود. در ابتدای هر چرخه ، اگر نیاز دارید چندین یا صفر را پشت سر هم نشان دهید ، می تواند یک سیگنال سربار ایجاد شود. از آنجا که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند ، کد منچستر از ویژگی های زمان بندی خوبی برخوردار است. پهنای باند کد منچستر از پالس دو قطبی باریک تر است. به طور متوسط \u200b\u200b، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریک تر از کد پالس دو قطبی است و بنیاد در حدود مقدار 3N / 4 نوسان می کند. کد منچستر یک مزیت دیگر نسبت به کد پالس دو قطبی دارد. در حالت دوم ، از سه سطح سیگنال برای انتقال داده و در منچستر از دو سطح استفاده می شود.

کد بالقوه 2B 1Q. کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها. این کد است 2 در 1س, که نام آن ماهیت آن را منعکس می کند - هر دو بیت (2B) در یک سیکل ساعت توسط سیگنالی با چهار حالت (1Q) منتقل می شوند. یک جفت بیت 00 مربوط به پتانسیل -2.5 ولت ، یک جفت بیت 01 مربوط به پتانسیل -0.833 ولت است ، یک جفت 11 پتانسیل 0.833 ولت + و یک جفت 10 پتانسیل 2.5 ولت دارد. با استفاده از این روش کدگذاری ، اقدامات اضافی برای مبارزه با توالی های طولانی جفت بیت های مشابه لازم است ، زیرا این سیگنال را به یک جز component DC تبدیل می کند. با interleaving تصادفی بیت ها ، طیف سیگنال دو برابر باریک تر از کد NRZ است ، زیرا در همان نرخ بیت ، زمان چرخه دو برابر می شود. بنابراین ، با استفاده از کد 2B 1Q ، می توانید داده ها را در همان خط دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI انتقال دهید. با این حال ، برای اجرای آن ، قدرت فرستنده باید بیشتر باشد تا چهار سطح توسط گیرنده در مقابل پس زمینه تداخل مشخص شود.

رمزگذاری منطقیاز کدگذاری Boolean برای افزایش کدهای بالقوه مانند AMI ، NRZI یا 2Q.1B استفاده می شود. کدگذاری منطقی باید توالی های بیت طولانی را که منجر به پتانسیل ثابت با توالی پراکنده می شوند ، جایگزین کند. همانطور که در بالا ذکر شد ، کدگذاری منطقی با دو روش مشخص می شود -. کدهای اضافی و تقلا.

کدهای اضافیمبتنی بر شکستن توالی بیت اصلی به چند قطعه است که اغلب به آنها نماد گفته می شود. سپس هر شخصیت اصلی با یک شخصیت جدید جایگزین می شود که بیت های بیشتری نسبت به اصلی دارد.

فرستنده ای که از یک کد اضافی استفاده می کند باید با افزایش سرعت کلاک کار کند تا پهنای باند خط مشخص شده را حفظ کند. بنابراین ، برای انتقال کدهای 4 ولت / 5 ولت با سرعت 100 مگابایت در ثانیه ، فرستنده باید با فرکانس ساعت 125 مگاهرتز کار کند. در این حالت ، طیف سیگنال روی خط در مقایسه با موردی که یک کد تمیز و نه زائد در امتداد خط منتقل می شود ، گسترش می یابد. با این وجود ، به نظر می رسد که طیف کد پتانسیل زائد از طیف کد منچستر باریک تر است ، که توجیه کننده مرحله اضافی کدگذاری منطقی و همچنین عملکرد گیرنده و فرستنده با فرکانس ساعت افزایش یافته است.

تقلا کردن جابجایی داده ها با scrambler قبل از انتقال آنها به خط با استفاده از کد بالقوه ، روش دیگری برای کدگذاری بولی است. روشهای تقارن شامل محاسبه ذره ذره کد بدست آمده بر اساس بیتهای کد منبع و بیتهای کد بدست آمده در چرخه های ساعت قبلی است. به عنوان مثال ، یک تقارن دهنده می تواند رابطه زیر را پیاده سازی کند:

انتقال ناهمزمان و همزمان

هنگام مبادله داده ها در لایه فیزیکی ، واحد اطلاعات کمی است ، بنابراین ، ابزار لایه فیزیکی همیشه هماهنگی بیت را بین گیرنده و فرستنده حفظ می کند. معمولاً تهیه همگام سازی در این دو سطح - بیت و فریم - کافی است تا فرستنده و گیرنده بتوانند تبادل پایدار اطلاعات را فراهم کنند. با این حال ، هنگامی که کیفیت خط ارتباطی ضعیف است (این معمولاً به کانالهای سوئیچ شده تلفن اشاره دارد) ، ابزارهای همگام سازی اضافی در سطح بایت برای کاهش هزینه تجهیزات و افزایش قابلیت اطمینان انتقال داده ها معرفی می شوند.

این حالت عملیاتی نامیده می شود نامتقارنیا شروع پایان.در حالت ناهمزمان ، هر بایت داده با سیگنال های ویژه "شروع" و "توقف" همراه است. هدف این سیگنال ها ، اولاً اطلاع دادن به گیرنده از ورود داده ها و ثانیاً دادن زمان کافی به گیرنده برای انجام برخی از توابع مربوط به زمان بندی قبل از رسیدن بایت بعدی است. سیگنال شروع یک فاصله ساعت است و سیگنال توقف می تواند یک ، یک و نیم یا دو ساعت دوام داشته باشد ، بنابراین گفته می شود که یک ، یک و نیم و یا دو بیت به عنوان سیگنال توقف استفاده می شود ، اگرچه بیت های کاربر این سیگنال ها را نشان نمی دهند.

در حالت انتقال همزمان ، هیچ بیتی شروع-توقف بین هر جفت بایت وجود ندارد. نتیجه گیری

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق یک کانال فرکانس صوتی باند باریک که در تلفن استفاده می شود ، مناسب ترین روش ها مدولاسیون آنالوگ است که در آن یک حامل سینوسی با دنباله اصلی ارقام باینری مدوله می شود. این عملیات توسط دستگاه های خاص - مودم ها انجام می شود.

برای انتقال داده با سرعت پایین ، تغییر در فرکانس حامل یک سینوسی اعمال می شود. مودم های با سرعت بالاتر بر اساس تکنیک های مدولاسیون دامنه Quadrature (QAM) ترکیب می شوند ، که با 4 سطح دامنه حامل سینوسی و 8 سطح فاز مشخص می شود. همه 32 ترکیب ممکن از روش QAM برای انتقال داده استفاده نمی شود ، ترکیبات ممنوع تشخیص داده های خراب در لایه فیزیکی را امکان پذیر می کند.

در کانالهای ارتباطی باند پهن ، از روشهای کدگذاری پتانسیل و پالس استفاده می شود که در آنها داده ها با سطوح مختلف پتانسیل ثابت قطب های سیگنال یا پالس یا به اوجلو

هنگام استفاده از کدهای بالقوه ، وظیفه همگام سازی گیرنده با فرستنده از اهمیت ویژه ای برخوردار است ، زیرا هنگام انتقال توالی های طولانی صفر یا یک ، سیگنال در ورودی گیرنده تغییر نمی کند و تعیین گیرنده برای گرفتن بیت داده بعدی برای گیرنده مشکل است.

ساده ترین کد پتانسیل ، کد برگشت ناپذیر به صفر (NRZ) است ، با این حال ، خودتنظیم نیست و یک م aلفه ثابت ایجاد می کند.

مشهورترین کد پالس کد منچستر است که در آن جهت افت سیگنال در وسط هر چرخه اطلاعات را حمل می کند. کد منچستر در فناوری های Ethernet و TokenRing استفاده می شود.

برای بهبود خصوصیات کد بالقوه NRZ ، از روش های کدگذاری منطقی استفاده می شود که توالی های طولانی صفر را از بین می برد. این روش ها بر اساس:

در مورد معرفی بیت های زاید به داده های اصلی (کدهایی مانند 4B / 5B) ؛

داده های خام درهم (کدهای نوع 2B 1Q).

کدهای بالقوه بهبود یافته طیف باریک تری نسبت به کدهای پالس دارند ، بنابراین در فناوری های پرسرعت مانند FDDI ، FastEthernet ، GigabitEthernet کاربرد دارند.

اطلاعات اولیه ای که باید از طریق خط ارتباطی منتقل شوند می توانند گسسته (داده های خروجی رایانه ها) یا آنالوگ (گفتار ، تصویر تلویزیونی) باشند.

انتقال داده گسسته براساس استفاده از دو نوع کدگذاری فیزیکی است:

الف) مدولاسیون آنالوگ ، هنگامی که رمزگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال حامل سینوسی انجام می شود ؛

ب) کدگذاری دیجیتالی با تغییر سطح توالی پالس های اطلاعات مستطیلی.

مدولاسیون آنالوگ منجر به طیفی از سیگنال حاصل از عرض بسیار کمتر از کدگذاری دیجیتال ، با همان سرعت انتقال اطلاعات می شود ، اما اجرای آن به تجهیزات پیچیده و گرانتری نیاز دارد.

در حال حاضر ، داده های اصلی که دارای فرم آنالوگ هستند ، بیشتر و بیشتر از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته (به صورت توالی یک و صفر) منتقل می شوند ، یعنی مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ انجام می شود.

مدولاسیون آنالوگ برای انتقال داده های گسسته از طریق کانالهای پهنای باند باریک استفاده می شود که نماینده معمول آن یک کانال فرکانس صوتی است که به کاربران شبکه های تلفنی ارائه می شود. این کانال سیگنال هایی را با فرکانس 300 تا 3400 هرتز منتقل می کند ، یعنی پهنای باند آن 3100 هرتز است. این پهنای باند برای انتقال گفتار با کیفیت قابل قبول کافی است. محدود کردن پهنای باند کانال تن با استفاده از تجهیزات مالتی پلکس و مدار سوئیچینگ در شبکه های تلفنی همراه است.

قبل از انتقال داده های گسسته در سمت انتقال ، یک مدولاتور-دمدولاتور (مودم) سینوسیس حامل توالی اصلی ارقام باینری را تعدیل می کند. تغییر شکل معکوس (تغییر شکل) توسط مودم دریافت کننده انجام می شود.

سه روش برای تبدیل داده های دیجیتال به فرم آنالوگ یا سه روش مدولاسیون آنالوگ وجود دارد:

مدولاسیون دامنه ، هنگامی که فقط دامنه حامل نوسانات سینوسی متناسب با توالی بیت های اطلاعاتی منتقل شده تغییر کند: به عنوان مثال ، هنگام انتقال یک واحد ، دامنه نوسانات بزرگ تنظیم می شود و هنگام انتقال صفر ، کم است یا اصلاً سیگنال حامل وجود ندارد ؛

مدولاسیون فرکانس ، هنگامی که تحت عمل تعدیل سیگنال ها (بیت های اطلاعاتی منتقل شده) است ، فقط فرکانس حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: به عنوان مثال ، هنگام انتقال صفر ، کم است و هنگام انتقال یکی ، زیاد است ؛

مدولاسیون فاز ، هنگامی که مطابق با توالی بیت های اطلاعاتی منتقل شده باشد ، فقط فاز حامل نوسانات سینوسی تغییر می کند: هنگام عبور از سیگنال 1 به سیگنال 0 یا بالعکس ، فاز 180 درجه تغییر می کند. در فرم خالص خود ، از مدولاسیون دامنه به دلیل ایمنی کم صدا در عمل به ندرت استفاده می شود. مدولاسیون فرکانس در مودم ها به مدار پیچیده ای نیاز ندارد و معمولاً در مودم های با سرعت پایین با سرعت 300 یا 1200 دور در ثانیه استفاده می شود. افزایش سرعت انتقال داده با استفاده از روشهای مدولاسیون ترکیبی ، اغلب دامنه در ترکیب با فاز ، فراهم می شود.

روش آنالوگ انتقال داده های گسسته ، انتقال باند پهن را با استفاده از سیگنال های فرکانس های مختلف حامل در یک کانال فراهم می کند. این تعامل تعداد زیادی از مشترکان را تضمین می کند (هر جفت مشترک با فرکانس خاص خود کار می کند).

کدگذاری دیجیتال هنگام کدگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته ، از دو نوع کد استفاده می شود:

الف) کدهای بالقوه ، هنگامی که فقط مقدار پتانسیل سیگنال برای نشان دادن واحدهای اطلاعاتی و صفر استفاده می شود ، و تفاوت آن در نظر گرفته نمی شود.

ب) کدهای پالس ، هنگامی که داده های باینری یا با پالس های قطبیت مشخص نشان داده می شوند ، یا با افت های بالقوه در یک جهت خاص.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای نشان دادن سیگنال های باینری ، الزامات زیر به روش رمزگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته اعمال می شود:

اطمینان از همگام سازی بین فرستنده و گیرنده ؛

تأمین کمترین عرض طیف سیگنال حاصله با همان نرخ بیت (از آنجا که طیف باریک تری از سیگنال ها اجازه می دهد تا

با همان پهنای باند برای دستیابی به سرعت بالاتر

انتقال داده)

توانایی تشخیص خطاها در داده های منتقل شده.

هزینه نسبتاً کم اجرا.

با استفاده از لایه فیزیکی ، فقط شناسایی داده های تحریف شده (تشخیص خطا) انجام می شود ، که باعث صرفه جویی در وقت می شود ، زیرا گیرنده ، بدون انتظار برای قرار دادن کامل قاب دریافت شده در بافر ، بلافاصله هنگام شناسایی بیت های اشتباه در قاب ، آن را رد می کند. یک عملیات پیچیده تر - اصلاح داده های خراب - توسط پروتکل های سطح بالاتر انجام می شود: کانال ، شبکه ، حمل و نقل ، یا برنامه.

همگام سازی فرستنده و گیرنده ضروری است تا گیرنده دقیقاً بداند چه موقع داده های ورودی را بخواند. همگام سازی گیرنده را به پیام ارسالی تنظیم کرده و گیرنده را با بیت های داده های ورودی همگام نگه دارید. مشکل همگام سازی هنگام انتقال اطلاعات در فواصل کوتاه (بین بلوک های داخل کامپیوتر ، بین رایانه و چاپگر) با استفاده از یک خط ارتباطی جداگانه هم زمان به راحتی حل می شود: اطلاعات فقط در لحظه پالس ساعت بعدی خوانده می شوند. در شبکه های رایانه ای ، آنها به دو دلیل از استفاده از پالس های زمان بندی خودداری می کنند: به دلیل صرفه جویی در هادی ها در کابل های گران قیمت و به دلیل ناهمگنی بودن مشخصات هادی ها در کابل ها (در فواصل زیاد ، سرعت انتشار سیگنال ناهموار می تواند منجر به همگام سازی پالس های ساعت در خط ساعت و پالس های اطلاعات در خط اصلی شود) ، در نتیجه آن بیت داده یا رد می شود یا دوباره خوانده می شود).

در حال حاضر ، همگام سازی فرستنده و گیرنده در شبکه ها با استفاده از کدهای خودتنظیم (SK) حاصل می شود. کدگذاری داده های ارسالی با استفاده از SC برای اطمینان از تغییرات منظم و مکرر (انتقال) سطح سیگنال اطلاعات در کانال است. هر تراز سطح سیگنال از بالا به پایین یا بالعکس برای اصلاح گیرنده استفاده می شود. بهترین موارد در نظر گرفته می شود مواردی که حداقل یک بار در طول بازه زمانی لازم برای دریافت یک بیت اطلاعات ، از انتقال سطح سیگنال اطمینان حاصل کنند. هرچه انتقال سطح سیگنال بیشتر باشد ، گیرنده با اطمینان بیشتری هماهنگ می شود و بیت های داده دریافت شده با اطمینان بیشتری شناسایی می شوند.

الزامات مشخص شده برای روشهای کدگذاری دیجیتال برای اطلاعات گسسته تا حدی با هم متناقض هستند ، بنابراین ، هر یک از روشهای کدگذاری که در زیر بحث شده است ، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به روشهای دیگر دارد.

کدهای خودکار رایج ترین SC ها عبارتند از:

کد بالقوه بدون بازگشت به صفر (NRZ - عدم بازگشت به صفر) ؛

کد نبض دو قطبی (کد RZ) ؛

کد منچستر؛

کد دو قطبی با وارونگی سطح متناوب.

در شکل 32 با استفاده از این CK ها ، برنامه های کدگذاری پیام 0101100 را نشان می دهد.

برای توصیف و ارزیابی مقایسه ای انگلستان ، از شاخص های زیر استفاده می شود:

سطح (کیفیت) همگام سازی ؛

قابلیت اطمینان (اطمینان) در تشخیص و انتخاب بیت های اطلاعات دریافتی ؛

در صورت تعیین ظرفیت خط ، میزان تغییر مورد نیاز در سطح سیگنال در خط ارتباطی هنگام استفاده از SC.

پیچیدگی (و بنابراین هزینه) تجهیزات لازم برای اجرای IC.

کد NRZ آسان برای کدگذاری و کم هزینه اجرا است. این نام به این دلیل بدست آمده است که هنگام انتقال یک سری بیت به همین نام (یک یا صفر) ، سیگنال در طول یک چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد ، همانطور که در سایر روش های رمزگذاری وجود دارد. سطح سیگنال برای هر سری بدون تغییر باقی می ماند ، که به طور قابل توجهی کیفیت همگام سازی و قابلیت اطمینان تشخیص بیت های دریافتی را کاهش می دهد (تایمر گیرنده ممکن است با توجه به سیگنال ورودی و نظرسنجی نابهنگام خطوط مطابقت نداشته باشد).

برای کد L ^ ، روابط زیر برقرار است:

که در آن VI میزان تغییر سطح سیگنال در خط ارتباطی است (baud) ؛

U2 - پهنای باند خط ارتباطی (بیت / ثانیه).

علاوه بر این واقعیت که این کد خاصیت همگام سازی خود را ندارد ، این یک اشکال جدی دیگر نیز دارد: وجود یک جز-با فرکانس پایین که هنگام انتقال سری های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. در نتیجه ، کد NRZ به شکل خالص در شبکه ها استفاده نمی شود. اصلاحات مختلفی از آن اعمال می شود که در آن هماهنگی ضعیف کد و وجود یک جز constant ثابت از بین می رود.

کد RZ یا کد پالس دو قطبی (کد با بازگشت به صفر) از این نظر متفاوت است که در حین انتقال یک بیت اطلاعات ، میزان سیگنال دو بار تغییر می کند ، صرف نظر از اینکه یک سری بیت های مشابه یا بیت های متناوب تغییر می کنند. یکی با نبض یک قطب نشان داده می شود و صفر دیگری. هر ضربه نیم بار ضرب و شتم دارد. چنین کدی دارای ویژگی های هماهنگ سازی عالی است ، اما هزینه اجرای آن بسیار زیاد است ، زیرا برای اطمینان از نسبت لازم است

طیف کد RZ گسترده تر از کد بالقوه است. به دلیل طیف بسیار گسترده ، بندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

کد منچستر تغییری در سطح سیگنال در ارائه هر بیت و هنگام انتقال یک سری بیت به همین نام ایجاد می کند - یک تغییر مضاعف. هر معیار به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط قطره های بالقوه ای که در وسط هر چرخه اتفاق می افتد رمزگذاری می شوند. یکی توسط شیب از سطح سیگنال کم تا زیاد رمزگذاری می شود و صفر توسط شیب معکوس کد می شود. نسبت سرعت برای این کد به شرح زیر است:

کد منچستر از ویژگی های زمان بندی خوبی برخوردار است ، زیرا سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند. پهنای باند آن نسبت به کد RZ باریکتر است (به طور متوسط \u200b\u200b1.5 برابر). برخلاف کد پالس دو قطبی ، که در آن از سه سطح سیگنال برای انتقال داده استفاده می شود (که گاهی اوقات بسیار نامطلوب است ، به عنوان مثال ، فقط دو حالت در کابل های نوری ثابت می شوند - نور و تاریک) ، در کد منچستر دو سطح وجود دارد.

کد منچستر به طور گسترده ای در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

کد وارونگی سطح متقابل دو قطبی (AMI) یکی از اصلاحات کد NRZ است. از سه سطح پتانسیل - منفی ، صفر و مثبت استفاده می کند. واحد با پتانسیل مثبت یا منفی کدگذاری می شود. پتانسیل صفر برای رمزگذاری صفر استفاده می شود. این کد هنگام انتقال یک سری واحد از ویژگی های هماهنگ سازی خوبی برخوردار است ، زیرا پتانسیل هر واحد جدید برخلاف پتانسیل واحد قبلی است. هنگام انتقال سری صفرها هیچ هماهنگی وجود ندارد. اجرای کد AMI نسبتاً ساده است. برای او

هنگام انتقال ترکیبات مختلف بیت بر روی یک خط ، استفاده از کد AMI باعث ایجاد طیف سیگنال باریک تری نسبت به کد NRZ می شود و بنابراین ظرفیت خط بالاتر است.

توجه داشته باشید که کدهای بالقوه بهبود یافته (کد منچستر و کد AMI مدرن) طیف باریک تری نسبت به پالس دارند ، بنابراین آنها در فناوری های پرسرعت ، مثلاً در FDDI ، Fast Ethernet ، Gigabit Ethernet کاربرد دارند.

مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ. همانطور که قبلاً اشاره شد ، یکی از روندهای توسعه شبکه های رایانه ای مدرن ، دیجیتالی شدن آنها است ، یعنی انتقال سیگنال های از هر نوع طبیعت به شکل دیجیتال. منابع این سیگنال ها می توانند کامپیوتر (برای داده های گسسته) یا دستگاه هایی مانند تلفن ، دوربین فیلمبرداری ، تجهیزات تولید مثل فیلم و صدا (برای داده های آنالوگ) باشند. تا همین اواخر (قبل از ظهور شبکه های ارتباطی دیجیتال) در شبکه های سرزمینی ، انواع داده ها به صورت آنالوگ منتقل می شدند و داده های گسسته رایانه ای با استفاده از مودم به فرم آنالوگ تبدیل می شد.

با این وجود ، اگر تحریف قابل توجهی هنگام انتقال وجود داشته باشد ، انتقال اطلاعات به صورت آنالوگ کیفیت داده های دریافتی را بهبود نمی بخشد. بنابراین ، فناوری آنالوگ برای ضبط و انتقال صدا و تصویر با فناوری دیجیتال جایگزین شد ، که از مدولاسیون گسسته سیگنال های آنالوگ استفاده می کند.

مدولاسیون گسسته بر اساس نمونه برداری از سیگنالهای مداوم در دامنه و زمان است. یکی از روشهای گسترده تبدیل سیگنالهای آنالوگ به دیجیتال ، مدولاسیون کد پالس (PCM) است که در سال 1938 توسط A.Kh پیشنهاد شد. ریوز (آمریکا).

هنگام استفاده از PCM ، فرآیند تبدیل شامل سه مرحله است: نمایش ، اندازه گیری و کدگذاری (شکل 33).

اولین مرحله نمایش است. دامنه سیگنال پیوسته اصلی با یک دوره مشخص اندازه گیری می شود ، به همین دلیل نمونه برداری از زمان اتفاق می افتد. در این مرحله ، سیگنال آنالوگ به سیگنال های مدولاسیون دامنه پالس (IAM) تبدیل می شود. اجرای مرحله براساس تئوری نقشه برداری Nyquist-Kotelnikov انجام می شود ، شرط اصلی آن این است: اگر یک سیگنال آنالوگ نمایش داده شود (به عنوان مثال به عنوان دنباله ای از مقادیر زمانی گسسته آن نشان داده شود) در یک بازه منظم با فرکانس حداقل دو برابر فرکانس بالاترین هارمونیک طیف سیگنال پیوسته اصلی ، صفحه نمایش شامل اطلاعات کافی برای بازیابی سیگنال اصلی است. در تلفن آنالوگ ، محدوده 300 تا 3400 هرتز برای انتقال صدا انتخاب شده است ، که برای انتقال با کیفیت بالا از تمام هماهنگی های اساسی مکالمه کافی است. بنابراین ، در شبکه های دیجیتال ، که روش PCM برای انتقال صدا پیاده سازی شده است ، فرکانس نمایش 8000 هرتز اتخاذ می شود (این بیش از 6800 هرتز است که حاشیه کیفیتی را فراهم می کند).

در مرحله کوانتاسیون ، به هر سیگنال IAM مقدار کوانتیزه شده مربوط به نزدیکترین سطح کوانتیشن اختصاص می یابد. کل دامنه تغییرات در دامنه سیگنالهای IAM به 128 یا 256 سطح کوانتیزه تقسیم می شود. هرچه سطوح کوانتیزاسیون بیشتر باشد ، دامنه IAM دقیق تر است - سیگنال توسط سطح کوانتیزه شده نشان داده می شود.

در مرحله کدگذاری ، به هر نقشه کوانتیزه کد باینری 7 بیتی (اگر تعداد سطوح کوانتیزاسیون 128 باشد) یا 8 بیتی (با کوانته سازی 256 مرحله ای) اختصاص داده شده است. در شکل 33 سیگنالهای کد باینری 8 عنصر 00101011 را نشان می دهد ، مربوط به یک سیگنال کوانتیزه با سطح 43 است. هنگام رمزگذاری با کدهای 7 عنصر ، سرعت انتقال داده از طریق کانال باید 56 کیلوبیت بر ثانیه باشد (این محصول فرکانس نمایشگر و عرض کد باینری است) ، و هنگام کدگذاری 8- کد عناصر - 64 کیلوبیت بر ثانیه. استاندارد یک کانال دیجیتال 64 کیلوبیت بر ثانیه است که به آن کانال ابتدایی شبکه های تلفنی دیجیتال نیز گفته می شود.

دستگاهی که این مراحل تبدیل مقدار آنالوگ به کد دیجیتال را انجام می دهد مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) نامیده می شود. در طرف دریافت کننده ، با استفاده از مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) ، تبدیل معکوس انجام می شود ، به عنوان مثال ، دامنه های دیجیتالی سیگنال مداوم تغییر شکل می یابد ، عملکرد مداوم اصلی بازیابی می شود.

در شبکه های ارتباطی دیجیتال مدرن ، از روش های دیگر مدولاسیون گسسته استفاده می شود که امکان نمایش اندازه گیری صدا را در یک شکل فشرده تر ، به عنوان مثال ، به عنوان توالی اعداد 4 بیتی فراهم می کند. از مفهوم تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال نیز استفاده می شود که در آن نه خود سیگنال های IAM کوانتیزه و سپس کدگذاری می شوند ، بلکه فقط تغییرات آنها انجام می شود و تعداد سطوح کوانتیزاسیون یکسان فرض می شود. بدیهی است که این مفهوم امکان تبدیل سیگنال را با دقت بیشتری فراهم می کند.

روش های دیجیتالی ضبط ، تولید مثل و انتقال اطلاعات آنالوگ توانایی کنترل قابلیت اطمینان داده های خوانده شده از یک رسانه یا دریافت شده از طریق یک خط ارتباطی را فراهم می کند. برای این منظور ، روشهای کنترلی مشابه داده های رایانه ای اعمال می شود (بند 4.9 را ببینید).

انتقال سیگنال مداوم به شکل گسسته ، الزامات سختگیرانه ای را برای هماهنگی گیرنده تحمیل می کند. اگر همگام سازی مشاهده نشود ، سیگنال اصلی به اشتباه بازسازی می شود که منجر به تحریف صدا یا تصویر ارسالی می شود. اگر فریم هایی با اندازه گیری صدا (یا مقدار دیگر آنالوگ) به صورت همزمان وارد شوند ، کیفیت صدا می تواند بسیار بالا باشد. با این حال ، در شبکه های رایانه ای ، فریم ها می توانند در گره های انتهایی و در دستگاه های سوئیچینگ متوسط \u200b\u200b(پل ها ، سوئیچ ها ، روترها) به تأخیر بیفتند ، که بر کیفیت انتقال صدا تأثیر منفی می گذارد. بنابراین ، برای انتقال با کیفیت بالا از سیگنال های پیوسته دیجیتالی ، از شبکه های دیجیتال ویژه (ISDN ، خودپرداز ، شبکه های تلویزیونی دیجیتال) استفاده می شود ، اگرچه شبکه های Frame Relay امروز نیز برای انتقال مکالمات تلفنی درون سازمانی استفاده می شوند ، زیرا تاخیرهای انتقال قاب در آنها در حد قابل قبولی است.

طرح

مبانی نظری انتقال داده ها

سریال فوریه

رسانه ذخیره سازی مدیریت شده

رسانه های مغناطیسی

جفت پیچ خورده

کابل هممحور

فیبرهای نوری

یک اتصال خاص می تواند به انتهای کابل متصل شود ، که با آن کابل به یک خروجی نوری وارد می شود. از دست دادن 10-20٪ شدت نور است ، اما تغییر تنظیمات سیستم را آسان می کند.
اتصال - دو انتهای کابل که به طور مرتب برش داده شده در کنار یکدیگر قرار گرفته و با یک آستین مخصوص بسته می شوند. با تراز كردن انتهای كابل ، انتقال نور بهبود می یابد. از دست دادن - 10٪ از قدرت نور.
ذوب. عملاً ضرری ندارد.

میز 1.
نمودار مقایسه لیزر LED و نیمه هادی
انتهای دریافت کابل نوری یک فوتودیود است که در صورت برخورد نور روی آن یک پالس الکتریکی تولید می کند.

ویژگی های مقایسه ای کابل فیبر نوری و سیم مسی.

سرعت بالا.
میرایی سیگنال کمتر ، خروجی تکرار کننده کمتر (یک در هر 50 کیلومتر ، نه 5)
بی اثر در برابر تابش الکترومغناطیسی خارجی ، از نظر شیمیایی خنثی است.
وزن سبک تر 1000 جفت مس پیچ خورده به طول 1 کیلومتر حدود 8000 کیلوگرم وزن دارند. وزن یک جفت کابل فیبر نوری با پهنای باند بیشتر فقط 100 کیلوگرم است
هزینه نصب کم

پیچیدگی و صلاحیت در هنگام نصب.
تردی
گرانتر از مس.
انتقال سیمپلکس ، حداقل 2 هسته بین شبکه ها مورد نیاز است.

اتصال بیسیم

طیف الکترومغناطیسی

ارتباطات رادیویی

ارتباط مایکروویو

امواج مادون قرمز و میلی متر

ماهواره های ارتباطی

شبکه تلفن سوئیچ عمومی

ساختار سیستم تلفن

خطوط محلی: مودم ، ADSL ، بی سیم

مدولاسیون دامنه - از 2 دامنه سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1) ،
فرکانس - چندین فرکانس سیگنال مختلف استفاده می شود (برای 0 و 1) ،
شیفت های فاز - فاز هنگام جابجایی بین واحدهای منطقی (0 و 1) استفاده می شود. زاویه برش - 45 ، 135 ، 225 ، 180.

خطوط مشترک دیجیتال. فناوری XDSL.

گلدان - باند گلدان؛
دامنه خروجی
محدوده ورودی

DSLAM - مالتی پلکسر دسترسی DSL ؛
NID یک دستگاه رابط شبکه است که مالکیت شرکت تلفن و مشترک را از هم جدا می کند.
Splitter - شکاف دهنده ای که باند POTS و داده های ADSL را جدا می کند.

خطوط و مهر و موم ها

تخفیف

تغییر کانال

سوئیچینگ بسته

7. سطح فیزیکی انتقال داده ها

7.2 روشهای انتقال داده گسسته

هنگام انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی ، از دو نوع اصلی کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - بر اساس یک سیگنال حامل سینوسی و براساس توالی پالس های مستطیلی. اولین روش نیز اغلب نامیده می شود مدولاسیون یا مدولاسیون آنالوگ ، با تأکید بر این واقعیت که کدگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ انجام می شود. راه دوم نامیده می شود کدگذاری دیجیتال ... این روش ها از نظر عرض طیف سیگنال حاصل و پیچیدگی تجهیزات مورد نیاز برای اجرای آنها متفاوت است.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی ، طیف سیگنال حاصل بسیار گسترده است. استفاده از سینوزوئید منجر به طیف باریک تری با همان سرعت انتقال اطلاعات می شود. با این حال ، اجرای مدولاسیون به تجهیزات پیچیده و گرانتری نسبت به اجرای پالس های مستطیلی نیاز دارد.

امروزه ، بیشتر و بیشتر ، داده هایی که در ابتدا دارای فرم آنالوگ بودند - گفتار ، تصویر تلویزیونی - از طریق کانال های ارتباطی به صورت مجزا ، یعنی به صورت توالی یک و صفر منتقل می شوند. فرآیند ارائه اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسسته .

مدولاسیون آنالوگ برای انتقال داده های گسسته از طریق کانالهای پهنای باند باریک - کانال فرکانس صدا (شبکه های تلفن عمومی) استفاده می شود. این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز حمل می کند ، بنابراین پهنای باند آن 3100 هرتز است.

دستگاهی که وظایف تعدیل سینوزوئید حامل را در سمت انتقال دهنده و تعدیل مدولاسیون در سمت گیرنده را انجام می دهد مودم (تعدیل کننده-دمدولاتور).

مدولاسیون آنالوگ یک روش کدگذاری فیزیکی است که در آن اطلاعات با تغییر دامنه ، فرکانس یا فاز یک سیگنال حامل سینوسی کد می شود (شکل 27).

چه زمانی مدولاسیون دامنه (شکل 27 ، ب) یک سطح از دامنه سینوسی فرکانس حامل برای یک واحد منطقی و دیگری برای صفر منطقی انتخاب شده است. این روش به دلیل ایمنی کم صدا در عمل به ندرت در شکل خالص استفاده می شود ، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.

چه زمانی مدولاسیون فرکانس (شکل 27 ، ج) مقادیر 0 و 1 داده های اصلی توسط سینوسییدها با فرکانس های مختلف منتقل می شوند - f 0 و f 1 ،. این روش مدولاسیون به مدار پیچیده در مودم ها نیاز ندارد و معمولاً در مودم های با سرعت پایین با سرعت 300 یا 1200 دور در ثانیه استفاده می شود.

چه زمانی مدولاسیون فاز (شکل 27 ، د) مقادیر داده های 0 و 1 مربوط به سیگنالهای یک فرکانس یکسان است ، اما با فازهای مختلف ، به عنوان مثال 0 و 180 درجه یا 0 ، 90 ، 180 و 270 درجه.

در مودم های پرسرعت ، معمولاً از روش های مدولاسیون ترکیبی ، به عنوان قاعده ، از دامنه در ترکیب با فاز استفاده می شود.

شکل: 27. انواع مختلف مدولاسیون

طیف سیگنال تعدیل شده حاصل به نوع و میزان مدولاسیون بستگی دارد.

برای کدگذاری بالقوه ، طیف مستقیماً از فرمولهای فوریه برای عملکرد دوره ای حاصل می شود. اگر داده های گسسته با نرخ بیت N بیت بر ثانیه منتقل شود ، طیف متشکل از یک جز constant ثابت فرکانس صفر و یک سری بی نهایت هارمونیک با فرکانس های f 0 ، 3f 0 ، 5f 0 ، 7f 0 ، ... است ، جایی که f 0 \u003d N / 2 است. دامنه این هارمونیک ها به آرامی کاهش می یابد - با ضرایب 1/3 ، 1/5 ، 1/7 ، ... از دامنه f 0 هارمونیک (شکل 28 ، a). در نتیجه ، طیف کد بالقوه برای انتقال با کیفیت بالا به پهنای باند گسترده ای نیاز دارد. علاوه بر این ، باید توجه داشت که در واقع طیف سیگنال بسته به ماهیت داده ها دائماً در حال تغییر است. بنابراین ، طیف سیگنال کد پتانسیل حین انتقال داده های دلخواه ، باند را از مقداری نزدیک به 0 هرتز تا تقریباً 7f 0 اشغال می کند (هارمونیک ها با فرکانس های بالاتر از 7f 0 را می توان به دلیل سهم کم آنها در سیگنال حاصل ، نادیده گرفت). برای یک کانال تن ، کد بالقوه کدگذاری بالقوه برای نرخ داده 971 bps رسیده است. در نتیجه ، هرگز از کدهای نامزد در کانالهای تن استفاده نمی شود.

با مدولاسیون دامنه ، طیف از یک فرکانس حامل سینوسی تشکیل شده است f با و دو هارمونیک کناری: (f c + f متر) و ( f ج - f متر) ، کجا f متر - فرکانس تغییر پارامتر اطلاعات سینوسی ، که همزمان با سرعت انتقال داده هنگام استفاده از دو سطح دامنه است (شکل 28 ، ب). فرکانس f متر با این روش کدگذاری پهنای باند خط را تعیین می کند. در یک فرکانس مدولاسیون پایین ، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر با 2f) متر ) ، بنابراین اگر پهنای باند آن بیشتر یا برابر با 2f باشد ، سیگنالها توسط خط تحریف نخواهند شد متر ... برای یک کانال فرکانس تن ، این روش تعدیل با سرعت داده بیش از 3100/2 \u003d 1550 bps قابل قبول است. اگر از 4 سطح دامنه برای نمایش داده استفاده شود ، پهنای باند کانال به 3100 بیت بر ثانیه افزایش می یابد.

شکل: 28. طیف سیگنال در کدگذاری بالقوه

و مدولاسیون دامنه

با مدولاسیون فاز و فرکانس ، طیف سیگنال پیچیده تر از مدولاسیون دامنه است ، زیرا بیش از دو هارمونیک جانبی در اینجا تشکیل شده است ، اما آنها همچنین با توجه به فرکانس حامل اصلی واقع شده اند و دامنه آنها به سرعت کاهش می یابد. بنابراین ، این مدولاسیون ها برای انتقال داده کانال صوتی نیز مناسب هستند.

هنگام کدگذاری دیجیتالی اطلاعات گسسته ، از کدهای پتانسیل و پالس استفاده می شود. در کدهای بالقوه ، فقط مقدار پتانسیل سیگنال برای نشان دادن عددهای منطقی و صفر استفاده می شود و تفاوت های آن در نظر گرفته نمی شود. کدهای پالس اجازه می دهد تا داده های باینری یا به صورت پالس های قطبیت خاص یا به عنوان بخشی از پالس نشان داده شوند - یک افت بالقوه در یک جهت خاص.

هنگام استفاده از پالس های مستطیلی برای انتقال اطلاعات گسسته ، لازم است یک روش کدگذاری را انتخاب کنید که به طور همزمان به چندین هدف برسد:

· کمترین عرض طیف سیگنال حاصل را با همان نرخ بیت داشت.

· هماهنگ سازی بین فرستنده و گیرنده فراهم شده است.

· توانایی تشخیص خطاها را داشت.

· هزینه اجرای کم داشت

طیف باریک تری از سیگنال ها امکان دستیابی به نرخ داده بالاتر در همان خط را فراهم می کند. طیف سیگنال اغلب لازم است که هیچ جز component DC نداشته باشد.

همگام سازی فرستنده و گیرنده لازم است تا گیرنده دقیقاً بداند در چه زمانی از زمان لازم است اطلاعات جدید را از خط ارتباطی بخواند. حل این مشکل در شبکه ها دشوارتر از هنگام مبادله داده ها بین دستگاه های اطراف است ، به عنوان مثال ، بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر. بنابراین ، در شبکه ها ، کدهایی به اصطلاح خود هماهنگ سازی استفاده می شود که سیگنال های آن نشانه ای برای فرستنده دارد که نشان می دهد بیت بعدی (یا چند بیت) در چه مقطعی از زمان شناسایی شود. هر افت ناگهانی سیگنال - که جلو نامیده می شود - می تواند نشانه خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد.

هنگام استفاده از سینوزوئیدها به عنوان سیگنال حامل ، کد بدست آمده دارای ویژگی همگام سازی خودکار است ، زیرا تغییر در دامنه فرکانس حامل ، گیرنده را قادر می سازد لحظه ظاهر شدن کد ورودی را تعیین کند.

الزامات روشهای کدگذاری با هم متناقض هستند ؛ بنابراین ، هر یک از روشهای محبوب کدگذاری دیجیتال که در زیر بحث شده است ، مزایا و معایب خاص خود را نسبت به روشهای دیگر دارد.

در شکل 29 ، یک روش کدگذاری بالقوه را نشان می دهد ، همچنین کدگذاری نامیده می شود بدون بازگشت به صفر (غیر بازگشت به صفر ، NRZ) ... نام اخیر این واقعیت را منعکس می کند که وقتی دنباله ای از آن ها منتقل می شود ، سیگنال در طول یک چرخه به صفر نمی رسد. اجرای روش NRZ ساده است ، تشخیص خطای خوبی دارد (به دلیل دو پتانسیل کاملاً متفاوت) ، اما خاصیت همگام سازی خود را ندارد. هنگامی که یک دنباله طولانی از یک یا صفر منتقل می شود ، سیگنال روی خط تغییر نمی کند ، بنابراین گیرنده قادر به تعیین زمان لازم برای خواندن داده ها از سیگنال ورودی نیست. حتی با وجود یک ژنراتور ساعت با دقت بالا ، گیرنده می تواند هنگام برداشت داده اشتباه کند ، زیرا فرکانس های دو نوسانگر هرگز کاملاً یکسان نیستند. بنابراین ، در نرخ داده بالا و توالی طولانی یک یا صفر ، عدم تطابق جزئی در فرکانس های ساعت می تواند منجر به خطا در یک چرخه کامل شود و بر این اساس ، خواندن مقدار بیت نادرست منجر شود.

اشکال جدی دیگر در روش NRZ وجود م componentلفه ای با فرکانس پایین است که هنگام انتقال توالی های طولانی یک یا صفر به صفر نزدیک می شود. به همین دلیل ، بسیاری از کانالهای ارتباطی که ارتباط گالوانیکی مستقیمی بین گیرنده و منبع برقرار نمی کنند ، از این نوع کدگذاری پشتیبانی نمی کنند. در نتیجه ، کد NRZ به شکل خالص خود در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود ، از تغییرات مختلف آن استفاده می شود ، که در آن هم از همگام سازی بد کد NRZ و هم از نظر وجود یک م constantلفه ثابت حذف می شود. جذابیت کد NRZ که شروع به بهبود آن منطقی است ، در فرکانس نسبتاً کم هارمونیک اساسی f 0 است که برابر با N / 2 هرتز است. سایر روشهای کدگذاری ، مانند منچستر ، دارای فرکانس اساسی بیشتری هستند.

شکل: 29. روشهای کدگذاری داده های گسسته

یکی از اصلاحات روش NRZ روش است کدگذاری دو قطبی با وارونگی متناوب (دو قطبی وارونگی علامت جایگزین ، AMI). این روش (شکل 29 ، ب) از سه سطح پتانسیل - منفی ، صفر و مثبت استفاده می کند. برای رمزگذاری یک صفر منطقی ، از یک پتانسیل صفر استفاده می شود و یک پتانسیل منطقی یا با پتانسیل مثبت یا منفی کد می شود ، با پتانسیل هر واحد جدید در مقابل پتانسیل واحد قبلی.

کد AMI تا حدی مشکلات DC و زمان سنجی ذاتی کد NRZ را برطرف می کند. این در هنگام انتقال توالی های طولانی از یک اتفاق می افتد. در این موارد ، سیگنال روی خط دنباله ای از پالس های دو قطبی با همان طیف کد NRZ است که صفرها و یک های متناوب را انتقال می دهد ، یعنی بدون یک جز DC DC و با یک هارمونیک اساسی N / 2 Hz (جایی که N سرعت داده بیت است) ... توالی های طولانی صفر برای کد AMI و همچنین برای کد NRZ خطرناک است - سیگنال به پتانسیل ثابت دامنه صفر تبدیل می شود. بنابراین ، کد AMI به پیشرفت بیشتری نیاز دارد.

به طور کلی ، برای ترکیبات مختلف بیتی روی خط ، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تری نسبت به کد NRZ می شود و در نتیجه توان خطی بالاتر است. به عنوان مثال ، هنگام انتقال متناوب و صفر ، f 0 اساسی دارای فرکانس N / 4 هرتز است. کد AMI همچنین برخی از قابلیت های تشخیص سیگنال های اشتباه را فراهم می کند. بنابراین ، نقض تنش دقیق قطبیت سیگنال ها نشان دهنده نبض کاذب یا از بین رفتن پالس صحیح از خط است. این سیگنال نامیده می شود سیگنال ممنوع (علامت تخلف).

کد AMI از دو سطح بلکه از سه سطح سیگنال روی خط استفاده نمی کند. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده در حدود 3 دسی بل برای اطمینان از قابلیت اطمینان یکسان دریافت بیت در خط دارد ، که این یک نقطه ضعف رایج برای کدها با چندین حالت سیگنال در مقایسه با کدهایی است که فقط دو حالت را از هم متمایز می کنند.

کدی مشابه AMI وجود دارد ، اما فقط با دو سطح سیگنال وجود دارد. هنگام انتقال صفر ، پتانسیلی را که در چرخه قبلی ایجاد شده است منتقل می کند (یعنی تغییری در آن ایجاد نمی کند) و هنگام انتقال یکی ، پتانسیل به عکس تبدیل می شود. این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (نه برگشت به صفر با آنهایی وارونه , NRZI ) ... این کد در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است ، مناسب است ، به عنوان مثال ، در کابل های نوری ، که دو حالت سیگنال به طور پایدار شناسایی می شوند - نور و سایه.

علاوه بر کدهای بالقوه ، کدهای پالس در شبکه ها نیز استفاده می شوند ، زمانی که داده ها توسط یک پالس کامل یا بخشی از آن - توسط جلو نشان داده می شوند. ساده ترین حالت این رویکرد است کد پالس دو قطبی ، که در آن یک فشار با یک قطب نشان داده می شود ، و صفر - با دیگری (شکل 29 ، c). هر ضربه نیم بار ضرب و شتم دارد. این کد بسیار عالی است همگام سازی خود خصوصیات ، اما ممکن است م constantلفه ثابت وجود داشته باشد ، به عنوان مثال ، هنگام انتقال دنباله طولانی یک یا صفر. علاوه بر این ، طیف آن از کدهای بالقوه گسترده تر است. بنابراین ، هنگام انتقال همه صفرها یا یک ها ، فرکانس هارمونیک اساسی کد برابر با N Hz خواهد بود که دو برابر هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر بیشتر از هارمونیک اساسی کد AMI هنگام انتقال یکسان و صفر است. به دلیل طیف بسیار گسترده ، به ندرت از کد پالس دو قطبی استفاده می شود.

تا همین اواخر ، در شبکه های محلی ، متداول ترین روش کدگذاری به اصطلاح بود کد منچستر (شکل 29 ، د). در فناوری های اترنت و Token Ring استفاده می شود.

کد Manchester از افت احتمالی ، یعنی جلو پالس ، برای کدگذاری صفر و صفر استفاده می کند. در رمزگذاری منچستر ، هر نوار به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط قطره های بالقوه ای که در وسط هر چرخه اتفاق می افتد رمزگذاری می شوند. یکی توسط شیب از سطح سیگنال پایین به بالا کد می شود و صفر توسط شیب معکوس کد می شود. در ابتدای هر چرخه ، در صورت نیاز به نشان دادن چندین یا یک صفر در یک ردیف ، می تواند یک سیگنال سربار ایجاد شود. از آنجا که سیگنال حداقل یک بار در هر چرخه انتقال یک بیت داده تغییر می کند ، کد منچستر خوب است همگام سازی خود خواص پهنای باند کد منچستر از پالس دو قطبی باریک تر است. همچنین م componentلفه ثابت ندارد و هارمونیک اساسی در بدترین حالت (هنگام انتقال توالی یک یا صفر) دارای فرکانس N هرتز است و در بهترین حالت (هنگام انتقال متناوب و صفر) برابر است با N / 2 Hz ، مانند کدهای AMI یا NRZ به طور متوسط \u200b\u200b، پهنای باند کد منچستر یک و نیم برابر باریک تر از کد پالس دو قطبی است و بنیاد در حدود 3N / 4 نوسان می کند. کد منچستر یک مزیت دیگر نسبت به کد پالس دو قطبی دارد. در حالت دوم ، از سه سطح سیگنال برای انتقال داده و در منچستر از دو سطح استفاده می شود.

در شکل 29 ، e یک کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها را نشان می دهد. این یک کد 2B1Q است ، نام آن ماهیت آن را منعکس می کند - هر دو بیت (2B) در یک چرخه ساعت توسط سیگنالی که دارای چهار حالت است (1Q) منتقل می شود. یک جفت بیت 00 مربوط به پتانسیل -2.5 ولت است ، یک جفت بیت 01 مطابق با پتانسیل -0.833 ولت ، یک جفت 11 مطابق با پتانسیل +0.833 ولت و یک جفت 10 مطابق با پتانسیل 2.5+ ولت است. این روش کدگذاری برای مقابله طولانی مدت به اقدامات دیگری نیاز دارد توالی های جفت بیت یکسان ، زیرا در این حالت سیگنال به یک جز component DC تبدیل می شود. با interleaving تصادفی بیت ها ، طیف سیگنال دو برابر باریکتر از کد NRZ است ، زیرا در همان نرخ بیت ، زمان چرخه دو برابر می شود. بنابراین ، با استفاده از کد 2B1Q ، می توانید داده ها را در همان خط دو برابر سریعتر از استفاده از کد AMI یا NRZI انتقال دهید. با این حال ، برای اجرای آن ، قدرت فرستنده باید بیشتر باشد تا چهار سطح توسط گیرنده در مقابل پس زمینه تداخل مشخص شود.

اطلاعات منتقل شده از طریق پیوند ارتباطی معمولاً تحت کدگذاری خاصی قرار می گیرند که به بهبود قابلیت اطمینان انتقال کمک می کند. در این حالت ، هزینه های سخت افزاری اضافی برای رمزگذاری و رمزگشایی اجتناب ناپذیر است و هزینه آداپتورهای شبکه افزایش می یابد.

کدگذاری اطلاعات منتقل شده از طریق شبکه به نسبت حداکثر سرعت انتقال مجاز و توان واسطه انتقال استفاده شده مربوط می شود. به عنوان مثال ، با کدهای مختلف ، حداکثر سرعت انتقال برای یک کابل ممکن است دو برابر متفاوت باشد. پیچیدگی تجهیزات شبکه و قابلیت اطمینان انتقال اطلاعات نیز مستقیماً به کد انتخاب شده بستگی دارد.

برای انتقال داده های گسسته از طریق کانال های ارتباطی ، از دو روش کدگذاری فیزیکی داده های گسسته اصلی استفاده می شود - بر اساس سیگنال حامل سینوسی و براساس توالی پالس های مستطیلی. اولین راه اغلب نامیده می شود مدولاسیون آنالوگ ،از آنجا که کدگذاری با تغییر پارامترهای سیگنال آنالوگ (دامنه ، فاز ، فرکانس) انجام می شود. راه دوم نامیده می شود کدگذاری دیجیتال... در حال حاضر ، داده ها به صورت آنالوگ (گفتار ، تصویر تلویزیونی) از طریق کانال های ارتباطی به صورت گسسته منتقل می شوند. فرآیند ارائه اطلاعات آنالوگ به صورت گسسته نامیده می شود مدولاسیون گسسته

5.1مدولاسیون آنالوگ

نمایش داده های گسسته به شکل سیگنال سینوسی نامیده می شود مدولاسیون آنالوگ. مدولاسیون آنالوگ اجازه می دهد تا اطلاعات به عنوان یک سیگنال سینوسی با سطوح مختلف دامنه ، یا فاز یا فرکانس نشان داده شوند. همچنین می توانید از ترکیب پارامترهای در حال تغییر - دامنه و فرکانس ، دامنه فاز - استفاده کنید. به عنوان مثال ، اگر یک سیگنال سینوسی با چهار سطح دامنه و چهار سطح فرکانس تولید کنید ، این حالت 16 پارامتر اطلاعات را به شما می دهد ، که به معنای 4 بیت اطلاعات برای یک تغییر است.

سه روش اصلی مدولاسیون آنالوگ وجود دارد:

دامنه ،

فرکانس،

مدولاسیون دامنه (AM)با مدولاسیون دامنه ، یک سطح دامنه سینوسی فرکانس حامل برای یک واحد منطقی و دیگری برای یک صفر منطقی انتخاب می شود (شکل 5.1 را ببینید). فرکانس سیگنال ثابت می ماند. این روش به دلیل ایمنی کم صدا در عمل به ندرت در شکل خالص خود استفاده می شود ، اما اغلب در ترکیب با نوع دیگری از مدولاسیون - مدولاسیون فاز استفاده می شود.

شکل: 5.1 انواع مختلف مدولاسیون

مدولاسیون فرکانس. ( جام جهانی) با مدولاسیون فرکانس ، مقادیر منطقی 0 و منطقی 1 داده های اصلی توسط سینوسییدها با فرکانس های مختلف - f 1 و f 2 منتقل می شوند (شکل 5.1 را ببینید). دامنه سیگنال ثابت می ماند. این روش مدولاسیون در مودم ها به مدار پیچیده ای نیاز ندارد و معمولاً در مودم های با سرعت پایین استفاده می شود.

مدولاسیون فاز (FM)با مدولاسیون فاز ، مقادیر منطقی 0 و 1 مطابق با سیگنالهایی با همان فرکانس است ، اما با فازهای مختلف (معکوس) ، به عنوان مثال ، 0 و 180 درجه یا 0.90 ، 180 و 270 درجه. سیگنال حاصل از آن شبیه توالی سینوزوئیدهای معکوس است (شکل 5.1 را ببینید). دامنه و فرکانس سیگنال ثابت می ماند.

برای افزایش سرعت انتقال (افزایش تعداد بیت ها در هر چرخه از پارامتر اطلاعات) از روش های مدولاسیون ترکیبی استفاده می شود. متداول ترین روش ها مدولاسیون دامنه quadrature (سپخت و پز دامنه مدولاسیون، QAM)... این روش ها از ترکیبی از مدولاسیون فاز با 8 مقدار تغییر فاز و مدولاسیون دامنه با 4 سطح دامنه استفاده می کنند. با استفاده از این روش 32 ترکیب سیگنال امکان پذیر است. و اگرچه از همه استفاده نشده است ، سرعت هنوز به طور قابل توجهی افزایش می یابد و به دلیل افزونگی ، می توان خطاهای موجود در انتقال داده را کنترل کرد. به عنوان مثال ، در بعضی از کدها فقط 6،7 یا 8 ترکیب مجاز به نشان دادن داده های اصلی هستند ، و بقیه ترکیبات ممنوع است. این افزونگی کدگذاری برای مودم لازم است تا سیگنالهای اشتباه ناشی از اعوجاجات ناشی از تداخل را تشخیص دهد ، که در کانالهای تلفن ، به ویژه کانالهای سوئیچ شده ، از نظر دامنه بسیار مهم هستند و از نظر زمانی طولانی هستند.

بگذارید تعیین کنیم که مدولاسیون آنالوگ بر روی کدام خطوط می تواند کار کند و تا چه حد این روش پهنای باند یک خط انتقال خاص استفاده شده را تأمین می کند ، که طیف سیگنال های حاصل را برای آن در نظر می گیریم. به عنوان مثال ، روش مدولاسیون AM را در نظر بگیرید. طیف سیگنال حاصل با مدولاسیون دامنه از یک فرکانس حامل سینوسی تشکیل خواهد شد f از جانب و دو هارمونیک جانبی:

(f از جانب - f متر ) و (f از جانب + f متر ), جایی که f متر - فرکانس مدولاسیون (تغییر در پارامتر اطلاعات سینوسی) ، که در صورت استفاده از دو سطح دامنه با سرعت انتقال داده همزمان خواهد شد.

شکل: 5.2 طیف سیگنال با مدولاسیون دامنه

فرکانس f متر با این روش کدگذاری پهنای باند خط را تعیین می کند. در یک فرکانس مدولاسیون پایین ، عرض طیف سیگنال نیز کوچک خواهد بود (برابر با 2f متر شکل 5.2 را ببینید) ، بنابراین اگر پهنای باند آن بیشتر یا برابر باشد ، سیگنال ها توسط خط تحریف نخواهند شد. 2f متر .

بنابراین ، با مدولاسیون دامنه ، سیگنال حاصل یک طیف باریک دارد.

با مدولاسیون فاز و فرکانس ، طیف سیگنال پیچیده تر از مدولاسیون دامنه است ، زیرا بیش از دو هارمونیک جانبی در اینجا تشکیل شده است ، اما آنها همچنین با توجه به فرکانس حامل اصلی واقع شده اند و دامنه آنها به سرعت کاهش می یابد. بنابراین ، این مدولاسیون ها همچنین برای انتقال داده ها از طریق خطوط باند پهن باریک مناسب هستند. یک نماینده معمولی از این خطوط ، کانال فرکانس صوتی است که در دسترس کاربران شبکه های تلفنی عمومی قرار دارد.

از پاسخ فرکانس معمول یک کانال صوتی ، می توان دریافت که این کانال فرکانس هایی را در محدوده 300 تا 3400 هرتز حمل می کند و بنابراین دارای پهنای باند 3100 هرتز است (شکل 5.3 را ببینید).

شکل: 5.3 پاسخ فرکانس کانال فرکانس تن

اگرچه صدای انسان طیف بسیار گسترده تری دارد - از حدود 100 هرتز تا 10 کیلوهرتز - برای کیفیت گفتار قابل قبول ، دامنه 3100 هرتز راه حل خوبی است. محدودیت شدید پهنای باند کانال تن با استفاده از تجهیزات مالتی پلکس و کانال سوئیچینگ در شبکه های تلفنی مرتبط است.

بنابراین ، برای یک کانال فرکانس تن ، مدولاسیون دامنه سرعت داده را بیش از 3100/2 \u003d 1550 بیت در ثانیه فراهم نمی کند. اگر از چندین سطح از پارامتر اطلاعات (4 سطح دامنه) استفاده کنید ، پهنای باند کانال فرکانس تن دو برابر می شود.

بیشتر اوقات ، هنگام انتقال اطلاعات از طریق کانال با پهنای باند باریک ، به عنوان مثال از طریق خطوط تلفن در شبکه های جهانی ، از کدگذاری آنالوگ استفاده می شود. در شبکه های محلی به دلیل پیچیدگی و هزینه زیاد تجهیزات رمزگذاری و رمزگشایی ، بندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

در حال حاضر ، تقریباً تمام تجهیزاتی که با سیگنال های آنالوگ کار می کنند بر اساس ریز مدارهای گران قیمت ساخته می شوند DSP (پردازنده سیگنال دیجیتال)... در این حالت ، پس از تعدیل و انتقال سیگنال ، لازم است که در هنگام دریافت ، مدولاسیون انجام شود ، و این دوباره یک تجهیزات گران قیمت است. برای انجام وظیفه تعدیل سینوسوئید حامل در سمت انتقال دهنده و مدولاسیون در سمت گیرنده ، از دستگاه خاصی استفاده می شود که اصطلاحاً نامیده می شود مودم (تعدیل کننده-دمولاتور). هزینه مودم 56000 بیت بر ثانیه 100 دلار و کارت شبکه 100 مگابیت در ثانیه 10 دلار است.

در نتیجه ، ما مزایا و معایب مدولاسیون آنالوگ را ارائه می دهیم.

مدولاسیون آنالوگ دارای پارامترهای مختلف اطلاعاتی است: دامنه ، فاز ، فرکانس. هر یک از این پارامترها می توانند چندین حالت را در هر تغییر حامل فرض کنند. و بنابراین ، سیگنال حاصل می تواند تعداد زیادی بیت در ثانیه را منتقل کند.

مدولاسیون آنالوگ سیگنال حاصل را با یک طیف باریک فراهم می کند ، و بنابراین در مواردی که باید روی خطوط بد کار کنید (با پهنای باند باریک) خوب است ، قادر است سرعت انتقال بالایی را در آنجا فراهم کند. مدولاسیون آنالوگ قادر به کار بر روی خطوط خوب است ، در اینجا یکی دیگر از مزایای مدولاسیون آنالوگ به ویژه مهم است - توانایی تغییر طیف به منطقه مورد نظر ، بسته به پهنای باند خط مورد استفاده.

مدولاسیون آنالوگ دشوار است و تجهیزات مربوطه بسیار گران هستند.

مدولاسیون آنالوگ در جاهایی استفاده می شود که نمی توان از آن صرف نظر کرد ، اما روشهای دیگر کدگذاری در شبکه های محلی مورد استفاده قرار می گیرند که پیاده سازی آنها به تجهیزات ساده و ارزان نیاز دارد. بنابراین ، اغلب در شبکه های محلی هنگام انتقال داده در خطوط ارتباطی ، از روش دوم کدگذاری فیزیکی استفاده می شود - کدگذاری دیجیتال

5. 2. کدگذاری دیجیتال

کدگذاری دیجیتال- ارائه اطلاعات توسط پالس های مستطیلی. برای استفاده از کدگذاری دیجیتال پتانسیلو تکانهکدها

کدهای بالقوهدر کدهای بالقوه ، برای نشان دادن کدهای منطقی و صفر ، فقط از مقدار پتانسیل سیگنال در طول چرخه ساعت استفاده می شود و قطره های آن که پالس های کاملی را تشکیل می دهند ، در نظر گرفته نمی شوند. فقط مهم است که سیگنال حاصل در طول چرخه چه ارزشی دارد.

کدهای نبضکدهای پالس نشان دهنده صفر و منطقی منطقی هستند یا توسط پالس های قطبیت خاص ، یا به عنوان بخشی از پالس - یک افت بالقوه در یک جهت خاص. مقدار کد ایمپالس شامل تمام ضربه همراه با افت آن است.

بیایید الزامات کدگذاری دیجیتال را تعریف کنیم. به عنوان مثال ، ما باید داده های گسسته (دنباله ای از صفر و یک منطقی) را از خروجی یک کامپیوتر - منبع - به ورودی رایانه دیگر - گیرنده را از طریق یک خط ارتباطی انتقال دهیم.

1. برای انتقال داده ، ما خطوط ارتباطی داریم که همه فرکانس ها را عبور نمی دهند ؛ بسته به نوع آنها پهنای باند خاصی دارند. بنابراین ، هنگام رمزگذاری داده ها ، باید توجه داشته باشید که داده های رمزگذاری شده توسط خط ارتباطی "منتقل می شوند".

2. توالی داده های گسسته باید به صورت پالس های دیجیتال با فرکانس مشخص رمزگذاری شوند. در این حالت ، البته ، بهترین کار دستیابی به موارد زیر است:

الف) فرکانس های سیگنال های رمزگذاری شده پایین هستند تا به طور کلی با پهنای باند خطوط ارتباطی مطابقت داشته باشند.

ب) سیگنال های رمزگذاری شده سرعت انتقال بالایی را ارائه می دهند.

بنابراین ، کد خوب باید داشته باشد هرتز کمتر و بیت بیشتر در ثانیه.

3- داده هایی که باید منتقل شوند توالی تغییر غیر قابل پیش بینی صفر و یک منطقی است.

فرض کنید ما این داده ها را به روش خاصی با پالس های دیجیتال رمزگذاری می کنیم ، چگونه می توان تعیین کرد که سیگنال حاصل شده چه فرکانسی دارد؟ برای تعیین حداکثر فرکانس کد دیجیتال ، کافی است هنگام رمزگذاری توالی های خصوصی سیگنال حاصل را در نظر بگیرید مانند موارد زیر:

دنباله صفر منطقی

توالی واحد منطقی

توالی متناوب صفر و یک منطقی

بعد ، تجزیه سیگنال با روش فوریه ، یافتن طیف ، تعیین فرکانس های هر هارمونیک و یافتن فرکانس کل سیگنال ضروری است ، در حالی که مهم است که طیف اصلی سیگنال به پهنای باند خط ارتباطی سقوط کند. برای اینکه همه این محاسبات انجام نشود ، کافی است که هارمونیک اساسی طیف سیگنال را تعیین کنید ، برای این لازم است که اولین سینوسی از شکل سیگنال را حدس بزنید ، که کانتور شکل خود را تکرار می کند ، سپس دوره این سینوسی را پیدا کنید. Period فاصله بین دو تغییر سیگنال است... سپس می توانید فرکانس هارمونیک اساسی طیف سیگنال را به صورت زیر تعریف کنید F \u003d 1 / Tجایی که F- فرکانس، تی- دوره سیگنال برای سهولت محاسبات بیشتر ، فرض می کنیم که نرخ بیت تغییر سیگنال باشد N.

برای تعیین فرکانس سیگنال حاصل می توان چنین محاسباتی را برای هر روش کدگذاری دیجیتال انجام داد. سیگنال رمزگذاری شده دیجیتالی ، توالی خاصی از پالس های مستطیلی است. برای نشان دادن دنباله ای از پالس های مستطیلی به عنوان مجموع سینوزوئیدها برای یافتن طیفی ، تعداد زیادی از این سینوزوئیدها مورد نیاز است. طیف دنباله ای از سیگنال های موج مربع ، در حالت کلی ، بسیار گسترده تر از سیگنال های مدول شده خواهد بود.

اگر ما یک کد دیجیتالی را برای انتقال داده ها در یک کانال فرکانس تن اعمال کنیم ، حد بالایی برای کدگذاری بالقوه برای نرخ داده 971 bps بدست می آید و پایین تر برای هر نرخ قابل قبول نیست ، زیرا پهنای باند کانال از 300 هرتز شروع می شود.

از این رو کدهای دیجیتالی کانال های تن به راحتی هرگز استفاده نمی شوند. اما از طرف دیگر ، آنها در شبکه های محلی که از خطوط تلفن برای انتقال داده استفاده نمی کنند ، بسیار خوب کار می کنند.

به این ترتیب کدگذاری دیجیتال برای انتقال با کیفیت بالا به پهنای باند گسترده نیاز دارد.

4. هنگام انتقال اطلاعات از طریق خطوط ارتباطی از یک گره منبع به یک گره گیرنده ، لازم است چنین حالت انتقال ارائه شود که در آن گیرنده همیشه دقیقاً بداند در چه زمانی از داده را از منبع دریافت می کند ، یعنی هماهنگ سازیمبدا و مقصد در شبکه ها ، حل مشکل همگام سازی دشوارتر از هنگام مبادله داده ها بین واحدهای داخل رایانه یا بین رایانه و چاپگر است. برای مسافت های کوتاه ، یک مدار مبتنی بر یک پیوند ساعت جداگانه به خوبی کار می کند. در چنین طرحی ، اطلاعات فقط در زمان رسیدن پالس ساعت از خط داده حذف می شوند (شکل 5.4 را ببینید).

شکل: 5.4 همگام سازی گیرنده و فرستنده در فواصل کوتاه

این گزینه همگام سازی به دلیل ناهمگنی بودن مشخصات هادی ها در کابل ها برای هیچ شبکه ای کاملاً مناسب نیست. در مسافت های طولانی ، سرعت انتشار ناهموار می تواند باعث شود ساعت خیلی دیرتر یا زودتر از سیگنال داده مربوطه برسد ، به این ترتیب یک بیت داده از قلم افتاده یا دوباره خوانده می شود. دلیل دیگر اینکه شبکه ها استفاده از پالس های ساعت را رد می کنند ، صرفه جویی در هادی ها در کابل های گران قیمت است. بنابراین ، شبکه ها به اصطلاح استفاده می کنند کدهای خود هماهنگ سازی.

کدهای همگام سازی خودکار- سیگنالهایی که نشانه ای برای گیرنده دارند در چه مقطعی از زمان لازم است بیت بعدی را تشخیص دهید (یا چندین بیت ، اگر کد بیش از دو حالت سیگنال باشد). هر افت شدید سیگنال - به اصطلاح جلو- می تواند به عنوان راهنمای خوبی برای همگام سازی گیرنده با فرستنده باشد. مثالی از کد زمان بندی خود موج سینوسی است. از آنجا که تغییر دامنه فرکانس حامل به گیرنده اجازه می دهد تا لحظه ظاهر شدن کد ورودی را تعیین کند. اما این در مورد مدولاسیون آنالوگ است. در کدگذاری دیجیتال روش هایی نیز وجود دارد که کدهایی را برای خود همزمان سازی ایجاد می کند ، اما بعداً در مورد این موارد بیشتر توضیح می دهیم.

به این ترتیب کد دیجیتال خوب باید هماهنگ سازی را فراهم کند

با در نظر گرفتن الزامات یک کد دیجیتال خوب ، بیایید به سراغ روش های کدگذاری دیجیتال برویم

5. 2.1 کد بازگشت غیر صفر بالقوه NRZ

این کد این نام را گرفته است زیرا هنگام انتقال دنباله ای از موارد ، سیگنال طی یک چرخه ساعت به صفر بر نمی گردد (همانطور که در زیر خواهیم دید ، در سایر روش های کدگذاری ، بازگشت به صفر در این حالت اتفاق می افتد).

کد NRZ (بازگشت به صفر)- بازگشت به صفر - این ساده ترین کد دو سطح است. سیگنال حاصل دارای دو سطح بالقوه است:

سطح پایین مربوط به صفر است ، و سطح بالاتر به یک. انتقال اطلاعات در مرزهای بیت اتفاق می افتد.

سه مورد خاص از انتقال داده ها توسط کد را در نظر بگیرید NRZ: یک توالی متناوب از صفر و یک ، یک توالی صفر و یک توالی از یک (نگاه کنید به شکل 5.5 ، a).

شکل: 5.5 کد NRZ

بیایید سعی کنیم مشخص کنیم این کد با شرایط ذکر شده مطابقت دارد برای انجام این کار ، لازم است که هارمونیک طیف اساسی هنگام کدگذاری بالقوه در هر یک از موارد ارائه شده تعیین شود تا با دقت بیشتری مشخص شود کد کد NRZ برای خط ارتباطی مورد استفاده نیاز دارد.

حالت اول - اطلاعات منتقل می شود ، متشکل از یک توالی نامحدود از موارد متناوب و صفر (نگاه کنید به شکل 5.5 ، ب).

این شکل نشان می دهد که هنگام تغییر یک و صفر ، دو بیت 0 و 1 در یک چرخه ساعت منتقل می شوند.با شکل سینوسی که در شکل نشان داده شده است. 4.22 ، b در N- بیت ریت دوره این سینوسی است T \u003d 2N... فرکانس اساسی در این مورد است f 0 \u003d N / 2.

همانطور که مشاهده می کنید ، با این توالی این کد ، سرعت انتقال داده دو برابر فرکانس سیگنال است.

هنگام انتقال توالی های صفر و یک ، سیگنال حاصل یک جریان ثابت است ، فرکانس تغییر سیگنال صفر است f 0 = 0 .

طیف یک سیگنال واقعی بسته به اینکه چه داده ای از طریق خط ارتباطی منتقل می شود ، دائماً در حال تغییر است و باید از انتقال توالی های طولانی صفر یا یک ، که طیف سیگنال را به سمت فرکانس های پایین تر منتقل می کند ، احتیاط کرد. زیرا کد NRZ هنگام انتقال توالی های طولانی صفر یا یک ، یک جز constant ثابت دارد.

از تئوری سیگنال ها مشخص شده است که علاوه بر الزامات عرض ، یک نیاز مهم دیگر نیز به طیف سیگنال منتقل شده ارائه می شود - فقدان یک ملفه ثابت(وجود یک جریان ثابت بین گیرنده و فرستنده) ، زیرا استفاده از انواع مختلف جدا کردن ترانسفورماتورجریان مستقیم را در خط ارتباطی عبور نمی دهد.

بنابراین ، برخی از اطلاعات به سادگی توسط این پیوند نادیده گرفته می شوند. بنابراین ، در عمل ، آنها همیشه سعی می کنند از حضور یک جز component ثابت در طیف سیگنال حامل که در مرحله رمزگذاری است ، خلاص شوند.

بنابراین ، ما یکی دیگر از نیازهای یک کد دیجیتال خوب را شناسایی کردیم. کد دیجیتال نباید یک م constantلفه ثابت داشته باشد.

یکی دیگر از معایب NRZ - عدم هماهنگی... در این حالت ، فقط روش های اضافی همگام سازی کمک می کند ، که بعداً در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.

یکی از اصلی ترین مزایای کد NRZ سادگی است. به منظور تولید پالس های موج مربع ، دو ترانزیستور مورد نیاز است و برای اجرای مدولاسیون آنالوگ به میکرو مدارهای پیچیده نیاز است. سیگنال پتانسیل نیازی به رمزگذاری و رمزگشایی ندارد ، زیرا از همین روش برای انتقال داده ها به داخل رایانه استفاده می شود.

در نتیجه همه موارد بالا ، ما چندین نتیجه گیری خواهیم کرد که هنگام بررسی سایر روشهای رمزگذاری دیجیتال به ما کمک می کند:

اجرای NRZ بسیار ساده است ، دارای تشخیص خطای خوبی است (به دلیل دو پتانسیل بسیار متفاوت).

NRZ دارای یک م DCلفه DC در انتقال صفر و یک است که انتقال آن را روی خطوط جدا شده از ترانسفورماتور غیر ممکن می کند.

NRZ یک کد خودتنظیم نیست و این امر انتقال را در هر خطی دشوار می کند.

جذابیت کد NRZ ، که به دلیل آن بهبود آن منطقی است ، در فرکانس کاملاً پایین هارمونیک اساسی fo ، که برابر با N / 2 Hz است ، همانطور که در بالا نشان داده شده است ، نهفته است. بنابراین کد NRZدر فرکانس های پایین از 0 تا N / 2 Hz کار می کند.

در نتیجه ، کد NRZ به شکل خالص خود در شبکه ها استفاده نمی شود. با این وجود ، از تغییرات مختلف آن استفاده می شود ، که در آن هر دو همگام سازی بد کد NRZ و وجود یک جز of ثابت با موفقیت حذف می شوند.

تکنیک های کدگذاری دیجیتالی زیر با هدف بهبود توانایی کد NRZ توسعه داده شده است

5. 2.2. تکنیک کدگذاری دو قطبی با وارونگی AMI جایگزین

وارون سازی علامت جایگزین دو قطبی (AMI)اصلاح روش NRZ است.

این روش از سه سطح پتانسیل - منفی ، صفر و مثبت استفاده می کند. سه سطح سیگنال از معایب کد است ، زیرا برای تمایز بین این سه سطح ، یک نسبت سیگنال به نویز بهتر در ورودی به گیرنده مورد نیاز است. لایه اضافی نیاز به افزایش قدرت فرستنده در حدود 3 دسی بل برای اطمینان از قابلیت اطمینان یکسان دریافت بیت روی خط دارد ، که این یک نقطه ضعف رایج برای کدهای چند حالته در مقایسه با کدهای دو سطح است. در کد AMI ، از یک پتانسیل صفر برای رمزگذاری صفر منطقی استفاده می شود ، یک منطقی یا با پتانسیل مثبت یا منفی کدگذاری می شود ، در حالی که پتانسیل هر واحد جدید مخالف پتانسیل واحد قبلی است.

شکل: 5.6 کد AMI

این روش برنامه نویسی تا حدی مشکلات م componentلفه DC و عدم همگام سازی خود ذاتی کد NRZ را هنگام انتقال توالی های طولانی از آن از بین می برد. اما مشکل قطعه ثابت هنگام انتقال توالی صفر برای او باقی مانده است (نگاه کنید به شکل 5.6).

بیایید موارد خاص کد را در نظر بگیریم و هارمونیک اساسی طیف سیگنال حاصل را برای هر یک از آنها تعیین کنیم. با دنباله ای از صفر - سیگنال - جریان مستقیم - fo \u003d 0 (شکل 5.7 ، a)

شکل: 5.7 تعیین فرکانس های طیف اساسی برای AMI

به همین دلیل ، کد AMI نیز به پیشرفت بیشتری نیاز دارد. هنگام انتقال دنباله ای ، سیگنال روی خط دنباله ای از پالس های دو قطبی با همان طیف کد NRZ است که صفرها و یک های متناوب را انتقال می دهد ، یعنی بدون یک جز constant ثابت و با یک هارمونیک اساسی fo \u003d N / 2 Hz.

هنگام انتقال متناوب و صفر ، هارمونیک اساسی fo \u003d N / 4 Hz است ، که دو برابر کمتر از کد NRZ است.

به طور کلی ، برای ترکیبات مختلف بیتی روی خط ، استفاده از کد AMI منجر به طیف سیگنال باریک تری نسبت به کد NRZ می شود و در نتیجه توان خطی بالاتر است. کد AMI همچنین برخی از قابلیت های تشخیص سیگنال های اشتباه را فراهم می کند. بنابراین ، نقض تنش دقیق قطبیت سیگنال ها نشان دهنده نبض کاذب یا از بین رفتن پالس صحیح از خط است. به سیگنالی با قطبیت نادرست سیگنال ممنوع گفته می شود. (نقض سیگنال).

نتیجه گیری زیر می تواند انجام شود:

AMI هنگام انتقال دنباله ای از م componentلفه dc را حذف می کند.

AMI دارای یک طیف باریک است - از N / 4 - N / 2 ؛

AMI تا حدودی مشکلات همگام سازی را برطرف می کند

AMI از دو سطح اما سه سطح سیگنال روی خط استفاده نمی کند و این اشکال آن است ، اما با روش زیر برطرف شد.

5. 2.3 کد بالقوه با وارونگی در واحد NRZI

این کد کاملاً مشابه کد AMI است اما فقط از دو سطح سیگنال استفاده می کند. هنگام انتقال صفر ، پتانسیلی را که در چرخه قبلی ایجاد شده است منتقل می کند (یعنی تغییری در آن ایجاد نمی کند) و هنگام انتقال یکی ، پتانسیل به عکس تبدیل می شود.

این کد نامیده می شود کد بالقوه با وارونگی در یک (عدم بازگشت به صفر با معکوس ، NRZI).

در مواردی که استفاده از سطح سیگنال سوم بسیار نامطلوب است ، به عنوان مثال در کابلهای نوری ، جایی که دو حالت سیگنال - روشن و تاریک - به طور پیوسته تشخیص داده می شوند ، راحت است.

شکل: 5.8 کد NRZI

کد NRZI در شکل سیگنال حاصل از کد AMI متفاوت است ، اما اگر هارمونیک های اساسی را محاسبه کنید ، برای هر مورد مشخص می شود که یکسان هستند. برای دنباله ای از عددهای متناوب و صفر ، فرکانس اساسی سیگنال fo \u003d N / 4.(نگاه کنید به شکل 5.9 ، a). برای با دنباله ای از موارد - fo \u003d N / 2.با دنباله ای از صفر ، همان اشکال باقی می ماند برای \u003d 0- جریان مستقیم در خط.

شکل: 5.9 تعیین فرکانس های اساسی طیف برای NRZI

نتیجه گیری به شرح زیر است:

NRZI - قابلیت های مشابه کد AMI را فراهم می کند ، اما فقط برای این منظور از دو سطح سیگنال استفاده می کند و بنابراین برای بهبود بیشتر قابل قبول است. از معایب NRZI می توان به م componentلفه DC با توالی صفر و عدم همگام سازی هنگام انتقال اشاره کرد. کد NRZI در توسعه تکنیک های کدگذاری بهتر در سطوح بالاتر نقش اساسی داشت.

5. 2.4 کد MLT3

کد انتقال سه سطح MLT-3 (انتقال چند سطح - 3)اشتراکات زیادی با کد NRZI دارد. مهمترین تفاوت آن سه سطح سیگنال است.

واحد مربوط به انتقال از یک سطح سیگنال به سطح دیگر است. تغییر در سطح یک سیگنال خطی فقط در صورت دریافت یک واحد در ورودی رخ می دهد ، با این حال ، بر خلاف کد NRZI ، الگوریتم تشکیل به گونه ای انتخاب می شود که دو تغییر مجاور همیشه جهت مخالف داشته باشند.

شکل: 5.10 کد بالقوه MLT-3

بیایید موارد خاص را در نظر بگیریم ، مانند تمام مثال های قبلی.

هنگام انتقال صفر ، سیگنال همچنین یک م componentلفه ثابت دارد ، سیگنال تغییر نمی کند - برای \u003d 0هرتز (شکل 5.10 را ببینید). وقتی همه انتقال می یابند ، انتقال اطلاعات در مرز بیت ثابت می شوند و یک چرخه سیگنال شامل چهار بیت است. در این مورد fo \u003d N / 4 هرتز - حداکثر فرکانس کد MLT-3 هنگام انتقال همه واحدها (شکل 5.11 ، a).

شکل: 5.11 تعیین فرکانس های اساسی طیف برای MLT-3

در مورد توالی متناوب ، کد MLT-3دارای حداکثر فرکانس برابر با fo \u003d N / 8، که نیمی از کد NRZI است ، بنابراین ، این کد پهنای باند باریک تری دارد.

همانطور که متوجه شدید ، عدم وجود کد MLT-3 ، مانند کد NRZI ، عدم هماهنگی است. این مشکل با استفاده از تبدیل داده های اضافی ، که توالی های طولانی صفر و احتمال عدم هماهنگ سازی را از بین می برد ، حل می شود. نتیجه گیری کلی را می توان به شرح زیر انجام داد - استفاده از برنامه نویسی سه سطح MLT-3به شما امکان می دهد فرکانس ساعت سیگنال خط را کاهش دهید و در نتیجه سرعت انتقال را افزایش دهید.

5. 2.5 کد نبض دو قطبی

علاوه بر کدهای بالقوه ، کدهای پالس همچنین هنگامی که داده ها توسط یک پالس کامل یا بخشی از آن - توسط جلو نشان داده می شوند ، نیز استفاده می شوند.

ساده ترین حالت این رویکرد است کد پالس دو قطبی، که در آن یکی با نبض یک قطب نشان داده می شود ، و صفر دیگری است. هر یک از تکانه ها نیم چرخه طول می کشد (شکل 5.12). کد ضربان دو قطبی یک کد سه سطحی است. بیایید سیگنالهای حاصله را هنگام انتقال داده ها با کدگذاری دو قطبی در موارد خاص ، در نظر بگیریم.

شکل: 5.12 کد نبض دو قطبی

ویژگی کد این است که همیشه یک انتقال (مثبت یا منفی) در مرکز بیت وجود دارد. بنابراین ، هر بیت برچسب گذاری شده است. گیرنده می تواند یک پالس همگام سازی (بارق) را که دارای نرخ تکرار نبض است ، از خود سیگنال استخراج کند. اتصال برای هر بیت انجام می شود ، که همگام سازی گیرنده با فرستنده را تضمین می کند. چنین کدهایی که باربری دارند ، نامیده می شوند همگام سازی خود... طیف سیگنال ها را برای هر مورد در نظر بگیرید (شکل 5.13). هنگام انتقال همه صفر یا یک ، فرکانس هارمونیک اساسی کد fо \u003d N هرتز، که دو برابر هارمونیک اساسی کد NRZ و چهار برابر هارمونیک اساسی کد AMI است. هنگام انتقال متناوب و صفر - fо \u003d N / 2

شکل: 5.13 تعیین فرکانسهای اساسی طیف برای کد پالس دو قطبی.

این کمبود کد باعث افزایش سرعت انتقال داده نمی شود و به وضوح نشان می دهد که کدهای پالس کندتر از کدهای بالقوه هستند.

به عنوان مثال ، برای انتقال داده از طریق خط 10 مگابیت در ثانیه ، فرکانس حامل 10 مگاهرتز مورد نیاز است. هنگام انتقال دنباله ای از صفر و یک متناوب ، سرعت افزایش می یابد ، اما زیاد نیست ، زیرا فرکانس هارمونیک اساسی کد fo \u003d N / 2 Hz است.

کد پالس دو قطبی نسبت به کدهای قبلی یک مزیت بزرگ دارد - خودتنظیم است.

کد پالس دو قطبی دارای طیف وسیعی از سیگنال است و بنابراین کندتر است.

کد پالس دو قطبی از سه سطح استفاده می کند.

5. 2.6 کد منچستر

کد منچستربه عنوان یک کد پالس دو قطبی بهبود یافته توسعه داده شد. کد منچستر همچنین به کدهای خود هماهنگ سازی اشاره دارد ، اما برخلاف کد دو قطبی ، این سه کد ندارد ، بلکه فقط دارای دو سطح است که ایمنی صوتی بهتری را فراهم می کند.

کد Manchester از افت احتمالی ، یعنی جلو پالس ، برای کدگذاری صفر و صفر استفاده می کند. در رمزگذاری منچستر ، هر نوار به دو قسمت تقسیم می شود. اطلاعات توسط قطره های بالقوه ای که در وسط هر چرخه اتفاق می افتد رمزگذاری می شوند. این مانند این عمل می کند:

یکی توسط شیب از سطح سیگنال پایین به بالا کد می شود و صفر توسط شیب معکوس کد می شود. در ابتدای هر چرخه ، در صورت نیاز به نشان دادن چندین یا یک صفر در یک ردیف ، می تواند یک سیگنال سربار ایجاد شود.

موارد خاص کدگذاری را در نظر بگیرید (توالی های صفر و یک متناوب ، برخی صفر ، برخی دیگر) ، و سپس هارمونیک های اساسی را برای هر یک از توالی ها تعیین خواهیم کرد (شکل 5.14 را ببینید). در همه موارد ، می بینید که با کدگذاری منچستر ، تغییر سیگنال در مرکز هر بیت جداسازی سیگنال همگام سازی را آسان می کند. به همین دلیل کد منچستر از ویژگیهای خودتنظیم همزمان خوبی برخوردار است.

شکل: 5.14 کد منچستر

همگام سازی خودکار ، انتقال بسته های بزرگی از اطلاعات را بدون از دست دادن به دلیل تفاوت در فرکانس ساعت فرستنده و گیرنده ، امکان پذیر می سازد.

بنابراین ، بیایید فرکانس اساسی را هنگام انتقال فقط یک یا فقط صفر تعریف کنیم.

شکل: 5.15 تعیین فرکانس های اساسی طیف برای کد منچستر.

همانطور که می بینید هنگام انتقال صفر و یک ، هیچ یک از اجزای ثابت وجود ندارد. فرکانس اساسی fо \u003d N هرتزهمانند کدگذاری دو قطبی. به همین دلیل ، جداسازی گالوانیک سیگنالها در خطوط ارتباطی می تواند به ساده ترین روشها انجام شود ، به عنوان مثال ، با استفاده از ترانسفورماتورهای پالس. هنگام انتقال متناوب و صفر ، فرکانس هارمونیک اساسی است fо \u003d N / 2هرتز.

بنابراین ، کد منچستر یک کد دو قطبی بهبود یافته است که با استفاده از تنها دو سطح سیگنال برای انتقال داده و نه سه مورد ، مانند دو قطبی بهبود می یابد. اما این کد در مقایسه با NRZI که دو برابر سریع تر است ، هنوز کند است.

بیایید به یک مثال نگاه کنیم. بیایید برای انتقال داده ها یک خط ارتباطی با پهنای باند را در نظر بگیریم 100 مگاهرتزو سرعت 100 مگابیت در ثانیه... در حالی که قبلاً نرخ باود را در یک فرکانس معین تعیین می کردیم ، اکنون باید فرکانس سیگنال را با سرعت خط مشخص شده تعیین کنیم. بر این اساس ، ما تعیین می کنیم که برای انتقال داده ها با کد NRZI ، دامنه فرکانس از N / 4-N / 2 کافی است - این فرکانس ها از 25 -50 مگاهرتز هستند ، این فرکانس ها در پهنای باند خط ما - 100 مگاهرتز قرار دارند. برای کد منچستر ، ما به یک محدوده فرکانسی از N / 2 تا N نیاز داریم - این فرکانس ها از 50 تا 100 مگاهرتز است ، در این محدوده هماهنگی اساسی طیف سیگنال است. برای کد منچستر ، پهنای باند خط ما را برآورده نمی کند ، بنابراین ، چنین سیگنالی توسط خط با تحریفات بزرگ منتقل می شود (چنین کدی را نمی توان در این خط استفاده کرد).

5.2.7دیفرانسیل کد منچستر.

دیفرانسیل کد منچسترنوعی کدگذاری منچستر است. از وسط فاصله ساعت سیگنال خطی فقط برای هماهنگ سازی استفاده می کند و همیشه سطح سیگنال را تغییر می دهد. منطق 0 و 1 به ترتیب با وجود یا عدم تغییر در سطح سیگنال در ابتدای فاصله ساعت انتقال می یابد (شکل 5.16)

شکل: 5.16 دیفرانسیل کد منچستر

این کد همان مزایا و معایبی را دارد که کد منچستر دارد. اما ، در عمل ، کد دیفرانسیل منچستر است که استفاده می شود.

بنابراین ، کد منچستر به دلیل همگام سازی خود و نداشتن یک م constantلفه ثابت ، قبلاً در شبکه های محلی (وقتی خطوط پرسرعت برای یک شبکه محلی بسیار لوکس بود) بسیار فعال استفاده می شد. هنوز هم به طور گسترده در شبکه های فیبر نوری و رسانای الکتریکی استفاده می شود. با این حال ، اخیراً ، توسعه دهندگان به این نتیجه رسیده اند که هنوز هم بهتر است از برنامه نویسی بالقوه استفاده شود ، و با استفاده از اصطلاح رمزگذاری منطقی.

5.2.8کد بالقوه 2B1Q

کد 2B1Q- کد بالقوه با چهار سطح سیگنال برای رمزگذاری داده ها. نام آن نشان دهنده ماهیت آن است - هر دو بیت (2B)در یک سیکل توسط یک سیگنال با چهار حالت منتقل می شود (1Q).

چند بیت 00 مربوط به پتانسیل است (-2.5 ولت)، چند بیت 01 مربوط به پتانسیل است (-0.833 ولت)، جفت کردن 11 - پتانسیل (+0.833 ولت)، و یک زن و شوهر 10 - پتانسیل ( +2.5 ولت).

شکل: 5.17 کد احتمالی 2B1Q

همانطور که در شکل 5.17 مشاهده می شود ، این روش برنامه نویسی نیاز به اقدامات اضافی برای مقابله با توالی های طولانی جفت بیت های یکسان دارد ، زیرا این سیگنال را به یک جز DC DC تبدیل می کند. بنابراین ، هنگام انتقال هر دو صفر و یک برای \u003d 0هرتزبا یک و صفرهای متناوب ، طیف سیگنال دو برابر باریکتر از کد است NRZ, از آنجا که با همان نرخ بیت زمان چرخه دو برابر می شود - fo \u003d N / 4 هرتز.

بنابراین ، با استفاده از کد 2B1Q ، می توانید داده ها را در همان خط دو برابر سریعتر از کد AMI یا NRZI انتقال دهید. با این حال ، برای اجرای آن ، قدرت فرستنده باید بیشتر باشد تا چهار سطح بالقوه (-2.5 ولت ، -0.833 ولت ، + 0.833 ولت ، + 2.5 ولت) توسط گیرنده در مقابل زمینه تداخل به وضوح تشخیص داده شود.

5. 2.9 کد PAM5

تمام برنامه های کدگذاری سیگنال که در بالا در نظر گرفتیم بیتی بودند. با کدگذاری بیت ، هر بیت مربوط به یک مقدار سیگنال است که توسط منطق پروتکل تعیین می شود.

با کدگذاری بایت ، سطح سیگنال توسط دو یا چند بیت تنظیم می شود. در کد پنج سطح PAM 5از 5 سطح ولتاژ (دامنه) و کدگذاری دو بیتی استفاده می شود. هر ترکیبی سطح ولتاژ خاص خود را دارد. با کدگذاری دو بیتی ، چهار سطح برای انتقال اطلاعات مورد نیاز است (دو به توان دوم - 00, 01, 10, 11 ) انتقال همزمان دو بیت فرکانس تغییر سیگنال را به نصف کاهش می دهد. سطح پنجمی برای ایجاد افزونگی در کد تصحیح خطا اضافه شده است. این فضای اضافی سر را برای نسبت سیگنال به نویز فراهم می کند.

شکل: 5.18 کد PAM 5

5. 3. کدگذاری منطقی

رمزگذاری منطقی قبل از انجام کدگذاری فیزیکی.

در مرحله کدگذاری منطقی ، شکل موج دیگر تشکیل نشده است ، اما معایب روش های کدگذاری دیجیتال فیزیکی ، مانند عدم همگام سازی ، وجود یک جز constant ثابت ، برطرف می شود. بنابراین ، ابتدا با کمک رمزگذاری منطقی ، توالی های تصحیح شده داده های باینری تشکیل می شود که سپس از طریق خطوط ارتباطی با استفاده از روش های کدگذاری فیزیکی منتقل می شوند.

رمزگذاری منطقی به معنای جایگزینی بیت های اطلاعات اصلی با توالی جدیدی از بیت ها است که حامل همان اطلاعات است ، اما دارای ویژگی های دیگری نیز می باشد ، به عنوان مثال ، توانایی برای طرف گیرنده در تشخیص خطاهای داده های دریافتی. همراهی هر بایت از اطلاعات اصلی با یک بیت برابری مثالی از یک روش کدنویسی منطقی است که در هنگام انتقال داده با استفاده از مودم که اغلب استفاده می شود.

دو روش رمزگذاری منطقی وجود دارد:

کدهای اضافی

تقلا کردن

5. 3.1 کدهای زائد

کدهای اضافیمبتنی بر شکستن توالی بیت اصلی به چند قطعه است که اغلب به آنها نماد گفته می شود. سپس هر شخصیت اصلی با یک شخصیت جدید جایگزین می شود که بیت های بیشتری نسبت به اصلی دارد. یک مثال واضح از کد زائد ، کد منطقی 4B / 5B است.

کد منطقی 4 ولت / 5 ولت نویسه های اصلی 4 بیتی را با شخصیت های 5 بیتی جایگزین می کند. از آنجا که نمادهای بدست آمده حاوی بیت های زاید هستند ، تعداد کل ترکیبات بیت در آنها بیشتر از موارد اصلی است. بنابراین ، یک طرح پنج بیتی به 32 (2 5) کاراکتر عددی عددی دو رقمی با مقدار اعشاری از 00 تا 31 می دهد. در حالی که داده های اصلی فقط می توانند شامل چهار بیت یا 16 (2 4) کاراکتر باشند.

بنابراین ، در کد حاصل ، می توانید 16 چنین ترکیبی را انتخاب کنید که تعداد زیادی صفر ندارند و بقیه در نظر گرفته می شوند کدهای ممنوع (نقض کد).در این حالت ، توالی های طولانی صفر قطع می شود و کد برای هرگونه داده منتقل شده خود هماهنگ می شود. م componentلفه ثابت نیز ناپدید می شود ، به این معنی که طیف سیگنال بیشتر کاهش می یابد. اما این روش پهنای باند مفید خط را کاهش می دهد ، زیرا واحد اضافی اطلاعات کاربر را حمل نمی کند و فقط "زمان پخش را اشغال می کند". کدهای زائد به گیرنده اجازه می دهد بیت های خراب را تشخیص دهد. اگر گیرنده یک کد ممنوع دریافت کند ، به این معنی است که تحریف سیگنال روی خط رخ داده است.

بنابراین بیایید به کار نگاه کنیم کد منطقی 4 ولت / 5 ولت... سیگنال تبدیل شده دارد 16 مقدار برای انتقال اطلاعات و 16 مقدار اضافی. در رسیور گیرنده ، پنج بیت به عنوان سیگنال های اطلاعاتی و خدماتی رمزگشایی می شوند.

نه علامت برای سیگنال های خدمات اختصاص داده شده است ، هفت علامت مستثنی هستند.

ترکیبی با بیش از سه صفر مستثنی هستند (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) ... چنین سیگنالهایی با نماد تفسیر می شوند Vو تیم گیرنده تخلف- شکست. این دستور به معنای وجود خطا در اثر تداخل زیاد یا خرابی فرستنده است. تنها ترکیب پنج صفر (00 - 00000 ) به علائم خدمات اشاره دارد ، به معنی نماد است سو دارای مقام است ساکت- هیچ سیگنالی در خط وجود ندارد.

چنین برنامه نویسی داده ای دو مشکل را حل می کند - همگام سازی و بهبود ایمنی صدا. همگام سازی به دلیل حذف توالی بیش از سه صفر اتفاق می افتد و مصونیت نویز زیاد توسط گیرنده داده در یک بازه پنج بیتی حاصل می شود.

قیمت این مزایا با استفاده از این روش رمزگذاری داده کاهش نرخ انتقال اطلاعات مفید است. به عنوان مثال ، در نتیجه افزودن یک بیت اضافی به چهار بیت اطلاعات ، بازده پهنای باند در پروتکل های دارای کد MLT-3و کدگذاری داده ها 4B / 5Bبر این اساس 25٪ کاهش می یابد.

طرح کدگذاری 4 ولت / 5 ولتارائه شده در جدول

بنابراین ، طبق این جدول ، کد تشکیل می شود 4 ولت / 5 ولت، سپس با استفاده از کدگذاری فیزیکی با استفاده از یکی از روشهای بالقوه کدگذاری که فقط به توالی های طولانی صفر حساس است ، از طریق خط منتقل می شود - به عنوان مثال ، با استفاده از کد NRZI دیجیتال.

نمادهای کد 5 بیتی 4B / 5B اطمینان حاصل می کنند که بیش از سه صفر در یک ردیف در هر خط در هر خط یافت نمی شود.

حرف دردر نام کد به این معنی است که سیگنال ابتدایی 2 حالت دارد - از انگلیسی دودویی- دودویی. همچنین کدهایی با سه حالت سیگنال وجود دارد ، به عنوان مثال ، در کد 8 ولت / 6 تیبرای رمزگذاری 8 بیت اطلاعات اولیه ، از کدی با 6 سیگنال استفاده می شود که هر کدام دارای سه حالت هستند. کد افزونگی 8 ولت / 6 تیبالاتر از coda 4 ولت / 5 ولت، از آنجا که برای 256 کد منبع 3 6 \u003d 729 نماد وجود دارد.

همانطور که گفتیم ، کدگذاری منطقی قبل از فیزیکی رخ می دهد ، بنابراین ، توسط تجهیزات لایه پیوند شبکه انجام می شود: آداپتورهای شبکه و بلوک های رابط سوئیچ ها و روترها. از آنجا که ، همانطور که خودتان مشاهده می کنید ، استفاده از جدول مراجعه عملیاتی بسیار ساده است ، روش کدگذاری افزونگی منطقی نیازهای عملکردی این تجهیزات را پیچیده نمی کند.

تنها نیاز این است که یک فرستنده با استفاده از یک کد اضافی باید با افزایش فرکانس ساعت کار کند تا از پهنای باند خط مشخص شده اطمینان حاصل کند. بنابراین ، برای انتقال کدها 4 ولت / 5 ولتبا سرعت 100 مگابیت در ثانیهفرستنده باید کلاک شود 125 مگاهرتز. در این حالت ، طیف سیگنال روی خط در مقایسه با موردی که یک کد تمیز و نه زائد در امتداد خط منتقل می شود ، گسترش می یابد. با این وجود ، به نظر می رسد که طیف کد پتانسیل زائد از طیف کد منچستر باریک تر است ، که توجیه کننده مرحله اضافی کدگذاری منطقی و همچنین عملکرد گیرنده و فرستنده با فرکانس ساعت افزایش یافته است.

بنابراین ، می توان نتیجه گیری زیر را انجام داد:

اساساً ، برای شبکه های محلی آسان تر ، قابل اطمینان تر ، با کیفیت بهتر ، سریعتر - استفاده از رمزگذاری داده منطقی با استفاده از کدهای زائد ، که توالی های طولانی صفر را از بین می برد و از هماهنگی سیگنال اطمینان حاصل می کند ، سپس از یک کد دیجیتال سریع برای انتقال در سطح فیزیکی استفاده می شود NRZI, به جای استفاده از انتقال داده آهسته اما خودتنظیم بدون برنامه نویسی پیش منطقی کد منچستر.

به عنوان مثال ، برای انتقال داده ها از طریق خط با پهنای باند 100M bit / s و پهنای باند 100 MHz ، کد NRZI به فرکانس های 25 - 50 MHz نیاز دارد ، این بدون کدگذاری 4V / 5V است. و در صورت درخواست NRZIهمچنین کدگذاری 4 ولت / 5 ولت ، اکنون باند فرکانس از 31.25 به 62.5 مگاهرتز گسترش خواهد یافت. اما با این وجود ، این محدوده همچنان به پهنای باند خط "چسبیده" است. و برای کد منچستر بدون هیچگونه کدگذاری اضافی ، فرکانس های 50 تا 100 مگاهرتز مورد نیاز است و این فرکانس های سیگنال اصلی هستند ، اما دیگر از خط 100 مگاهرتز عبور نخواهند کرد.

5. 3.2 تقلا کردن

روش دیگر کدگذاری منطقی براساس "مخلوط کردن" مقدماتی اطلاعات اولیه است تا احتمال وقوع یک و صفر روی خط نزدیک شود.

دستگاه ها یا بلوک هایی که چنین عملیاتی را انجام می دهند ، نامیده می شوند scramblers (تقلا - تخلیه ، مونتاژ کثیف).

چه زمانی تقلا کردنداده ها طبق الگوریتم خاصی مخلوط می شوند و گیرنده ، پس از دریافت داده های باینری ، آنها را به رسوب زداییکه توالی بیت اصلی را بازیابی می کند.

بیت های اضافی از طریق خط منتقل نمی شوند.

ماهیت تقلا به سادگی تغییر ذره ذره جریان داده ای است که از سیستم عبور می کند. تقریباً تنها عملیاتی که در scramblers استفاده می شود ، است XOR - "bitwise exclusive OR"، یا آنها همچنین می گویند - اضافه شده توسط ماژول 2... هنگام اضافه کردن دو مورد توسط OR اختصاصی ، مهمترین مورد کنار گذاشته می شود و نتیجه آن نوشته می شود - 0.

روش تقلا بسیار ساده است. اول ، آنها با یک scrambler می آیند. به عبارت دیگر ، آنها با چه نسبتی می توانند بیت ها را در توالی اصلی با استفاده از "منحصر به فرد OR" مخلوط کنند. سپس ، با توجه به این نسبت ، مقادیر بیت های خاصی از توالی فعلی بیت ها انتخاب می شوند و دوباره اضافه می شوند XORبین خودشان. در این حالت ، همه ارقام با 1 بیت جابجا می شوند و مقداری که دریافت کرده اید ("0" یا "1") در بیت کم اهمیت ترین تخلیه قرار می گیرد. مقداری که در مهمترین بیت قبل از شیفت بود به دنباله کدگذاری اضافه می شود و بیت بعدی آن می شود. سپس این توالی به خط منتقل می شود ، جایی که با استفاده از روشهای کدنویسی فیزیکی به گره دریافت کننده منتقل می شود ، در ورودی آن این توالی بر اساس نسبت معکوس رمزگشایی می شود.

به عنوان مثال ، یک تقارن دهنده می تواند رابطه زیر را پیاده سازی کند:

جایی که بی- رقم دودویی کد بدست آمده در چرخه یکم عملیات تقلا ، آه- یک رقم باینری از کد منبع که در ورودی scrambler به چرخه i-th می رسد ، ب i-3 و ب i-5 - ارقام دودویی کد حاصل ، که در چرخه های ساعت قبلی دستگاه تقارن به دست آمده ، به ترتیب 3 و 5 چرخه ساعت زودتر از چرخه ساعت فعلی ، operation - عملیات منحصر به فرد OR (مدول جمع 2).

حال بیایید توالی رمزگذاری شده را تعریف کنیم ، برای مثال برای چنین توالی اصلی 110110000001 .

تقویم کننده تعریف شده در بالا کد زیر را بدست می آورد:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (سه رقم اول کد بدست آمده همان کد اصلی خواهد بود ، زیرا هنوز رقم قبلی لازم نیست)

بنابراین ، توالی در خروجی scrambler ظاهر می شود 110001101111 ... که در آن توالی شش صفر در کد منبع وجود ندارد.

پس از دریافت توالی حاصل ، گیرنده آن را به رسوب گیرنده منتقل می کند ، که توالی اصلی را بر اساس رابطه معکوس بازیابی می کند.

الگوریتم های تقارن دیگری نیز وجود دارد ، آنها در تعداد اصطلاحاتی که رقم کد حاصل را می دهد و تغییر بین اصطلاحات متفاوت است.

مشکل اصلی کدگذاری بر اساس scramblers - هماهنگ سازی دستگاه های انتقال (رمزگذاری) و دریافت (رمزگشایی)... اگر حداقل یک بیت رد شود یا به اشتباه وارد شود ، تمام اطلاعات ارسالی برگشت ناپذیر از بین می روند. بنابراین ، در سیستم های کدگذاری مبتنی بر اسکرمبلر ، توجه زیادی به روش های همگام سازی می شود .

در عمل ، معمولاً برای این اهداف از ترکیبی از دو روش استفاده می شود:

الف) اضافه کردن بیت های همگام سازی به جریان اطلاعات ، که از قبل برای قسمت دریافت کننده شناخته شده اند ، که به آن اجازه می دهد در صورت عدم یافتن چنین بیتی ، فعالانه شروع به جستجو برای هماهنگ سازی با فرستنده کند ،

ب) استفاده از ژنراتورهای پالس با دقت بالا ، که رمزگشایی بیت های اطلاعات دریافتی "از حافظه" را بدون هماهنگ سازی در لحظه از دست دادن هماهنگ سازی امکان پذیر می کند.

همچنین روش های ساده تری برای مقابله با توالی های یک نوع وجود دارد که به کلاس تقابل نیز گفته می شود.

برای بهبود کد دو قطبی AMIدو روش بر اساس تحریف مصنوعی دنباله صفر توسط شخصیت های ممنوع استفاده می شود.

شکل: 5.19 کد B8ZS و HDB3

این شکل استفاده از روش را نشان می دهد B8ZS (دو قطبی با 8 صفر تعویض)و روش HDB3 (دو قطبی 3 صفر با چگالی بالا)برای اصلاح کد AMI. کد منبع از دو رشته صفر بلند تشکیل شده است (در حالت اول 8 و در مورد دوم 5).

کد B8ZSفقط توالی های 8 صفر را اصلاح می کند. برای این کار ، او بعد از سه صفر اول ، به جای پنج صفر باقیمانده ، پنج رقم وارد می کند: V-1 * -0-V-1 *.Vدر اینجا سیگنال واحد ممنوع برای یک چرخه قطبی مشخص است ، یعنی سیگنالی که قطب واحد قبلی را تغییر ندهد ، 1 * - یکی از قطب های صحیح را علامت گذاری کنید و ستاره این واقعیت را نشان می دهد که در کد منبع در این چرخه یک وجود ندارد ، بلکه صفر است. در نتیجه ، در 8 دور کلاک ، گیرنده 2 اعوجاج را مشاهده می کند - بعید است که این به دلیل نویز خط یا سایر خرابی های انتقال باشد. بنابراین ، گیرنده چنین تخلفاتی را کدگذاری 8 صفر متوالی می داند و پس از دریافت ، 8 صفر اصلی را جایگزین می کند.

کد B8ZS به گونه ای ساخته شده است که م componentلفه ثابت آن برای هر دنباله از ارقام باینری برابر با صفر است.

کد HDB3هر 4 صفر متوالی را در توالی اصلی برطرف می کند. قوانین تولید کد HDB3 پیچیده تر از کد B8ZS است. هر چهار صفر با چهار سیگنال جایگزین می شود که حاوی یک V. برای سرکوب م componentلفه DC ، قطبیت سیگنال Vجایگزین های پی در پی می شود.

علاوه بر این ، از دو نمونه کد چهار میله ای برای جایگزینی استفاده می شود. اگر قبل از جایگزینی ، کد منبع حاوی تعداد عجیب و غریب مواردی بود ، از توالی استفاده می شود 000 ولت، و اگر تعداد آنها برابر بود ، توالی 1 * 00 ولت.

بنابراین ، استفاده از رمزگذاری منطقی همراه با کدگذاری بالقوه مزایای زیر را فراهم می کند:

کدهای نامزدی بهبود یافته برای هر توالی یک و صفر که در داده های منتقل شده وجود دارد ، پهنای باند کافی باریکی دارند. در نتیجه ، کدهایی که از طریق کدگذاری منطقی از پتانسیل به دست می آیند ، طیف باریک تری نسبت به منچستر دارند ، حتی با افزایش فرکانس ساعت.