Ayrı verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken, iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır - sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı. İlk yönteme genellikle denir modülasyonveya analog modülasyon,bir analog sinyalin parametrelerini değiştirerek kodlamanın yapıldığını vurgulayarak. İkinci yol genellikle denir dijital kodlama.Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gereken ekipmanın karmaşıklığı bakımından farklılık gösterir.

Dikdörtgen darbeler kullanıldığında, ortaya çıkan sinyalin spektrumu çok geniştir. İdeal bir atımın spektrumunun sonsuz genişliğe sahip olduğunu hatırlarsak, bu şaşırtıcı değildir. Bir sinüzoidin kullanılması, aynı bit hızında çok daha dar bir spektrumla sonuçlanır. Bununla birlikte, sinüzoidal modülasyonun uygulanması, dikdörtgen darbelerin uygulanmasından daha karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir.

Günümüzde, giderek daha sık olarak, başlangıçta analog bir biçime sahip olan veriler - konuşma, televizyon görüntüsü - iletişim kanalları aracılığıyla ayrı bir biçimde, yani bir ve sıfırlar dizisi biçiminde iletilir. Analog bilgileri ayrı biçimde sunma sürecine ayrık modülasyon."Modülasyon" ve "kodlama" terimleri genellikle birbirinin yerine kullanılır.

Ne zaman dijital kodlamapotansiyel ve dürtü kodları, ayrık bilgiler için kullanılır. Potansiyel kodlarda, mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeler oluşturan düşüşleri hesaba katılmaz. Darbe kodları, ikili verilerin belirli bir polaritenin darbeleri olarak veya bir darbenin parçası olarak temsil edilmesine izin verir - belirli bir yönde potansiyel bir düşüş.

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanırken, aynı anda birkaç hedefe ulaşacak bir kodlama yöntemi seçmek gerekir: aynı bit hızında, ortaya çıkan sinyalin en küçük spektrum genişliğine sahipti; verici ve alıcı arasında senkronizasyon sağladı;

Hataları tanıma yeteneğine sahip; düşük bir uygulama maliyeti vardı.

Ağlar sözde kullanır kendi kendini senkronize eden kodlar,verici için sinyalleri hangi noktada bir sonraki biti (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna yönelikse birkaç biti) tanımanın gerekli olduğuna dair bir gösterge taşır. Sinyaldeki herhangi bir keskin düşüş - sözde ön kısım - alıcıyı verici ile senkronize etmek için iyi bir gösterge olabilir. Bozuk verilerin tanınması ve düzeltilmesi, fiziksel katman aracılığıyla uygulanması zordur, bu nedenle, çoğu zaman bu iş yukarıda yer alan protokoller tarafından gerçekleştirilir: kanal, ağ, taşıma veya uygulama. Öte yandan, alıcı tüm çerçevenin arabelleğe yerleştirilmesini beklemediği, ancak tahsis edildikten hemen sonra reddettiği için fiziksel katmandaki hata tanıma zamandan tasarruf sağlar. çerçeve içindeki hatalı bitleri bilmek.

Potansiyel sıfıra dönüşü olmayan kod, potansiyel kodlama tekniği, kodlama olarak da adlandırılır sıfıra dönmeden (Olmayan Dönüş -e Sıfır, NRZ). Soyadı, bir dizi iletildiğinde sinyalin bir saat döngüsü sırasında sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde, bu durumda sıfıra dönüş meydana gelir). NRZ yönteminin uygulanması basittir, iyi bir hata tanıma özelliğine sahiptir (iki keskin farklı potansiyelden dolayı), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletildiğinde, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verileri tekrar okumanın gerekli olduğu anları giriş sinyalinden belirleyemez. Yüksek hassasiyetli bir saat üreteciyle bile, iki osilatörün frekansları hiçbir zaman tamamen aynı olmadığından, alıcı veri alırken hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek baud hızlarında ve uzun bir veya sıfır dizisinde, küçük bir saat frekansı uyuşmazlığı, tüm döngüde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına yol açabilir.

Alternatif ters çevirme iki kutuplu kodlama yöntemi. NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri yöntemdir alternatif ters çevirme ile bipolar kodlama (Bipolar Alternatif işaret Ters çevirme, BEN MİYİM). Bu yöntem üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal bir sıfırı kodlamak için, bir sıfır potansiyel kullanılır ve mantıksal olan, pozitif veya negatif bir potansiyel tarafından kodlanır; her yeni birimin potansiyeli, bir öncekinin potansiyeline zıttır. Bu nedenle, sinyal polaritesinin katı değişiminin ihlali, yanlış bir nabzı veya hattan doğru darbenin kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyal çağrılır yasak sinyal (sinyal ihlal). AMI kodu, hat üzerinde iki değil üç sinyal seviyesi kullanır. Ek katman, yalnızca iki durumu birbirinden ayıran kodlara kıyasla çoklu sinyal durumlarına sahip kodların ortak bir dezavantajı olan hat üzerindeki bitlerin aynı güvenilirliğini sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3B'lik bir artış gerektirir.

Birinde ters çevirme ile potansiyel kod. AMI'ye benzer bir kod var, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi var. Sıfırı aktarırken, önceki döngüde ayarlanan potansiyeli aktarır (yani onu değiştirmez) ve birini aktarırken, potansiyel tersine çevrilir. Bu kodun adı birde ters çevirme ile potansiyel kod (Olmayan Dönüş -e Sıfır ile olanlar Ters, NRZI). Bu kod, üçüncü sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmeyen olduğu durumlarda, örneğin, iki sinyal durumunun, aydınlık ve karanlığın sürekli olarak tanındığı optik kablolarda uygundur.

Bipolar Darbe KoduPotansiyel kodlara ek olarak, darbe kodları, veriler tam bir darbe veya bunun bir parçası tarafından ön tarafından temsil edildiğinde ağlarda da kullanılır. Bu yaklaşımın en basit örneği bipolar nabız kodu,birinin bir kutupluluğun itkisiyle temsil edildiği ve sıfırın diğeriyle temsil edildiği . Her dürtü yarım vuruş sürer. Böyle bir kod, mükemmel kendi kendini eşzamanlama özelliklerine sahiptir, ancak, örneğin uzun bir bir veya sıfır dizisi iletirken bir DC bileşeni mevcut olabilir. Ek olarak, spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Bu nedenle, tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı, NRZ kodunun temel harmoniğinin iki katı olan ve alternatifleri ve sıfırları iletirken AMI kodunun temel harmoniğinden dört kat daha yüksek olan NHz'ye eşit olacaktır. Çok geniş spektrum nedeniyle, bipolar darbe kodu nadiren kullanılır.

Manchester kodu.Yakın zamana kadar, yerel ağlarda en yaygın kodlama yöntemi sözde manchester kodu.Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır. Manchester kodu, birleri ve sıfırları kodlamak için potansiyel düşüşü, yani darbe cephesini kullanır. Manchester kodlamasında, her çubuk iki bölüme ayrılmıştır. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Biri, düşük sinyal seviyesinden yüksek seviyeye düşüş ile kodlanır ve sıfır, ters kenar ile kodlanır. Her ölçünün başlangıcında, bir satırda birkaç bir veya sıfır gösterilecekse, bir ek yük sinyali oluşabilir. Sinyal, bir veri bitinin iletim döngüsü başına en az bir kez değiştiği için, Manchester kodu iyi zamanlama özelliklerine sahiptir. Manchester kodunun bant genişliği, iki kutuplu nabzın bant genişliğinden daha dardır. Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği bipolar nabız kodundan bir buçuk kat daha dardır ve temel 3N / 4 civarında salınır. Manchester kodunun bipolar nabız koduna göre başka bir avantajı vardır. İkincisi, veri iletimi için üç sinyal seviyesi ve Manchester'da iki sinyal seviyesi kullanılır.

Potansiyel kod 2B 1Q. Verileri kodlamak için dört sinyal seviyeli potansiyel kod. Kod bu 2'si 1 AradaQ, adı özünü yansıtır - her iki bit (2B), dört duruma (1Q) sahip bir sinyal tarafından bir saat döngüsünde iletilir. Bir çift bit 00, -2.5V'luk bir potansiyele karşılık gelir, bir çift bit 01 -0.833V'luk bir potansiyele karşılık gelir, bir çift 11'in potansiyeli + 0.833V'dur ve bir çift 10'un potansiyeli + 2.5V'dir. Bu kodlama yöntemiyle, sinyali bir DC bileşenine dönüştürdüğünden, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle mücadele etmek için ek önlemler gerekir. Bitlerin rastgele serpiştirilmesiyle, sinyal spektrumu NRZ kodununkinden iki kat daha dardır, çünkü aynı bit hızında döngü süresi iki katına çıkar. Böylece, 2B 1Q kodunu kullanarak, AMI veya NRZI kodunu kullanmaya göre aynı hat üzerinde iki kat daha hızlı veri iletebilirsiniz. Bununla birlikte, uygulanması için verici gücü daha yüksek olmalıdır, böylece dört seviye alıcı tarafından parazitin arka planına karşı açıkça ayırt edilebilir.

Mantıksal kodlamaBoole kodlaması, AMI, NRZI veya 2Q.1B gibi potansiyel kodları geliştirmek için kullanılır. Mantıksal kodlama, serpiştirilmiş olanlarla sabit potansiyele yol açan uzun bit dizilerinin yerini almalıdır. Yukarıda belirtildiği gibi, mantıksal kodlama iki yöntemle karakterize edilir -. gereksiz kodlar ve karıştırma.

Gereksiz kodlarorijinal bit dizisinin genellikle semboller olarak adlandırılan parçalara bölünmesine dayanır. Daha sonra her bir orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yeni bir karakterle değiştirilir.

Yedek kod kullanan bir verici, belirtilen hat bant genişliğini korumak için artırılmış saat hızında çalışmalıdır. Bu nedenle, 4V / 5V kodlarını 100Mb / s hızında iletmek için, vericinin 125MHz saat frekansında çalışması gerekir. Bu durumda, hat üzerindeki sinyalin spektrumu, hat boyunca temiz, gereksiz olmayan bir kodun iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, fazlalık potansiyel kodunun spektrumunun, mantıksal kodlamanın ek aşamasını ve ayrıca alıcının ve vericinin artan bir saat frekansında çalışmasını haklı çıkaran Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkmaktadır.

Karışıyor. Verileri, potansiyel kodu kullanarak hatta iletmeden önce bir karıştırıcı ile karıştırmak, boole kodlamanın başka bir yoludur. Karıştırma yöntemleri, kaynak kodun bitlerine ve önceki saat döngülerinde alınan sonuçtaki kodun bitlerine dayalı olarak elde edilen kodun bit bit hesaplamasından oluşur. Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

Eşzamansız ve eşzamanlı aktarımlar

Fiziksel katmanda veri alışverişi yapılırken, bilgi birimi bir bittir, bu nedenle, fiziksel katmanın araçları her zaman alıcı ile verici arasındaki bit senkronizasyonunu korur. Genellikle, bu iki seviyede (bit ve çerçeve) senkronizasyon sağlamak yeterlidir, böylece verici ve alıcı istikrarlı bir bilgi alışverişi sağlayabilir. Bununla birlikte, iletişim hattının kalitesi zayıfsa (bu genellikle telefon anahtarlamalı kanallara atıfta bulunur), ekipman maliyetini düşürmek ve veri aktarımının güvenilirliğini artırmak için bayt seviyesinde ek senkronizasyon araçları sunulur.

Bu çalışma moduna denir asenkronveya başla dur.Eşzamansız modda, her veri baytına özel "başlatma" ve "durdurma" sinyalleri eşlik eder. Bu sinyallerin amacı, ilk olarak, alıcıya verinin gelişini bildirmek ve ikinci olarak, alıcıya bir sonraki bayt gelmeden önce bazı senkronizasyon işlevlerini gerçekleştirmesi için yeterli zaman vermektir. Başlangıç \u200b\u200bsinyali bir saat aralığıdır ve durdurma sinyali bir, bir buçuk veya iki saat sürebilir, bu nedenle bir, bir buçuk veya iki bitin bir durdurma sinyali olarak kullanıldığı söylenir, ancak kullanıcı bitleri bu sinyalleri temsil etmez.

Eşzamanlı aktarım modunda, her bayt çifti arasında başlatma-durdurma bitleri yoktur. sonuçlar

Telefonda kullanılan dar bantlı bir ses frekansı kanalı üzerinden ayrı verileri iletirken, en uygun yöntemler, sinüzoidal bir taşıyıcının orijinal ikili rakam dizisi tarafından modüle edildiği analog modülasyondur. Bu işlem özel cihazlar - modemler tarafından gerçekleştirilir.

Düşük hızlı veri iletimi için, bir sinüzoidin taşıyıcı frekansında bir değişiklik uygulanır. Daha yüksek hızlı modemler, 4 seviyeli sinüzoidal taşıyıcı genliği ve 8 faz seviyesi ile karakterize edilen birleşik Dörtlü Genlik Modülasyonu (QAM) tekniklerinde çalışır. QAM yönteminin olası 32 kombinasyonunun tümü veri aktarımı için kullanılmaz, yasak kombinasyonlar, fiziksel katmandaki bozuk verilerin tanınmasını mümkün kılar.

Geniş bant iletişim kanallarında, verilerin sinyalin farklı sabit potansiyel seviyeleri veya darbe polariteleri ile temsil edildiği potansiyel ve darbe kodlama yöntemleri kullanılır veya onuön.

Potansiyel kodlar kullanılırken, alıcıyı verici ile senkronize etme görevi özellikle önemlidir, çünkü uzun sıfır veya bir dizileri iletilirken alıcı girişindeki sinyal değişmez ve alıcının bir sonraki veri bitini alma anını belirlemesi zordur.

En basit potansiyel kod sıfıra dönüşü olmayan (NRZ) koddur, ancak kendi kendine zamanlama değildir ve sabit bir bileşen oluşturur.

En popüler nabız kodu, her döngünün ortasındaki sinyal düşüşünün yönünün bilgi taşıdığı Manchester kodudur. Manchester kodu, Ethernet ve TokenRing teknolojilerinde kullanılır.

Potansiyel NRZ kodunun özelliklerini iyileştirmek için, uzun sıfır dizilerini ortadan kaldıran mantıksal kodlama yöntemleri kullanılır. Bu yöntemler şunlara dayanmaktadır:

Orijinal verilere fazlalık bitlerin girilmesi üzerine (4B / 5B gibi kodlar);

Orijinal verilerin karıştırılması (2B 1Q tipi kodlar).

Geliştirilmiş potansiyel kodlar, darbe kodlarından daha dar bir spektruma sahiptir, bu nedenle FDDI, FastEthernet, GigabitEthernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde kullanılırlar.

İletişim hattı üzerinden iletilmesi gereken ilk bilgiler, ayrık (bilgisayar çıktı verileri) veya analog (konuşma, televizyon görüntüsü) olabilir.

Ayrık veri iletimi, iki tür fiziksel kodlamanın kullanımına dayanır:

a) kodlama, sinüzoidal bir taşıyıcı sinyalin parametrelerini değiştirerek gerçekleştirildiğinde analog modülasyon;

b) bir dizi dikdörtgen bilgi atımı seviyelerini değiştirerek dijital kodlama.

Analog modülasyon, aynı bilgi aktarım hızında, dijital kodlamadan çok daha küçük bir genişlikte elde edilen sinyalin bir spektrumuna yol açar, ancak bunun uygulanması daha karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir.

Şu anda, bir analog forma sahip olan orijinal veriler, iletişim kanalları yoluyla giderek ayrı bir biçimde (birler ve sıfırlar dizisi biçiminde) iletilmektedir, yani analog sinyallerin ayrı modülasyonu gerçekleştirilmektedir.

Analog modülasyon. Tipik bir temsilcisi, telefon ağlarının kullanıcılarına sağlanan bir ses frekansı kanalı olan dar bant genişliği kanalları üzerinden ayrı verileri iletmek için kullanılır. Bu kanal, sinyalleri 300 ila 3400 Hz frekansında iletir, yani bant genişliği 3100 Hz'dir. Bu bant genişliği, konuşmayı kabul edilebilir kalitede iletmek için yeterlidir. Ton kanalının bant genişliğinin sınırlandırılması, telefon ağlarında çoklama ve devre anahtarlama ekipmanının kullanımı ile ilişkilidir.

Verici tarafta ayrık verilerin iletilmesinden önce, bir modülatör-demodülatör (modem), orijinal ikili rakam dizisinin taşıyıcı sinüzoidini modüle eder. Ters dönüşüm (demodülasyon) alıcı modem tarafından gerçekleştirilir.

Dijital verileri analog forma dönüştürmenin üç yolu veya üç analog modülasyon yöntemi vardır:

Genlik modülasyonu, yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının genliği iletilen bilgi bitlerinin sırasına göre değiştiğinde: örneğin, bir birim iletilirken, salınımların genliği büyük ayarlanır ve sıfır iletilirken, düşüktür veya hiç taşıyıcı sinyal yoktur;

Frekans modülasyonu, sinyalleri modüle etme (iletilen bilgi bitleri) eylemi altındayken sadece sinüzoidal salınımların taşıyıcısının frekansı değişir: örneğin, sıfır iletirken, düşüktür ve bir iletirken, yüksektir;

Faz modülasyonu, iletilen bilgi bitlerinin dizisine uygun olduğunda, yalnızca sinüzoidal salınımların taşıyıcısının fazı değişir: sinyal 1'den sinyal 0'a veya tersi yönde geçerken, faz 180 ° değişir. Saf haliyle, genlik modülasyonu, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren kullanılır. Frekans modülasyonu, modemlerde karmaşık devre gerektirmez ve tipik olarak 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır. Veri aktarım hızında bir artış, daha çok faz ile kombinasyon halinde genlik olmak üzere, kombine modülasyon yöntemlerinin kullanılmasıyla sağlanır.

Ayrık verileri iletmenin analog yöntemi, bir kanalda farklı taşıyıcı frekansların sinyallerini kullanarak geniş bant iletimi sağlar. Bu, çok sayıda abonenin etkileşimini garanti eder (her bir abone çifti kendi frekansında çalışır).

Dijital kodlama. Ayrık bilgilerin dijital kodlamasında, iki tür kod kullanılır:

a) bilgi birimlerini ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyelinin değeri kullanıldığında ve farkları hesaba katılmadığında potansiyel kodlar;

b) ikili veriler ya belirli bir polaritenin darbeleri ya da belirli bir yöndeki potansiyel düşüşler ile temsil edildiğinde darbe kodları.

İkili sinyalleri temsil etmek için dikdörtgen darbeler kullanıldığında, ayrık bilgilerin dijital kodlama yöntemlerine aşağıdaki gereksinimler uygulanır:

Verici ve alıcı arasında senkronizasyonun sağlanması;

Ortaya çıkan sinyalin aynı bit hızında en küçük spektrum genişliğini sağlamak (çünkü daha dar bir sinyal spektrumu izin verir

daha yüksek hız elde etmek için aynı bant genişliğine sahip

veri aktarımı);

İletilen verilerdeki hataları tanıma yeteneği;

Nispeten düşük uygulama maliyeti.

Fiziksel katman aracılığıyla, yalnızca bozulmuş verilerin tanınması (hata tespiti) gerçekleştirilir, bu da zaman tasarrufu sağlar, çünkü alıcı, alınan çerçevenin arabelleğe tam olarak yerleştirilmesini beklemeden, çerçevedeki hatalı bitleri algıladığında onu hemen reddeder. Daha karmaşık bir işlem - bozuk verilerin düzeltilmesi - daha yüksek seviyeli protokollerle gerçekleştirilir: kanal, ağ, taşıma veya uygulama.

Verici ve alıcının senkronize edilmesi, alıcının gelen verileri tam olarak ne zaman okuyacağını bilmesi için gereklidir. Senkronizasyon, alıcıyı iletilen mesaja ayarlar ve alıcıyı gelen veri bitleriyle senkronize tutar. Ayrı bir saatli iletişim hattı kullanılarak kısa mesafelerde (bilgisayar içindeki bloklar arasında, bir bilgisayar ile bir yazıcı arasında) bilgi aktarılırken senkronizasyon sorunu kolayca çözülür: bilgi yalnızca bir sonraki saat darbesi anında okunur. Bilgisayar ağlarında, iki nedenden dolayı saat darbelerini kullanmayı reddediyorlar: pahalı kablolarda iletkenleri kurtarmak uğruna ve kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin homojen olmaması nedeniyle (büyük mesafelerde, düzensiz sinyal yayılma hızı, saat hattındaki saat darbelerinin senkronizasyonunun bozulmasına ve ana hattaki bilgi darbelerine yol açabilir. , bunun sonucunda veri biti atlanacak veya yeniden okunacaktır).

Şu anda, ağlarda verici ve alıcının senkronizasyonu, kendi kendini senkronize eden kodlar (SK) kullanılarak elde edilmektedir. SC kullanılarak iletilen verilerin kodlanması, kanaldaki bilgi sinyali seviyelerinde düzenli ve sık değişiklikler (geçişler) sağlamak içindir. Sinyal seviyesinin yüksekten düşüğe veya tam tersi her geçişi, alıcıyı kırpmak için kullanılır. En iyileri, bir bilgi bitini almak için gereken zaman aralığında en az bir kez sinyal seviyesinin geçişini sağlayanlar olarak kabul edilir. Sinyal seviyesi geçişleri ne kadar sık \u200b\u200bolursa, alıcı o kadar güvenilir bir şekilde senkronize olur ve alınan veri bitleri o kadar güvenli bir şekilde tanımlanır.

Ayrı bilgiler için dijital kodlama yöntemleri için belirtilen gereksinimler, belirli bir dereceye kadar karşılıklı olarak çelişkilidir, bu nedenle, aşağıda tartışılan kodlama yöntemlerinin her birinin, diğerlerine kıyasla kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

Zamanlamalı kodlar. En yaygın SC'ler şunlardır:

Sıfıra dönmeyen potansiyel kod (NRZ - Sıfıra Dönmez);

Bipolar Darbe Kodu (RZ Kodu);

Manchester kodu;

Alternatif seviye ters çevirmeli iki kutuplu kod.

İncirde. 32, bu CK'leri kullanan mesaj 0101100 için kodlama şemalarını gösterir.

İngiltere'yi karakterize etmek ve karşılaştırmalı olarak değerlendirmek için aşağıdaki göstergeler kullanılır:

Senkronizasyon seviyesi (kalitesi);

Alınan bilgi bitlerinin tanınması ve seçilmesinin güvenilirliği (güven);

Hat kapasitesi belirtilmişse, SC kullanılırken iletişim hattındaki sinyal seviyesinde gereken değişim oranı;

IC'yi uygulayan ekipmanın karmaşıklığı (ve dolayısıyla maliyeti).

NRZ kodunun kodlanması kolaydır ve uygulama maliyeti düşüktür. Bu adı aldı çünkü aynı isimdeki bir dizi biti (birler veya sıfırlar) iletirken, diğer kodlama yöntemlerinde olduğu gibi sinyal bir saat döngüsü sırasında sıfıra dönmez. Sinyal seviyesi her seri için değişmeden kalır, bu da senkronizasyon kalitesini ve alınan bitlerin tanınmasının güvenilirliğini önemli ölçüde azaltır (alıcı zamanlayıcı, gelen sinyale ve hatların zamansız sorgulamasına göre uyumsuz olabilir).

L ^ kodu için aşağıdaki ilişkiler geçerlidir:

vI, iletişim hattındaki (baud) sinyal seviyesinin değişim hızıdır;

U2 - iletişim hattı bant genişliği (bit / s).

Bu kodun kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip olmadığı gerçeğine ek olarak, başka bir ciddi dezavantajı da vardır: uzun bir dizi veya sıfır iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığı. Sonuç olarak, saf haliyle NRZ kodu ağlarda kullanılmaz. Kodun kötü kendi kendine senkronizasyonunu ve sabit bir bileşenin varlığını ortadan kaldıran çeşitli modifikasyonları uygulanır.

RZ-kodu veya iki kutuplu darbe kodu (sıfıra dönüşlü kod), bir bilgi bitinin iletimi sırasında, bir dizi benzer adlandırılmış bitin veya alternatif olarak değişen bitin iletilip iletilmediğine bakılmaksızın sinyal seviyesinin iki kez değişmesi bakımından farklılık gösterir. Biri, bir polaritede bir darbe ile temsil edilir ve sıfır, diğeridir. Her dürtü yarım vuruş sürer. Böyle bir kod, mükemmel kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahiptir, ancak oranın sağlanması gerektiğinden, uygulanmasının maliyeti oldukça yüksektir.

RZ kodunun spektrumu, potansiyel kodların spektrumundan daha geniştir. Çok geniş spektrumu nedeniyle nadiren kullanılmaktadır.

Manchester kodu, her bitin sunumunda ve aynı isimdeki bir dizi biti iletirken sinyal seviyesinde bir değişiklik sağlar - bir çift değişiklik. Her ölçü iki bölüme ayrılmıştır. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Biri, düşük sinyal seviyesinden yükseğe doğru eğim ile kodlanır ve sıfır, ters eğim ile kodlanır. Bu kod için hız oranı aşağıdaki gibidir:

Manchester kodu, bir veri bitinin iletim döngüsü başına sinyal en az bir kez değiştiğinden, iyi zamanlama özelliklerine sahiptir. Bant genişliği RZ kodundan daha dardır (ortalama 1,5 kat). Veri aktarımı için üç sinyal seviyesinin kullanıldığı iki kutuplu darbe kodunun aksine (bu bazen çok istenmeyen bir durumdur, örneğin, optik kablolarda sadece iki durum kararlı bir şekilde tanınır - aydınlık ve karanlık), Manchester kodunda iki seviye vardır.

Manchester kodu, Ethernet ve Token Ring teknolojilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bipolar Alternate Level Inversion (AMI) kodu, NRZ kodunun modifikasyonlarından biridir. Üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Birim, pozitif potansiyel veya negatif olarak kodlanır. Sıfırı kodlamak için sıfır potansiyel kullanılır. Her yeni birimin potansiyeli, bir öncekinin potansiyeline zıt olduğu için, kod, bir dizi birim iletirken iyi eşzamanlama özelliklerine sahiptir. Bir dizi sıfır iletilirken senkronizasyon yoktur. AMI kodunun uygulanması nispeten basittir. Onun için

Bir hat üzerinde çeşitli bit kombinasyonlarını iletirken, AMI kodunun kullanımı, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumuna ve dolayısıyla daha yüksek bir hat kapasitesine neden olur.

İyileştirilmiş potansiyel kodların (modernleştirilmiş Manchester kodu ve AMI kodu) darbeli olanlardan daha dar bir spektruma sahip olduğunu, bu nedenle FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet gibi yüksek hızlı teknolojilerde uygulama bulduklarını unutmayın.

Analog sinyallerin ayrık modülasyonu. Daha önce belirtildiği gibi, modern bilgisayar ağlarının gelişimindeki eğilimlerden biri dijitalleştirilmesidir, yani herhangi bir nitelikteki sinyallerin dijital biçimde iletilmesidir. Bu sinyallerin kaynakları bilgisayarlar (ayrık veriler için) veya telefonlar, video kameralar, video ve ses çoğaltma ekipmanı (analog veriler için) gibi cihazlar olabilir. Yakın zamana kadar (dijital iletişim ağlarının ortaya çıkmasından önce) bölgesel ağlarda, her tür veri analog biçimde iletiliyordu ve ayrık bilgisayar verileri modemler kullanılarak analog forma dönüştürülüyordu.

Bununla birlikte, aktarım sırasında önemli bir bozulma olması durumunda, bilgilerin analog biçimde iletilmesi, alınan verilerin kalitesini iyileştirmez. Bu nedenle, ses ve görüntüyü kaydetmek ve iletmek için analog teknolojinin yerini, analog sinyallerin ayrık modülasyonunu kullanan dijital teknoloji almıştır.

Ayrık modülasyon, sürekli sinyallerin hem genlik hem de zamanda örneklenmesine dayanır. Analog sinyalleri dijitale dönüştürmenin yaygın yöntemlerinden biri, 1938'de A.Kh. tarafından önerilen darbe kod modülasyonudur (PCM). Reeves (ABD).

PCM kullanılırken, dönüştürme işlemi üç aşama içerir: görüntüleme, niceleme ve kodlama (Şekil 33).

İlk aşama göstermedir. Orijinal sürekli sinyalin genliği, zaman örneklemesinin meydana gelmesinden dolayı belirli bir süre ile ölçülür. Bu aşamada, analog sinyal darbe genliği modülasyonu (IAM) sinyallerine dönüştürülür. Sahnenin yürütülmesi, Nyquist-Kotelnikov görüntüleme teorisine dayanmaktadır, bunun ana hükmü: eğer bir analog sinyal düzenli bir aralıkta en yüksek harmoniğin frekansının en az iki katı frekansla görüntülenirse (yani, ayrık zaman değerlerinin bir dizisi olarak temsil edilirse) orijinal sürekli sinyalin spektrumunda, ekran orijinal sinyali eski haline getirmek için yeterli bilgi içerecektir. Analog telefonda, muhatapların tüm temel harmoniklerinin yüksek kaliteli iletimi için yeterli olan ses iletimi için 300 ila 3400 Hz aralığı seçilir. Bu nedenle, ses iletimi için PCM yönteminin uygulandığı dijital ağlarda, 8000 Hz'lik bir görüntüleme frekansı benimsenir (bu, bazı kalite marjı sağlayan 6800 Hz'den fazladır).

Niceleme aşamasında, her IAM sinyaline en yakın niceleme düzeyine karşılık gelen nicelleştirilmiş bir değer atanır. IAM sinyallerinin genliğindeki tüm değişiklik aralığı 128 veya 256 niceleme düzeyine bölünmüştür. Ne kadar fazla niceleme seviyesi olursa, IAM genliği o kadar doğru olur - sinyal nicelleştirilmiş seviye ile temsil edilir.

Kodlama aşamasında, her nicelleştirilmiş eşlemeye 7 bitlik (niceleme düzeylerinin sayısı 128 ise) veya 8 bitlik (256 adımlı nicemleme ile) ikili kod atanır. İncirde. Şekil 33, 43 seviyeli nicelleştirilmiş bir sinyale karşılık gelen 8 öğeli ikili kod 00101011'in sinyallerini göstermektedir. 7 öğeli kodlarla kodlarken, kanal üzerinden veri aktarım hızı 56 Kbit / sn (bu, ikili kodun görüntüleme frekansı ve genişliğinin çarpımıdır) ve kodlama sırasında 8- eleman kodları - 64 Kbit / s. Standart, dijital telefon ağlarının temel kanalı olarak da adlandırılan 64 kbps dijital kanaldır.

Bir analog değeri dijital bir koda dönüştürmek için bu adımları gerçekleştiren bir cihaz, analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) olarak adlandırılır. Alıcı tarafta, dijitalden analoğa dönüştürücü (DAC) kullanılarak ters dönüşüm gerçekleştirilir, yani, sürekli sinyalin sayısallaştırılmış genlikleri demodüle edilir, orijinal sürekli zaman işlevi geri yüklenir.

Modern dijital iletişim ağlarında, ses ölçümlerini daha kompakt bir biçimde, örneğin 4 bitlik sayılar dizisi olarak temsil etmeyi mümkün kılan diğer ayrık modülasyon yöntemleri kullanılır. Analog sinyalleri dijitale dönüştürme kavramı da kullanılır, burada IAM sinyallerinin kendileri nicelleştirilir ve sonra kodlanır, ancak yalnızca değişimleri ve niceleme seviyelerinin sayısının aynı olduğu varsayılır. Açıktır ki, bu konsept daha yüksek doğrulukla sinyal dönüşümüne izin verir.

Analog bilgilerin kaydedilmesi, çoğaltılması ve iletilmesine yönelik dijital yöntemler, bir ortamdan okunan veya bir iletişim hattı aracılığıyla alınan verilerin güvenilirliğini kontrol etme yeteneği sağlar. Bu amaçla, bilgisayar verileriyle aynı kontrol yöntemleri uygulanır (bakınız paragraf 4.9).

Kesikli bir biçimde sürekli bir sinyalin iletimi, alıcının senkronizasyonu için katı gereksinimler getirir. Senkronizasyon gözlenmezse, orijinal sinyal yanlış bir şekilde yeniden oluşturulur, bu da sesin veya iletilen görüntünün bozulmasına yol açar. Ses ölçümleri (veya başka bir analog değer) içeren çerçeveler eşzamanlı olarak gelirse, ses kalitesi oldukça yüksek olabilir. Bununla birlikte, bilgisayar ağlarında, çerçeveler hem uç düğümlerde hem de ara anahtarlama cihazlarında (köprüler, anahtarlar, yönlendiriciler) gecikebilir ve bu da ses aktarımının kalitesini olumsuz etkiler. Bu nedenle, dijitalleştirilmiş sürekli sinyallerin yüksek kaliteli iletimi için, özel dijital ağlar (ISDN, ATM, dijital televizyon ağları) kullanılır, ancak içlerindeki çerçeve aktarım gecikmeleri kabul edilebilir sınırlar içinde olduğundan, şirket içi telefon görüşmelerini iletmek için Çerçeve Aktarma ağları hala kullanılmaktadır.

Plan

Veri iletiminin teorik temelleri

Fourier serisi

Yönetilen depolama ortamı

Manyetik ortam

Bükülmüş çift

Koaksiyel kablo

Fiber optik

Kablonun optik bir prize takıldığı kablonun ucuna özel bir konektör takılabilir. Kayıp, ışık yoğunluğunun% 10-20'si kadardır, ancak sistem konfigürasyonunun değiştirilmesini kolaylaştırır.
Ekleme - kablonun düzgün kesilmiş iki ucu yan yana döşenir ve özel bir manşonla sıkıştırılır. Kablo uçlarının hizalanmasıyla iyileştirilmiş ışık iletimi sağlanır. Kayıp - ışık gücünün% 10'u.
Füzyon. Neredeyse hiç kayıp yok.

Tablo 1.
LED ve Yarı İletken Lazer Karşılaştırma Tablosu
Optik kablonun alıcı ucu, üzerine ışık geldiğinde bir elektrik darbesi üreten bir fotodiyottur.

Fiber optik kablo ve bakır telin karşılaştırmalı özellikleri.

Yüksek hız.
Daha az sinyal zayıflaması, daha az tekrarlayıcı çıkışı (50 km'de bir, 5 değil)
Dış elektromanyetik radyasyona karşı inert, kimyasal olarak nötr.
Daha hafiftir. 1 km uzunluğunda 1000 bükülmüş bakır çifti yaklaşık 8000 kg ağırlığındadır. Bir çift fiber optik kablo, daha fazla bant genişliği ile yalnızca 100 kg ağırlığındadır
Düşük kurulum maliyetleri

Kurulum sırasında karmaşıklık ve yeterlilik.
Kırılganlık
Bakırdan daha pahalı.
simpleks iletim, ağlar arasında minimum 2 çekirdek gereklidir.

Kablosuz bağlantı

Elektromanyetik spektrum

Radyo iletişimi

Mikrodalga iletişimi

Kızılötesi ve milimetre dalgalar

İletişim uyduları

Genel anahtarlı telefon ağı

Telefon sistemi yapısı

Yerel hatlar: modemler, ADSL, kablosuz

genlik modülasyonu - 2 farklı sinyal genliği kullanılır (0 ve 1 için),
frekans - birkaç farklı sinyal frekansı kullanılır (0 ve 1 için),
faz - faz kaymaları, mantıksal birimler (0 ve 1) arasında geçiş yaparken kullanılır. Kesme açıları - 45, 135, 225, 180.

Dijital abone hatları. XDSL teknolojisi.

POTS - POTS bandı;
giden menzil;
gelen menzil.

DSLAM - DSL erişim çoklayıcı;
NID, telefon şirketinin mülkiyetini aboneyle ayıran bir ağ arayüz cihazıdır.
Ayırıcı - POTS bandı ve ADSL verilerini ayıran bir ayırıcı.

Hatlar ve mühürler

Değişim

Kanal değiştirme

Paket değiştirme

7. VERİ AKTARIMININ FİZİKSEL DÜZEYİ

7.2. Ayrık veri aktarım yöntemleri

Ayrı verileri iletişim kanalları üzerinden iletirken, iki ana fiziksel kodlama türü kullanılır - sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı. İlk yönteme genellikle denir modülasyon veya analog modülasyon analog sinyalin parametrelerini değiştirerek kodlamanın yapıldığını vurgulayarak. İkinci yol denir dijital kodlama ... Bu yöntemler, ortaya çıkan sinyalin spektrumunun genişliği ve bunların uygulanması için gereken ekipmanın karmaşıklığı bakımından farklılık gösterir.

Dikdörtgen darbeler kullanıldığında, ortaya çıkan sinyalin spektrumu çok geniştir. Bir sinüzoidin kullanılması, aynı bilgi aktarım hızında daha dar bir spektruma yol açar. Bununla birlikte, modülasyonun uygulanması, dikdörtgen darbelerin uygulanmasından daha karmaşık ve pahalı ekipman gerektirir.

Günümüzde, daha sık olarak, başlangıçta analog bir biçime sahip olan veriler - konuşma, televizyon görüntüsü - iletişim kanalları aracılığıyla ayrı bir biçimde, yani bir ve sıfırlar dizisi biçiminde iletilir. Analog bilgileri ayrı biçimde sunma sürecine ayrık modülasyon .

Analog modülasyon, ayrı verileri dar bant genişliği kanalları üzerinden iletmek için kullanılır - ses frekansı kanalı (genel telefon ağları). Bu kanal, 300 ila 3400 Hz aralığında frekanslar taşır, dolayısıyla bant genişliği 3100 Hz'dir.

Verici tarafta bir taşıyıcı sinüzoidi modüle etme ve alıcı tarafta demodüle etme işlevlerini yerine getiren bir cihaza denir. modem (modülatör-demodülatör).

Analog modülasyon, bilginin sinüzoidal bir taşıyıcı sinyalin genliği, frekansı veya fazı değiştirilerek kodlandığı fiziksel bir kodlama yöntemidir (Şekil 27).

Ne zaman genlik modülasyonu (Şekil 27, b) Taşıyıcı frekansı sinüzoid genliğinin bir seviyesi mantıksal birim için ve diğeri mantıksal sıfır için seçilir. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren saf haliyle kullanılır, ancak genellikle başka bir tür modülasyon - faz modülasyonu ile kombinasyon halinde kullanılır.

Ne zaman frekans modülasyonu (Şekil 27, c) Orijinal verilerin 0 ve 1 değerleri, farklı frekanslara sahip sinüzoidler tarafından iletilir - f 0 ve f 1,. Bu modülasyon yöntemi, modemlerde karmaşık devre gerektirmez ve genellikle 300 veya 1200 bps'de çalışan düşük hızlı modemlerde kullanılır.

Ne zaman faz modülasyonu (Şekil 27, d) 0 ve 1 veri değerleri aynı frekanstaki sinyallere karşılık gelir, ancak farklı bir faza sahiptir, örneğin 0 ve 180 derece veya 0, 90, 180 ve 270 derece.

Yüksek hızlı modemlerde, bir kural olarak genlik faz ile kombinasyon halinde kombine modülasyon yöntemleri sıklıkla kullanılır.

Şekil: 27. Çeşitli modülasyon türleri

Ortaya çıkan modüle edilmiş sinyalin spektrumu, modülasyonun tipine ve oranına bağlıdır.

Potansiyel kodlama için, spektrum doğrudan periyodik fonksiyon için Fourier formüllerinden türetilir. Ayrık veriler N bit / s bit hızında iletiliyorsa, spektrum sabit bir sıfır frekans bileşeninden ve f 0, 3f 0, 5f 0, 7f 0, ..., burada f 0 \u003d N / 2 olan sonsuz bir harmonik serisinden oluşur. Bu harmoniklerin genlikleri oldukça yavaş azalır - harmonik f 0 genliğinden 1/3, 1/5, 1/7, ... katsayıları ile (Şekil 28, a). Sonuç olarak, potansiyel bir kodun spektrumu, yüksek kaliteli iletim için geniş bir bant genişliği gerektirir. Ek olarak, gerçekte sinyal spektrumunun verilerin doğasına bağlı olarak sürekli değiştiği dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, rastgele veri iletirken potansiyel kodun ortaya çıkan sinyalinin spektrumu, 0 Hz'ye yakın bir değerden yaklaşık 7f 0'a yakın bir bant kaplar (7f 0'ın üzerindeki frekanslara sahip harmonikler, ortaya çıkan sinyale küçük katkılarından dolayı ihmal edilebilir). Bir ton kanalı için, 971 bps'lik bir veri hızı için potansiyel kodlama üst sınırına ulaşılır. Sonuç olarak, ton kanallarındaki aday kodları asla kullanılmaz.

Genlik modülasyonu ile spektrum, sinüzoidal bir taşıyıcı frekanstan oluşur f ile ve iki yan harmonik: (f c + f m) ve ( f c - f m), nerede f m - iki genlik seviyesi kullanılırken veri aktarım hızı ile çakışan sinüzoidin bilgi parametresinin değişim sıklığı (Şekil 28, b). Frekans f m bu kodlama yöntemi için hat bant genişliğini belirler. Düşük bir modülasyon frekansında, sinyal spektrumu genişliği de küçük olacaktır (2f'ye eşittir) m ), yani bant genişliği 2f'den büyük veya eşitse sinyaller hat tarafından bozulmayacaktır. m ... Bir ton frekansı kanalı için, bu modülasyon yöntemi 3100/2 \u003d 1550 bps'yi aşmayan bir veri hızında kabul edilebilir. Verileri temsil etmek için 4 genlik seviyesi kullanılırsa, kanal bant genişliği 3100 bit / s'ye yükselir.

Şekil: 28. Potansiyel kodlamada sinyal spektrumları

ve genlik modülasyonu

Faz ve frekans modülasyonunda, sinyal spektrumu genlik modülasyonundan daha karmaşıktır, çünkü burada ikiden fazla yan harmonik oluşur, ancak bunlar aynı zamanda ana taşıyıcı frekansına göre simetrik olarak yerleştirilir ve genlikleri hızla azalır. Bu nedenle, bu modülasyonlar, bir ton kanalı üzerinden veri iletimi için de çok uygundur.

Ayrık bilgilerin dijital kodlaması sırasında, potansiyel ve darbe kodları kullanılır. Potansiyel kodlarda, mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için yalnızca sinyal potansiyel değeri kullanılır ve farklılıkları dikkate alınmaz. Darbe kodları, ikili verilerin ya belirli bir polaritenin darbeleri olarak ya da bir darbenin parçası olarak - belirli bir yönde potansiyel bir düşüş olarak temsil edilmesini sağlar.

Ayrık bilgileri iletmek için dikdörtgen darbeler kullanırken, aynı anda birkaç hedefe ulaşacak bir kodlama yöntemi seçmek gerekir:

· elde edilen sinyalin aynı bit hızında en küçük spektrum genişliğine sahipti;

· verici ve alıcı arasında senkronizasyon sağladı;

· hataları tanıma yeteneğine sahipti;

· düşük bir uygulama maliyeti vardı.

Daha dar bir sinyal spektrumu, aynı hat üzerinde daha yüksek veri hızlarına izin verir. Sinyal spektrumunun genellikle DC bileşenine sahip olmaması gerekir.

Verici ve alıcının senkronizasyonu, alıcının tam olarak hangi noktada iletişim hattından yeni bilgilerin okunması gerektiğini bilmesi için gereklidir. Ağlardaki bu sorunu çözmek, yakındaki cihazlar arasında, örneğin bir bilgisayar içindeki birimler arasında veya bir bilgisayar ile bir yazıcı arasında veri alışverişi yapmaktan daha zordur. Bu nedenle, ağlarda, sinyalleri verici için bir sonraki biti (veya birkaç biti) tanımanın hangi noktada gerekli olduğuna dair bir gösterge taşıyan sözde kendi kendini eşzamanlayan kodlar kullanılır. Ön olarak adlandırılan sinyaldeki herhangi bir ani düşüş, alıcıyı vericiyle senkronize etmek için iyi bir gösterge olabilir.

Taşıyıcı sinyal olarak sinüzoidler kullanıldığında, ortaya çıkan kod kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahiptir, çünkü taşıyıcı frekans genliğindeki bir değişiklik, alıcının giriş kodunun göründüğü anı belirlemesini sağlar.

Kodlama yöntemlerine yönelik gereksinimler karşılıklı olarak çelişkilidir; bu nedenle, aşağıda tartışılan popüler dijital kodlama yöntemlerinin her birinin diğerlerine kıyasla kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

İncirde. 29, a kodlama olarak da adlandırılan potansiyel bir kodlama yöntemini gösterir sıfıra dönüş yok (Olmayan Sıfıra Dön, NRZ) ... İkinci ad, bir dizi iletildiğinde sinyalin bir döngü sırasında sıfıra dönmediği gerçeğini yansıtır. NRZ yönteminin uygulanması basittir, iyi hata tanıma özelliğine sahiptir (iki keskin farklı potansiyelden dolayı), ancak kendi kendine senkronizasyon özelliğine sahip değildir. Uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletildiğinde, hattaki sinyal değişmez, bu nedenle alıcı, verileri giriş sinyalinden okumak için gerekli zamanları belirleyemez. Yüksek hassasiyetli bir saat üreteciyle bile, iki osilatörün frekansları hiçbir zaman tamamen aynı olmadığından, alıcı veri alırken hata yapabilir. Bu nedenle, yüksek baud hızlarında ve uzun bir veya sıfır dizisinde, küçük bir saat frekansı uyuşmazlığı, tüm döngüde bir hataya ve buna bağlı olarak yanlış bir bit değerinin okunmasına yol açabilir.

NRZ yönteminin bir diğer ciddi dezavantajı, uzun birler veya sıfır dizileri iletirken sıfıra yaklaşan düşük frekanslı bir bileşenin varlığıdır. Bu nedenle, alıcı ile kaynak arasında doğrudan galvanik bağlantı sağlamayan birçok iletişim kanalı bu tür kodlamayı desteklemez. Sonuç olarak, NRZ kodu ağlarda saf haliyle kullanılmaz. Bununla birlikte, hem NRZ kodunun kötü kendi kendine senkronizasyonunun hem de sabit bir bileşenin varlığının ortadan kaldırıldığı çeşitli modifikasyonları kullanılır. NRZ kodunun çekiciliği, onu geliştirmeye başlamanın mantıklı olması nedeniyle, N / 2 Hz'e eşit olan f 0 temel harmonikinin oldukça düşük frekansında yatmaktadır. Manchester gibi diğer kodlama yöntemlerinin temel frekansı daha yüksektir.

Şekil: 29. Ayrık veri kodlama yöntemleri

NRZ yönteminin modifikasyonlarından biri yöntemdir alternatif ters çevirme ile iki kutuplu kodlama (Bipolar Alternatif Mark Ters Çevirme, AMI). Bu yöntem (Şekil 29, b) üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Mantıksal bir sıfırı kodlamak için, bir sıfır potansiyel kullanılır ve mantıksal bir potansiyel, bir öncekinin potansiyeline zıt olan her yeni birimin potansiyeli ile pozitif veya negatif bir potansiyel ile kodlanır.

AMI kodu, NRZ kodunun doğasında bulunan DC ve otomatik zamanlama sorunlarını kısmen ortadan kaldırır. Bu, uzun bir dizileri iletirken meydana gelir. Bu durumlarda, hattaki sinyal, NRZ koduyla aynı spektruma sahip, alternatif sıfırları ve birleri ileten, yani bir DC bileşeni olmadan ve temel bir N / 2 Hz harmoniği ile (burada N, bit veri hızıdır) iki kutuplu darbeler dizisidir. ... Uzun sıfır dizileri, AMI kodu için olduğu kadar NRZ kodu için de tehlikelidir - sinyal, sıfır genlikli sabit bir potansiyele dönüşür. Bu nedenle, AMI kodunun daha fazla iyileştirilmesi gerekiyor.

Genel olarak, hat üzerindeki farklı bit kombinasyonları için, AMI kodunun kullanımı, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumu ve dolayısıyla daha yüksek hat kapasitesi ile sonuçlanır. Örneğin, değişen birleri ve sıfırları iletirken, temel f 0, N / 4 Hz frekansa sahiptir. AMI kodu ayrıca hatalı sinyalleri tanımak için bazı yetenekler sağlar. Bu nedenle, sinyallerin kutuplarının katı bir şekilde değiştirilmesinin ihlali, yanlış bir nabız veya hattan doğru darbenin kaybolduğunu gösterir. Bu sinyale yasak sinyal (sinyal ihlal).

AMI kodu, hat üzerinde iki değil üç sinyal seviyesi kullanır. Ek katman, hat üzerindeki bitlerin aynı güvenilirliğini sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3 dB artış gerektirir; bu, yalnızca iki durumu ayıran kodlara kıyasla çoklu sinyal durumlarına sahip kodların ortak bir dezavantajıdır.

AMI'ye benzer bir kod var, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi var. Sıfırı aktarırken, önceki döngüde ayarlanan potansiyeli aktarır (yani onu değiştirmez) ve birini aktarırken, potansiyel tersine çevrilir. Bu kodun adı birde ters çevirme ile potansiyel kod (Değil Dönüş -e Sıfır ile olanlar Ters , NRZI ) ... Bu kod, örneğin, iki sinyal durumunun (ışık ve gölge) sürekli olarak tanındığı optik kablolarda, üçüncü sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmeyen olduğu durumlarda uygundur.

Potansiyel kodlara ek olarak, darbeli kodlar, veriler tam bir darbe veya bunun bir kısmı ile - bir cepheyle temsil edildiğinde, ağlarda da kullanılır. Bu yaklaşımın en basit örneği bipolar nabız kodu , burada biri bir polaritede bir darbe ile temsil edilir ve sıfır bir diğeriyle temsil edilir (Şekil 29, c). Her dürtü yarım vuruş sürer. Bu kod mükemmel kendi kendini senkronize eden özellikler, ancak sabit bileşen, örneğin uzun bir birler veya sıfırlar dizisi iletilirken mevcut olabilir. Ek olarak, spektrumu potansiyel kodlardan daha geniştir. Bu nedenle, tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı, NRZ kodunun temel harmoniğinin iki katı olan ve alternatifleri ve sıfırları iletirken AMI kodunun temel harmoniğinden dört kat daha yüksek olan N Hz'ye eşit olacaktır. Çok geniş spektrum nedeniyle bipolar darbe kodu nadiren kullanılır.

Yakın zamana kadar, yerel ağlarda en yaygın kodlama yöntemi sözde manchester kodu (Şekil 29, d). Ethernet ve Token Ring teknolojilerinde kullanılır.

Manchester kodu, birleri ve sıfırları kodlamak için potansiyel düşüşü, yani darbe cephesini kullanır. Manchester kodlamasında, her çubuk iki bölüme ayrılmıştır. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Biri, düşük sinyal seviyesinden yüksek sinyal seviyesine eğim ile kodlanır ve sıfır, ters eğim ile kodlanır. Her döngünün başlangıcında, arka arkaya birkaç tane sıfır veya sıfır göstermeniz gerekirse, bir ek yük sinyali oluşabilir. Sinyal, bir veri bitinin iletim döngüsü başına en az bir kez değiştiğinden, Manchester kodu iyi kendi kendini senkronize eden özellikleri. Manchester kodunun bant genişliği, iki kutuplu nabzın bant genişliğinden daha dardır. Ayrıca sabit bir bileşeni yoktur ve en kötü durumda (bir veya sıfır dizisi iletirken) temel harmonik N Hz frekansına sahiptir ve en iyi ihtimalle (alternatifleri ve sıfırları iletirken), AMI kodları gibi N / 2 Hz'ye eşittir veya NRZ. Ortalama olarak, Manchester kodunun bant genişliği bipolar nabız kodundan bir buçuk kat daha dardır ve temel 3N / 4 civarında salınır. Manchester kodunun bipolar nabız koduna göre başka bir avantajı vardır. İkincisi, veri iletimi için üç sinyal seviyesi ve Manchester'da iki sinyal seviyesi kullanılır.

İncirde. 29, e, verileri kodlamak için dört sinyal seviyeli bir potansiyel kodu gösterir. Bu, adı özünü yansıtan bir 2B1Q kodudur - her iki bit (2B), dört duruma (1Q) sahip bir sinyal tarafından bir saat döngüsünde iletilir. Bir çift bit 00, -2,5 V'luk bir potansiyele karşılık gelir; bir çift bit 01, -0,833 V'luk bir potansiyele karşılık gelir, bir çift 11, +0,833 V'luk bir potansiyele karşılık gelir ve bir çift 10, +2,5 V'luk bir potansiyele karşılık gelir. Bu kodlama yöntemi, uzun süre savaşmak için ek önlemler gerektirir. özdeş bit çiftlerinin dizileri, çünkü bu durumda sinyal bir DC bileşenine dönüşür. Bitlerin rastgele serpiştirilmesiyle, sinyal spektrumu NRZ kodundan iki kat daha dardır, çünkü aynı bit hızında döngü süresi iki katına çıkar. Böylece, 2B1Q kodunu kullanarak aynı hat üzerinden AMI veya NRZI kodunu kullanmaktan iki kat daha hızlı veri iletebilirsiniz. Bununla birlikte, uygulanması için verici gücü daha yüksek olmalıdır, böylece dört seviye alıcı tarafından parazitin arka planına karşı açıkça ayırt edilebilir.

İletişim bağlantısı üzerinden iletilen bilgiler genellikle özel kodlamaya tabi tutulur ve bu da aktarım güvenilirliğinin iyileştirilmesine katkıda bulunur. Bu durumda, kodlama ve kod çözme için ek donanım maliyetleri kaçınılmazdır ve ağ bağdaştırıcılarının maliyeti artar.

Bir ağ üzerinden iletilen bilginin kodlanması, izin verilen maksimum iletim hızının oranı ve kullanılan iletim ortamının verimiyle ilgilidir. Örneğin, farklı kodlarla aynı kablodaki maksimum iletim hızı iki kat farklılık gösterebilir. Ağ ekipmanının karmaşıklığı ve bilgi aktarımının güvenilirliği de doğrudan seçilen koda bağlıdır.

Ayrı verileri iletişim kanalları aracılığıyla iletmek için, orijinal ayrık verilerin iki fiziksel kodlama yöntemi kullanılır - sinüzoidal bir taşıyıcı sinyale ve bir dizi dikdörtgen darbeye dayalı olarak. İlk yol genellikle denir analog modülasyon,dan beri kodlama, analog sinyalin parametrelerinin (genlik, faz, frekans) değiştirilmesiyle gerçekleştirilir. İkinci yol denir dijital kodlama... Şu anda, analog formdaki veriler (konuşma, televizyon görüntüsü), iletişim kanalları aracılığıyla ayrı bir biçimde iletilmektedir. Analog bilgileri ayrı biçimde sunma sürecine ayrık modülasyon.

5.1Analog modülasyon

Kesikli verilerin sinüzoidal bir sinyal biçiminde temsiline denir analog modülasyon. Analog modülasyon, bilginin farklı genlik, faz veya frekans seviyelerine sahip sinüzoidal bir sinyal olarak temsil edilmesini sağlar. Ayrıca değişen parametrelerin kombinasyonlarını da kullanabilirsiniz - genlik ve frekans, genlik-faz. Örneğin, dört genlik seviyesine ve dört frekans seviyesine sahip bir sinüzoidal sinyal üretirseniz, bu, bir değişiklik için 4 bit bilgi anlamına gelen 16 bilgi parametresi durumu verecektir.

Analog modülasyonun üç ana yöntemi vardır:

genlik,

sıklık,

Genlik modülasyonu (AM)Genlik modülasyonunda, mantıksal birim için taşıyıcı frekans sinüzoidinin bir genlik seviyesi ve mantıksal sıfır için bir diğeri seçilir (bkz. Şekil 5.1). Sinyal frekansı sabit kalır. Bu yöntem, düşük gürültü bağışıklığı nedeniyle pratikte nadiren saf haliyle kullanılır, ancak genellikle başka bir tür modülasyon - faz modülasyonu ile kombinasyon halinde kullanılır.

Şekil: 5.1 Farklı modülasyon türleri

Frekans modülasyonu. ( Dünya Kupası) Frekans modülasyonu ile, orijinal verilerin mantıksal 0 ve mantıksal 1 değerleri, farklı frekanslara sahip sinüzoidler tarafından iletilir - f 1 ve f 2 (bkz. Şekil 5.1). Sinyal genliği sabit kalır. Bu modülasyon yöntemi, modemlerde karmaşık devre gerektirmez ve genellikle düşük hızlı modemlerde kullanılır.

Faz modülasyonu. (FM)Faz modülasyonunda, mantıksal 0 ve 1 değerleri aynı frekanstaki sinyallere karşılık gelir, ancak farklı faza (ters çevrilmiş), örneğin 0 ve 180 derece veya 0,90, 180 ve 270 derece. Ortaya çıkan sinyal, ters sinüzoid dizisine benzer (bkz. Şekil 5.1). Sinyalin genliği ve frekansı sabit kalır.

İletim oranını artırmak için kombine modülasyon yöntemleri kullanılır (bilgi parametresinin döngüsü başına bit sayısını artırmak). En yaygın yöntemler karesel genlik modülasyonu (Qevren Genlik Modülasyon, QAM)... Bu yöntemler, 8 değerlik faz kayması ve 4 genlik seviyeli genlik modülasyonu ile faz modülasyonunun bir kombinasyonunu kullanır. Bu yöntemle 32 sinyal kombinasyonu mümkündür. Ve hepsi kullanılmasa da, hız yine de önemli ölçüde artar ve fazlalık nedeniyle veri iletimi sırasındaki hatalar kontrol edilebilir. Örneğin, bazı kodlarda yalnızca 6,7 \u200b\u200bveya 8 kombinasyonun ilk verileri temsil etmesine izin verilir ve kombinasyonların geri kalanı yasaklanmıştır. Bu kodlama fazlalığı, modemin, özellikle anahtarlılar olmak üzere telefon kanallarında çok önemli olan ve zaman açısından uzun olan girişimden kaynaklanan bozulmalardan kaynaklanan hatalı sinyalleri tanıması için gereklidir.

Analog modülasyonun hangi hatlarda çalışabileceğini ve bu yöntemin kullanılan belirli bir iletim hattının bant genişliğini ne ölçüde karşıladığını belirleyelim, bunun için ortaya çıkan sinyallerin spektrumunu ele alalım. Örneğin, AM modülasyon yöntemini ele alalım. Genlik modülasyonlu ortaya çıkan sinyalin spektrumu, sinüzoidal bir taşıyıcı frekansından oluşacaktır. f itibaren ve iki yanal harmonik:

(f itibaren - f m ) ve (f itibaren + f m ), nerede f m - modülasyon frekansı (sinüzoidin bilgi parametresindeki değişiklikler), iki genlik seviyesi kullanılırsa veri aktarım hızı ile çakışacaktır.

Şekil: 5.2 Genlik modülasyonlu sinyal spektrumu

Sıklık f m bu kodlama yöntemi için hat bant genişliğini belirler. Düşük bir modülasyon frekansında, sinyal spektrumu genişliği de küçük olacaktır (eşittir 2f m Şekil 5.2'ye bakın), bu nedenle bant genişliği şuna eşit veya daha büyükse sinyaller hat tarafından bozulmayacaktır. 2f m .

Böylece, genlik modülasyonu ile ortaya çıkan sinyal, dar bir spektruma sahiptir.

Faz ve frekans modülasyonunda, sinyal spektrumu genlik modülasyonundan daha karmaşıktır, çünkü burada ikiden fazla yan harmonik oluşur, ancak bunlar aynı zamanda ana taşıyıcı frekansına göre simetrik olarak yerleştirilir ve genlikleri hızla azalır. Bu nedenle, bu modülasyonlar, dar bant genişliği hatları üzerinden veri iletimi için de çok uygundur. Bu tür hatların tipik bir temsilcisi, umumi telefon ağlarının kullanıcılarına sağlanan bir ses frekansı kanalıdır.

Bir ses kanalının tipik frekans yanıtından, bu kanalın 300 ila 3400 Hz aralığındaki frekansları taşıdığı ve dolayısıyla 3100 Hz'lik bir bant genişliğine sahip olduğu görülebilir (bkz. Şekil 5.3).

Şekil: 5.3 Ton frekansı kanalının frekans yanıtı

Kabul edilebilir konuşma kalitesi için insan sesi çok daha geniş bir spektruma (yaklaşık 100 Hz ila 10 kHz) sahip olsa da, 3100 Hz aralığı iyi bir çözümdür. Ton kanalının bant genişliğinin katı sınırlaması, telefon ağlarında çoğullama ve kanal değiştirme ekipmanının kullanılmasıyla ilişkilidir.

Dolayısıyla, bir ton frekansı kanalı için, genlik modülasyonu 3100/2 \u003d 1550 bit / s'den fazla olmayan bir veri hızı sağlar. Bilgi parametresinin birkaç seviyesini (4 seviye genlik) kullanırsanız, ton frekansı kanalının bant genişliği iki katına çıkar.

Çoğu zaman, analog kodlama, dar bant genişliğine sahip bir kanal üzerinden, örneğin küresel ağlarda telefon hatları üzerinden bilgi iletirken kullanılır. Yerel alan ağlarında, hem kodlama hem de kod çözme ekipmanının yüksek karmaşıklığı ve maliyeti nedeniyle nadiren kullanılır.

Şu anda analog sinyallerle çalışan hemen hemen tüm ekipmanlar pahalı mikro devreler temelinde geliştirilmektedir. DSP (Dijital Sinyal İşlemci)... Bu durumda, sinyalin modülasyonu ve iletilmesinden sonra, alım sırasında demodüle edilmesi gerekir ve bu da yine pahalı bir ekipmandır. Taşıyıcı sinüzoidin verici tarafta modüle edilmesi ve alıcı tarafta demodüle edilmesi işlevini gerçekleştirmek için, adı verilen özel bir cihaz kullanılır. modem (modülatör-demodülatör). 56.000 bps modemin maliyeti 100 dolar ve 100 Mbps ağ kartı 10 dolardır.

Sonuç olarak, analog modülasyonun avantaj ve dezavantajlarını sunuyoruz.

Analog modülasyonun birçok farklı bilgi parametresi vardır: genlik, faz, frekans. Bu parametrelerin her biri, taşıyıcı değişikliği başına birden çok durum alabilir. Ve bu nedenle, ortaya çıkan sinyal saniyede çok sayıda bit iletebilir.

Analog modülasyon, ortaya çıkan sinyale dar bir spektrum sağlar ve bu nedenle kötü hatlarda (dar bant genişliğine sahip) çalışmanız gereken yerlerde iyidir, orada yüksek aktarım hızları sağlayabilir. Analog modülasyon iyi hatlar üzerinde çalışabilir, burada analog modülasyonun bir başka avantajı özellikle önemlidir - kullanılan hattın bant genişliğine bağlı olarak spektrumu istenen bölgeye kaydırma yeteneği.

Analog modülasyonun uygulanması zordur ve ilgili ekipman çok pahalıdır.

Analog modülasyon, onsuz yapılamayacak yerlerde kullanılır, ancak basit ve ucuz ekipmana ihtiyaç duyulan uygulanması için yerel ağlarda başka kodlama yöntemleri kullanılır. Bu nedenle, çoğu zaman yerel ağlarda, iletişim hatlarında veri iletirken, ikinci fiziksel kodlama yöntemi kullanılır - dijital kodlama

5. 2. Dijital kodlama

Dijital kodlama- bilgilerin dikdörtgen darbelerle sunulması. Dijital kodlama kullanımı için potansiyelve dürtükodları.

Potansiyel kodlar.Potansiyel kodlarda, mantıksal olanları ve sıfırları temsil etmek için, sadece döngü sırasındaki sinyal potansiyelinin değeri kullanılır ve tam darbeler oluşturan damlaları hesaba katılmaz. Yalnızca elde edilen sinyalin döngü sırasında sahip olduğu değer önemlidir.

Darbe kodları.Darbe kodları, mantıksal sıfır ve mantıksal olanı ya belirli bir polaritenin darbeleri ile ya da bir darbenin parçası olarak - belirli bir yönde potansiyel bir düşüşü temsil eder. Dürtü kodu değeri, damlalarıyla birlikte tüm dürtüyü içerir.

Dijital kodlama için gereksinimleri tanımlayalım. Örneğin, ayrı verileri (mantıksal sıfırlar ve birler dizisi) bir bilgisayarın çıkışından - kaynak - başka bir bilgisayarın girişine - alıcıya bir iletişim hattı üzerinden aktarmamız gerekir.

1. Veri iletimi için tüm frekansları geçmeyen iletişim hatlarımız var, türlerine göre belirli bant genişlikleri var. Bu nedenle, verileri kodlarken, kodlanmış verilerin iletişim hattı tarafından "geçirildiğini" hesaba katmak gerekir.

2. Ayrık veri dizileri, belirli bir frekanstaki dijital darbeler şeklinde kodlanmalıdır. Bu durumda elbette en iyisi şunlara ulaşmaktır:

a) genel olarak iletişim hatlarının bant genişliklerine uymak için kodlanmış sinyallerin frekanslarının düşük olması.

b) kodlanmış sinyallerin yüksek bir iletim hızı sağlaması.

Bu nedenle, iyi kodun sahip olması gerekir daha az Hertz ve saniyede daha fazla bit.

3. İletilmesi gereken veriler, mantıksal sıfırların ve birlerin öngörülemeyen değişen bir dizisidir.

Bu verileri dijital darbelerle belirli bir şekilde kodladığımızı varsayalım, ortaya çıkan sinyalin hangi frekansa sahip olduğunu nasıl belirleyebiliriz? Bir dijital kodun maksimum frekansını bizim için belirlemek için, aşağıdaki gibi özel dizileri kodlarken ortaya çıkan sinyali dikkate almak yeterlidir:

mantıksal sıfır dizisi

mantıksal birim dizisi

mantıksal sıfırların ve birlerin dönüşümlü dizisi

Daha sonra, sinyali Fourier yöntemiyle ayrıştırmak, spektrumu bulmak, her harmoniğin frekansını belirlemek ve sinyalin toplam frekansını bulmak gerekir; bu durumda, sinyalin ana spektrumunun iletişim hattının bant genişliğine düşmesi önemlidir. Tüm bu hesaplamaları yapmamak için sinyal spektrumunun temel harmoniğini belirlemeye çalışmak yeterlidir, bunun için ilk sinüzoidin şeklini tekrar eden sinyal şeklinden tahmin edilmesi ve ardından bu sinüzoidin periyodunu bulmak gerekir. Periyot, iki sinyal değişikliği arasındaki mesafedir... Ardından, sinyal spektrumunun temel harmoniğinin frekansını şu şekilde tanımlayabilirsiniz: F \u003d 1 / Tnerede F- Sıklık, T- sinyal süresi. Diğer hesaplamaların rahatlığı için, sinyalin bit hızının şu olduğunu varsayıyoruz: N.

Bu tür hesaplamalar, elde edilen sinyalin frekansını belirlemek için her dijital kodlama yöntemi için gerçekleştirilebilir. Elde edilen dijital olarak kodlanmış sinyal, belirli bir dikdörtgen darbeler dizisidir. Spektrumu bulmak için bir dizi sinüzoidin bir toplamı olarak bir dikdörtgen darbeler dizisini temsil etmek için çok sayıda bu tür sinüzoidlere ihtiyaç vardır. Bir dizi kare dalga sinyalinin spektrumu, genel durumda, modüle edilmiş sinyallerden çok daha geniş olacaktır.

Bir ton frekansı kanalı üzerinden veri iletmek için bir dijital kod uygularsak, 971 bps'lik bir veri hızı için potansiyel kodlama için üst sınıra ulaşılır ve kanal bant genişliği 300 Hz'de başladığından alt sınır herhangi bir hız için kabul edilemez.

bu nedenle dijital kodlar ton kanalları asla kullanılmaz. Ancak diğer yandan, veri aktarımı için telefon hatlarını kullanmayan yerel ağlarda çok iyi çalışıyorlar.

Böylece, dijital kodlama, yüksek kaliteli iletim için geniş bant genişliği gerektirir.

4. Bir kaynak düğümden bir alıcı düğüme iletişim hatları üzerinden bilgi iletirken, alıcının her zaman tam olarak hangi noktada kaynaktan veri aldığını bileceği böyle bir iletim modu sağlamak gerekir, yani, senkronizasyonkaynak ve hedef. Ağlarda, senkronizasyon sorununun çözülmesi, bir bilgisayarın içindeki birimler arasında veya bir bilgisayar ile bir yazıcı arasında veri alışverişi yapmaktan daha zordur. Kısa mesafelerde, ayrı bir saat bağlantısına dayalı bir devre iyi çalışır. Böyle bir şemada, bilgi yalnızca saat darbesinin gelişi sırasında veri hattından kaldırılır (bkz. Şekil 5.4).

Şekil: 5.4 Alıcı ve vericinin kısa mesafelerde senkronize edilmesi

Bu senkronizasyon seçeneği, kablolardaki iletkenlerin özelliklerinin heterojenliğinden dolayı herhangi bir ağ için kesinlikle uygun değildir. Uzun mesafelerde, eşit olmayan yayılma hızı, saatin, bir veri bitinin atlanmasına veya yeniden okunmasına neden olacak şekilde karşılık gelen veri sinyalinden çok daha geç veya daha erken gelmesine neden olabilir. Ağların saat darbelerinin kullanımını bırakmasının bir başka nedeni de iletkenleri pahalı kablolarda kurtarmaktır. Bu nedenle, ağlar sözde kullanır kendi kendini senkronize eden kodlar.

Kendi Kendini Senkronize Eden Kodlar- alıcı için hangi noktada sonraki biti tanımak gerektiğine dair bir gösterge taşıyan sinyaller (veya kod ikiden fazla sinyal durumuna yönlendirilmişse birkaç bit). Sinyalde herhangi bir keskin düşüş - sözde ön- alıcıyı verici ile senkronize etmek için iyi bir kılavuz görevi görebilir. Kendi kendine zamanlama koduna bir örnek sinüs dalgası olabilir. Taşıyıcı frekansın genliğindeki değişiklik, alıcının giriş kodunun göründüğü anı belirlemesini sağlar. Ama bu analog modülasyonla ilgili. Dijital kodlamada kendi kendini senkronize eden kodlar oluşturan yöntemler de vardır, ancak daha sonra bunun üzerine.

Böylece, iyi dijital kod senkronizasyon sağlamalıdır

İyi bir dijital kodun gerekliliklerini göz önünde bulundurduktan sonra, dijital kodlama yöntemlerini kendi başlarına ele alalım.

5. 2.1 Sıfıra dönmeyen potansiyel kod NRZ

Bu kod bu adı almıştır, çünkü bir dizi iletirken sinyal bir saat döngüsü sırasında sıfıra dönmez (aşağıda göreceğimiz gibi, diğer kodlama yöntemlerinde bu durumda sıfıra dönüş meydana gelir).

NRZ (Sıfıra Dönmez) kodu- sıfıra dönüş yok - bu en basit iki seviyeli koddur. Ortaya çıkan sinyalin iki potansiyel seviyesi vardır:

Alt seviye sıfıra, üst seviye bire karşılık gelir. Bilgi geçişleri bit sınırlarında gerçekleşir.

Kodla veri aktarımının üç özel durumunu düşünün NRZ: dönüşümlü bir sıfırlar ve birler dizisi, bir dizi sıfır ve bir birler dizisi (bkz. Şekil 5.5, a).

Şekil: 5.5 NRZ kodu

Bu kodun listelenen gereksinimleri karşılayıp karşılamadığını belirlemeye çalışalım. Bunu yapmak için, kullanılan iletişim hattı için hangi NRZ kodunun gereksinimlere sahip olduğunu daha doğru bir şekilde belirlemek için sunulan durumların her birinde potansiyel kodlama sırasında temel spektrum harmoniğini belirlemek gerekir.

İlk durum - sonsuz bir alternatif ve sıfır dizisinden oluşan bilgi iletilir (bkz.Şekil 5.5, b).

Bu şekil, birleri ve sıfırları değiştirirken, bir saat döngüsünde iki bit 0 ve 1'in iletileceğini göstermektedir, Şekil 2'de gösterilen bir sinüzoid formuyla. 4.22, b'de N- bit hızı bu sinüzoidin periyodu T \u003d 2N... Bu durumda temel frekans şudur: f 0 \u003d N / 2.

Gördüğünüz gibi, bu kodun bu dizisiyle, veri aktarım hızı sinyal frekansının iki katıdır.

Sıfır ve bir dizilerini iletirken, ortaya çıkan sinyal sabit bir akımdır, sinyal değişiminin frekansı sıfırdır f 0 = 0 .

Gerçek bir sinyalin spektrumu, iletişim hattı üzerinden hangi verilerin iletildiğine bağlı olarak sürekli değişir ve sinyal spektrumunu daha düşük frekanslara kaydıran uzun sıfır veya bir dizilerinin iletimine karşı dikkatli olunmalıdır. Çünkü nRZ kodu, uzun sıfır veya bir dizileri iletirken sabit bir bileşene sahiptir.

Sinyal teorisinden, genişlik gereksinimlerine ek olarak, iletilen sinyalin spektrumu için çok önemli başka bir gereksinimi ortaya koydukları bilinmektedir - sabit bir bileşenin eksikliği(alıcı ve verici arasında sabit bir akımın varlığı), çünkü çeşitli transformatör ayırmailetişim hattında doğru akımı geçmez.

Bu nedenle, bilgilerin bir kısmı bu bağlantı ile göz ardı edilecektir. Bu nedenle, pratikte, daima kodlama aşamasında olan taşıyıcı sinyalin spektrumunda sabit bir bileşenin varlığından kurtulmaya çalışırlar.

Böylece, iyi bir dijital kod için başka bir gereklilik belirledik. dijital kodun sabit bir bileşeni olmamalıdır.

NRZ'nin bir başka dezavantajı ise - senkronizasyon eksikliği... Bu durumda, daha sonra konuşacağımız sadece ek senkronizasyon yöntemleri yardımcı olacaktır.

NRZ kodunun ana avantajlarından biri basitliktir. Kare dalga darbeleri oluşturmak için iki transistöre ihtiyaç vardır ve analog modülasyonu uygulamak için karmaşık mikro devreler gerekir. Bilgisayardaki verileri aktarmak için aynı yöntem kullanıldığından, potansiyel sinyalin kodlanması ve kodunun çözülmesi gerekmez.

Yukarıdakilerin bir sonucu olarak, diğer dijital kodlama yöntemlerini değerlendirirken bize yardımcı olacak birkaç sonuç çıkaracağız:

NRZ'nin uygulanması çok basittir, iyi bir hata tanıma özelliğine sahiptir (önemli ölçüde farklı iki potansiyel nedeniyle).

NRZ, sıfırların ve birlerin iletiminde bir DC bileşenine sahiptir, bu da trafo ile izole edilmiş hatlarda iletimi imkansız kılar.

NRZ, kendi kendini senkronize eden bir kod değildir ve bu, herhangi bir hatta iletimi zorlaştırır.

NRZ kodunun çekiciliği, onu iyileştirmenin mantıklı olduğu için, yukarıda gösterildiği gibi N / 2 Hz'ye eşit olan temel harmonik f®'nin oldukça düşük frekansında yatmaktadır. Yani kod NRZ0 ile N / 2 Hz arasındaki düşük frekanslarda çalışır.

Sonuç olarak, NRZ kodu ağlarda saf haliyle kullanılmaz. Bununla birlikte, hem NRZ kodunun kötü kendi kendine senkronizasyonunun hem de sabit bir bileşenin varlığının başarıyla ortadan kaldırıldığı çeşitli modifikasyonları kullanılır.

Aşağıdaki dijital kodlama teknikleri, NRZ kodunun kapasitesini bir şekilde iyileştirmek amacıyla geliştirilmiştir.

5. 2.2. Alternatif inversiyon AMI ile bipolar kodlama tekniği

Bipolar Alternatif Mark Ters Çevirme (AMI)nRZ yönteminin bir modifikasyonudur.

Bu yöntem üç potansiyel seviyesi kullanır - negatif, sıfır ve pozitif. Üç sinyal seviyesi, kodun bir dezavantajıdır, çünkü üç seviye arasında ayrım yapmak için, alıcıya girişte daha iyi bir sinyal-gürültü oranı gereklidir. Ek katman, iki seviyeli kodlara kıyasla çok durumlu kodların ortak bir dezavantajı olan hat üzerindeki bitlerin aynı güvenilirliğini sağlamak için verici gücünde yaklaşık 3 dB'lik bir artış gerektirir. AMI kodunda, mantıksal bir sıfırı kodlamak için bir sıfır potansiyel kullanılır, mantıksal olan bir pozitif potansiyel veya negatif tarafından kodlanırken, her yeni birimin potansiyeli bir öncekinin potansiyeline zıttır.

Şekil: 5.6 AMI kodu

Bu kodlama tekniği, sabit bileşenin sorunlarını ve uzun bir dizileri iletirken NRZ kodunda bulunan kendi kendine senkronizasyon eksikliğini kısmen ortadan kaldırır. Ancak, sıfır dizilerini iletirken sabit bir bileşen sorunu onun için kalır (bkz. Şekil 5.6).

Kodun özel durumlarını ele alalım ve her biri için ortaya çıkan sinyalin spektrumunun temel harmoniğini belirleyelim. Bir dizi sıfır ile - sinyal - doğru akım - fo \u003d 0 (Şekil 5.7, a)

Şekil: 5.7 AMI için Temel Spektrum Frekanslarının Belirlenmesi

Bu nedenle, AMI kodunun daha da iyileştirilmesi gerekiyor. Bir dizi iletirken, hattaki sinyal, NRZ koduyla aynı spektruma sahip, alternatif sıfırları ve birleri ileten, yani sabit bir bileşen olmadan ve temel bir harmonik fo \u003d N / 2 Hz ile iki kutuplu darbeler dizisidir.

Alternatif birleri ve sıfırları iletirken, temel harmonik fo \u003d N / 4 Hz'dir ve bu, NRZ kodundan iki kat daha azdır.

Genel olarak, hat üzerindeki farklı bit kombinasyonları için, AMI kodunun kullanımı, NRZ kodundan daha dar bir sinyal spektrumu ve dolayısıyla daha yüksek hat kapasitesi ile sonuçlanır. AMI kodu ayrıca hatalı sinyalleri tanımak için bazı yetenekler sağlar. Bu nedenle, sinyallerin kutuplarının katı bir şekilde değiştirilmesinin ihlali, yanlış bir nabız veya hattan doğru darbenin kaybolduğunu gösterir. Yanlış polariteye sahip bir sinyale yasaklanmış sinyal denir. (sinyal ihlali).

Aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:

AMI, bir diziyi iletirken dc bileşenini kaldırır;

AMI'nin dar bir spektrumu vardır - N / 4 - N / 2'den;

AMI, senkronizasyon sorunlarını kısmen ortadan kaldırır

AMI, hat üzerinde iki değil üç sinyal seviyesi kullanıyor ve bu onun dezavantajıdır, ancak aşağıdaki yöntemle ortadan kaldırılabilmiştir.

5. 2.3 NRZI biriminde ters çevirme ile potansiyel kod

Bu kod tamamen AMI koduna benzer, ancak yalnızca iki sinyal seviyesi kullanır. Sıfırı aktarırken, önceki döngüde ayarlanan potansiyeli aktarır (yani değiştirmez) ve birini aktarırken potansiyel tersine çevrilir.

Bu kodun adı birde ters çevirme ile potansiyel kod (Ters Çevrilmiş olanlarla Sıfıra Dönmez, NRZI).

Üçüncü sinyal seviyesinin kullanımının son derece istenmeyen olduğu durumlarda, örneğin, iki sinyal durumunun - açık ve koyu - sürekli olarak tanındığı optik kablolarda uygundur.

Şekil: 5.8 NRZI kodu

NRZI kodu, AMI kodundan elde edilen sinyalin şekli bakımından farklılık gösterir, ancak temel harmonikleri hesaplarsanız, her durum için, bunların aynı olduğu ortaya çıkar. Değişen birler ve sıfırlar dizisi için, sinyalin temel frekansı fo \u003d N / 4.(bkz. Şekil 5.9, a). Bir dizi ile - fo \u003d N / 2.Bir dizi sıfırla, aynı dezavantaj kalır fо \u003d 0- hattaki doğru akım.

Şekil: 5.9 NRZI için temel spektrum frekanslarının belirlenmesi

Sonuçlar aşağıdaki gibidir:

NRZI - AMI koduyla aynı yetenekleri sağlar, ancak bunun için yalnızca iki sinyal seviyesi kullanır ve bu nedenle daha fazla iyileştirme için daha kabul edilebilir. NRZI'nin dezavantajları, bir dizi sıfıra sahip DC bileşeni ve iletim sırasında senkronizasyon eksikliğidir. NRZI kodu, daha yüksek seviyelerde daha iyi kodlama tekniklerinin geliştirilmesinde merkezi hale geldi.

5. 2.4 MLT3 kodu

Üç seviyeli iletim kodu MLT-3 (Çok Seviyeli İletim - 3)nRZI kodu ile pek çok ortak noktası vardır. En önemli farkı üç sinyal seviyesidir.

Birim, bir sinyal seviyesinden diğerine geçişe karşılık gelir. Doğrusal bir sinyal seviyesindeki bir değişiklik, yalnızca girişte bir birlik alındığında meydana gelir, ancak, NRZI kodundan farklı olarak, oluşum algoritması, iki bitişik değişikliğin her zaman zıt yönlere sahip olacağı şekilde seçilir.

Şekil: 5.10 Potansiyel MLT-3 Kodu

Önceki tüm örneklerde olduğu gibi özel durumları ele alalım.

Sıfırları iletirken, sinyalin de sabit bir bileşeni vardır, sinyal değişmez - fо \u003d 0Hz. (Bkz. Şekil 5.10). Hepsi iletildiğinde, bilgi geçişleri bit sınırında sabitlenir ve bir sinyal döngüsü dört bit içerir. Bu durumda fo \u003d N / 4 Hz - maksimum kod frekansı MLT-3 tüm birimleri aktarırken (Şekil 5.11, a).

Şekil: 5.11 için spektrumun temel frekanslarının belirlenmesi MLT-3

Değişen bir sıra olması durumunda, kod MLT-3eşit bir maksimum frekansa sahiptir fo \u003d N / 8NRZI kodunun yarısı olan, bu nedenle bu kodun daha dar bir bant genişliği vardır.

Fark ettiğiniz gibi, MLT-3 kodunun eksikliği, NRZI kodu gibi, senkronizasyon eksikliğidir. Bu sorun, uzun sıfır dizilerini ve senkronizasyon engelleme olasılığını ortadan kaldıran ek veri dönüşümü ile çözülür. Genel sonuç şu şekilde yapılabilir - üç seviyeli kodlamanın kullanılması MLT-3hat sinyalinin saat frekansını azaltmanıza ve böylece aktarım oranını artırmanıza olanak tanır.

5. 2.5 Bipolar Darbe Kodu

Potansiyel kodlara ek olarak, darbe kodları, veriler tam bir darbe veya bir bölümü ile bir ön tarafından temsil edildiğinde de kullanılır.

Bu yaklaşımın en basit örneği bipolar nabız kodu, burada biri bir polaritede bir darbe ile temsil edilir ve sıfır diğeridir. Her dürtü yarım döngü sürer (Şekil 5.12). Bipolar Darbe Kodu, üç seviyeli bir koddur. Aynı özel durumlarda bipolar kodlama ile veri iletirken ortaya çıkan sinyalleri ele alalım.

Şekil: 5.12 Bipolar Darbe Kodu

Kodun özelliği, bir bitin merkezinde her zaman bir geçiş (pozitif veya negatif) olmasıdır. Bu nedenle, her bit etiketlenmiştir. Alıcı, sinyalin kendisinden bir darbe tekrarlama oranına sahip olan bir eşzamanlama darbesi (flaş) çıkarabilir. Alıcının verici ile senkronizasyonunu sağlayan her bit için bağlama gerçekleştirilir. Strobe taşıyan bu tür kodlara kendi kendini senkronize eden... Her durum için sinyal spektrumunu düşünün (Şekil 5.13). Tüm sıfırları veya birleri iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı fо \u003d N HzNRZ kodunun temel harmoniğinin iki katı ve AMI kodunun temel harmoniğinin dört katıdır. Alternatif birleri ve sıfırları iletirken - fo \u003d N / 2

Şekil: 5.13 Bipolar darbe kodu için spektrumun temel frekanslarının belirlenmesi.

Bu kod eksikliği, veri aktarım hızında bir artış sağlamaz ve darbe kodlarının potansiyel kodlardan daha yavaş olduğunu açıkça gösterir.

Örneğin, 10 Mbps'lik bir hat üzerinden veri iletmek için, 10 MHz'lik bir taşıyıcı frekansı gerekir. Değişen sıfırlar ve birler dizisi iletirken, kodun temel harmoniğinin frekansı fо \u003d N / 2 Hz olduğundan hız artar, ancak çok fazla değildir.

Bipolar darbe kodunun önceki kodlara göre büyük bir avantajı vardır - kendi kendine senkronizasyondur.

Bipolar darbe kodunun geniş bir sinyal spektrumu vardır ve bu nedenle daha yavaştır.

Bipolar nabız kodu üç seviye kullanır.

5. 2.6 Manchester kodu

Manchester kodugeliştirilmiş bir bipolar nabız kodu olarak geliştirilmiştir. Manchester kodu aynı zamanda kendi kendini senkronize eden kodlara da atıfta bulunur, ancak iki kutuplu koddan farklı olarak, üç değil, yalnızca daha iyi gürültü bağışıklığı sağlayan iki seviyeye sahiptir.

Manchester kodu, birleri ve sıfırları kodlamak için potansiyel düşüşü, yani darbe cephesini kullanır. Manchester kodlamasında, her çubuk iki bölüme ayrılmıştır. Bilgi, her döngünün ortasında meydana gelen potansiyel düşüşlerle kodlanır. Şu şekilde çalışır:

Biri, düşük sinyal seviyesinden yüksek sinyal seviyesine eğim ile kodlanır ve sıfır, ters eğim ile kodlanır. Her döngünün başlangıcında, arka arkaya birkaç tane sıfır veya sıfır göstermeniz gerekirse, bir ek yük sinyali oluşabilir.

Özel kodlama durumlarını göz önünde bulundurun (alternatif sıfır ve bir dizileri, bazıları sıfırlar, bazıları bir) ve ardından dizilerin her biri için temel harmonikleri belirleyeceğiz (bkz. Şekil 5.14). Her durumda, Manchester kodlamasında, her bitin merkezindeki sinyali değiştirmenin, senkronizasyon sinyalini izole etmeyi kolaylaştırdığını görebilirsiniz. Manchester kodunun iyi kendi kendini senkronize etme özelliklerine sahip olmasının nedeni budur.

Şekil: 5.14 Manchester kodu

Kendi kendine senkronizasyon, verici ve alıcının saat frekansındaki farklılıklar nedeniyle her zaman büyük bilgi paketlerini kayıpsız iletmeyi mümkün kılar.

Öyleyse, yalnızca birleri veya yalnızca sıfırları iletirken temel frekansı tanımlayalım.

Şekil: 5.15 Manchester kodu için spektrumun temel frekanslarının belirlenmesi.

Hem sıfırları hem de birleri iletirken görebileceğiniz gibi, sabit bir bileşen yoktur. Temel frekans fо \u003d N Hzbipolar kodlamada olduğu gibi. Bundan dolayı, iletişim hatlarındaki sinyallerin galvanik izolasyonu, örneğin darbe transformatörleri kullanılarak en basit yollarla gerçekleştirilebilir. Alternatif birleri ve sıfırları iletirken, temel harmoniğin frekansı şöyledir: fo \u003d N / 2Hz.

Bu nedenle, Manchester kodu, veri iletimi için yalnızca iki sinyal seviyesi kullanılarak geliştirilmiş bir çift kutuplu koddur ve iki kutupluda olduğu gibi üç değil. Ancak bu kod, iki kat daha hızlı olan NRZI'ye kıyasla hala yavaştır.

Bir örneğe bakalım. Veri iletimi için bant genişliğine sahip bir iletişim hattı alalım 100 MHzve hız 100 Mb / sn... Daha önce belirli bir frekansta baud hızını belirlerken, şimdi belirli bir hat hızında sinyalin frekansını belirlememiz gerekiyor. Buna dayanarak, NRZI koduyla veri iletmek için N / 4-N / 2 frekans aralığının yeterli olduğunu belirledik - bunlar 25-50 MHz frekansları, bu frekanslar hattımızın bant genişliğine dahil edildi - 100 MHz. Manchester kodu için, N / 2'den N'ye kadar bir frekans aralığına ihtiyacımız var - bunlar 50 ila 100 MHz arasındaki frekanslardır, bu aralıkta sinyal spektrumunun temel harmonikleridir. Manchester kodu için, hattımızın bant genişliğini karşılamıyor ve bu nedenle böyle bir sinyal, hattan büyük bozulmalarla iletilecektir (böyle bir kod bu satırda kullanılamaz).

5.2.7Diferansiyel Manchester kodu.

Diferansiyel Manchester Kodubir tür Manchester kodlamasıdır. Doğrusal sinyalin saat aralığının ortasını yalnızca senkronizasyon için kullanır ve her zaman sinyal seviyesini değiştirir. Mantık 0 ve 1, sırasıyla saat aralığının başlangıcında sinyal seviyesinde bir değişikliğin varlığı veya yokluğu ile iletilir (Şekil 5.16)

Şekil: 5.16 Diferansiyel Manchester Kodu

Bu kod, Manchester koduyla aynı avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Ancak pratikte kullanılan, diferansiyel Manchester kodudur.

Bu nedenle, Manchester kodu, kendi kendine senkronizasyonu ve sabit bir bileşenin olmaması nedeniyle yerel ağlarda çok aktif bir şekilde kullanılıyordu (yüksek hızlı hatlar yerel bir ağ için büyük bir lüks iken). Halen fiber optik ve elektriksel iletken ağlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, son zamanlarda, geliştiriciler potansiyel kodlamayı kullanmanın daha iyi olduğu sonucuna vardılar ve sözde araçları kullanarak eksikliklerini ortadan kaldırdılar. mantıksal kodlama.

5.2.8Potansiyel kod 2B1Q

Kod 2B1Q- verileri kodlamak için dört sinyal seviyeli potansiyel kod. Adı özünü yansıtır - her iki bitte bir (2B)dört durumlu bir sinyal tarafından bir döngüde iletilir (1Ç).

Birkaç bit 00 potansiyele karşılık gelir (-2,5V), birkaç bit 01 potansiyele karşılık gelir (-0.833 V), çift 11 - potansiyel (+0.833 V)ve bir çift 10 - potansiyel ( +2,5 V).

Şekil: 5.17 Potansiyel kod 2B1Q

Şekil 5.17'de görülebileceği gibi, bu kodlama yöntemi, sinyali bir DC bileşenine dönüştürdüğü için, aynı bit çiftlerinin uzun dizileriyle başa çıkmak için ek önlemler gerektirir. Bu nedenle, hem sıfırları hem de birleri iletirken fо \u003d 0Hz.Birler ve sıfırların değişmesiyle, sinyal spektrumu kodunkinden iki kat daha dardır NRZ, çünkü aynı bit hızında döngü süresi iki katına çıkar - fo \u003d N / 4 Hz.

Böylece, 2B1Q kodunu kullanarak, AMI veya NRZI kodunu kullanmaya göre aynı hat üzerinde iki kat daha hızlı veri iletebilirsiniz. Bununla birlikte, uygulanması için verici gücü daha yüksek olmalıdır, böylece dört potansiyel seviye (-2.5V, -0.833V, + 0.833V, + 2.5V) alıcı tarafından parazitin arka planına karşı açıkça ayırt edilebilir.

5. 2.9 PAM5 kodu

Yukarıda ele aldığımız tüm sinyal kodlama şemaları bitseldi. Bit kodlamada her bit, protokol mantığı tarafından belirlenen bir sinyal değerine karşılık gelir.

Bayt kodlamada, sinyal seviyesi iki veya daha fazla bit ile ayarlanır. Beş seviyeli kodda PAM 55 voltaj seviyesi (genlik) ve iki bitlik kodlama kullanılır. Her kombinasyonun kendi voltaj seviyesi vardır. İki bitlik kodlamayla, bilgi iletmek için dört seviye gerekir (ikiden ikinci güce - 00, 01, 10, 11 ). Aynı anda iki bit iletmek sinyal değişiminin frekansını yarıya indirecektir. Hata düzeltme kodunda fazlalık oluşturmak için beşinci seviye eklenmiştir. Bu, sinyal-gürültü oranı için ek boşluk sağlar.

Şekil: 5.18 PAM kodu 5

5. 3. Mantıksal kodlama

Mantıksal kodlama daha önce yapıldı fiziksel kodlama.

Mantıksal kodlama aşamasında artık dalga formu oluşturulmaz, ancak fiziksel dijital kodlama yöntemlerinin senkronizasyon eksikliği, sabit bir bileşenin varlığı gibi dezavantajları ortadan kaldırılır. Böylece, ilk önce mantıksal kodlama araçları yardımıyla, düzeltilmiş ikili veri dizileri oluşturulur, bunlar daha sonra fiziksel kodlama yöntemleri kullanılarak iletişim hatları üzerinden iletilir.

Mantıksal kodlama, orijinal bilginin bitlerinin, aynı bilgiyi taşıyan ama aynı zamanda ek özelliklere sahip olan yeni bir bit dizisi ile değiştirilmesini ifade eder, örneğin, alıcı tarafın alınan verilerdeki hataları tespit etme yeteneği. Orijinal bilginin her baytına bir eşlik biti eşlik etmek, modemler kullanılarak veri iletilirken çok sık kullanılan bir mantıksal kodlama yönteminin bir örneğidir.

İki mantıksal kodlama yöntemi vardır:

Gereksiz kodlar

Karışıyor.

5. 3.1 Yedekli kodlar

Gereksiz kodlarorijinal bit dizisinin genellikle semboller olarak adlandırılan parçalara bölünmesine dayanır. Daha sonra her bir orijinal karakter, orijinalinden daha fazla bit içeren yeni bir karakterle değiştirilir. Yedekli bir kodun açık bir örneği 4B / 5B mantık kodudur.

Mantık kodu 4V / 5V orijinal 4 bitlik karakterleri 5 bitlik karakterlerle değiştirir. Ortaya çıkan semboller artık bitler içerdiğinden, içlerindeki toplam bit kombinasyonu sayısı orijinal olanlardan daha büyüktür. Bu nedenle, beş bitlik bir şema, 00 ila 31 arasında ondalık bir değere sahip 32 (2 5) iki basamaklı alfasayısal karakter verir. Oysa, orijinal veriler yalnızca dört bit veya 16 (24) karakter içerebilir.

Bu nedenle, ortaya çıkan kodda, çok sayıda sıfır içermeyen bu tür 16 kombinasyon seçebilirsiniz ve geri kalanı kabul edilir. yasaklanmış kodlar (kod ihlali).Bu durumda, uzun sıfır dizileri kesintiye uğrar ve kod, iletilen herhangi bir veri için kendi kendine senkronize olur. Sabit bileşen de kaybolur, bu da sinyal spektrumunun daha da daraldığı anlamına gelir. Ancak bu yöntem, hattın kullanışlı bant genişliğini azaltır, çünkü fazlalık kullanıcı bilgisi birimleri taşımaz ve yalnızca "yayın süresini alır". Fazlalık kodlar, alıcının bozuk bitleri tanımasına izin verir. Alıcı yasaklanmış bir kod alırsa, bu, hatta sinyal bozulmasının meydana geldiği anlamına gelir.

Öyleyse işe bakalım mantık kodu 4V / 5V... Dönüştürülen sinyal, Bilgi aktarımı için 16 değer ve 16 yedek değer. Alıcı kod çözücüde, bilgi ve hizmet sinyalleri olarak beş bitin kodu çözülür.

Servis sinyalleri için dokuz karakter ayrılmıştır, yedi karakter hariçtir.

Üçten fazla sıfır içeren kombinasyonlar hariçtir (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000 ) ... Bu tür sinyaller, sembol tarafından yorumlanır Vve alıcı ekip İHLAL- başarısızlık. Komut, yüksek parazit veya verici arızasından kaynaklanan bir hata olduğu anlamına gelir. Beş sıfırın tek kombinasyonu (00 - 00000 ) servis sinyallerini ifade eder, sembol anlamına gelir Qve statüye sahip SESSİZ- hatta sinyal yok.

Bu tür veri kodlaması iki sorunu çözer - senkronizasyon ve gürültü bağışıklığının iyileştirilmesi. Senkronizasyon, üçten fazla sıfırdan oluşan bir dizinin ortadan kaldırılması nedeniyle oluşur ve veri alıcısı tarafından beş bitlik bir aralıkta yüksek gürültü bağışıklığı sağlanır.

Bu veri kodlama yöntemi ile bu avantajların bedeli, yararlı bilgilerin aktarım hızında bir düşüştür. Örneğin, dört bilgi bitine bir yedek bit eklemenin bir sonucu olarak, kodlu protokollerdeki bant genişliği verimliliği MLT-3ve veri kodlama 4B / 5Bbuna göre% 25 oranında azalır.

Kodlama şeması 4V / 5Vtabloda sunulmuştur.

Yani bu tabloya göre kod oluşturulmuştur 4V / 5V, daha sonra, yalnızca uzun sıfır dizilerine duyarlı olan potansiyel kodlama yöntemlerinden biri kullanılarak fiziksel kodlama kullanılarak hat üzerinden iletilir - örneğin, dijital NRZI kodu kullanılarak.

5 bitlik 4B / 5B kod sembolleri, herhangi bir kombinasyondaki bir satırda bir satırda üçten fazla sıfır bulunmamasını sağlar.

Mektup ATkod adına, temel sinyalin 2 duruma sahip olduğu anlamına gelir - İngilizce'den ikili- ikili. Örneğin kodda üç sinyal durumuna sahip kodlar da vardır. 8V / 6T8 bitlik başlangıç \u200b\u200bbilgisini kodlamak için, her biri üç duruma sahip olan 6 sinyalden oluşan bir kod kullanılır. Yedeklilik kodu 8V / 6Tkoda'dan daha yüksek 4V / 5V256 kaynak kodu için 3 6 \u003d 729 sonuç sembolü olduğundan.

Dediğimiz gibi, mantıksal kodlama fizikselden önce gerçekleşir, bu nedenle, ağın bağlantı katmanının ekipmanı tarafından gerçekleştirilir: ağ bağdaştırıcıları ve anahtarların ve yönlendiricilerin arayüz blokları. Kendiniz de görebileceğiniz gibi, bir arama tablosu kullanmak çok basit bir işlem olduğundan, mantıksal artıklık kodlama yöntemi bu ekipmanın işlevsel gereksinimlerini karmaşıklaştırmaz.

Tek gereksinim, yedek kodu kullanan vericinin, belirtilen hat bant genişliğini sağlamak için artırılmış bir saat frekansında çalışması gerektiğidir. Yani, kodları aktarmak için 4V / 5Vhızlı 100 Mb / snverici saatli olmalıdır 125 MHz. Bu durumda, hat üzerindeki sinyalin spektrumu, hat boyunca temiz, gereksiz olmayan bir kodun iletildiği duruma kıyasla genişler. Bununla birlikte, fazlalık potansiyel kodunun spektrumunun, mantıksal kodlamanın ek adımının yanı sıra alıcının ve vericinin artan bir saat frekansında çalışmasını haklı çıkaran Manchester kodunun spektrumundan daha dar olduğu ortaya çıkmaktadır.

Böylece şu sonuç çıkarılabilir:

Temel olarak, yerel ağlar için daha kolay, daha güvenilir, daha kaliteli ve daha hızlıdır - uzun sıfır dizilerini ortadan kaldıracak ve sinyal senkronizasyonunu sağlayacak gereksiz kodlar kullanarak mantıksal veri kodlaması kullanmak, ardından fiziksel düzeyde iletim için hızlı bir dijital kod kullanmak NRZI, Ön mantıksal kodlama olmadan yavaş ancak kendi kendini senkronize eden bir veri aktarımı kullanmak yerine manchester kodu.

Örneğin, bant genişliği 100M bit / s ve bant genişliği 100 MHz olan bir hat üzerinden veri iletimi için, NRZI kodu 25-50 MHz frekanslar gerektirir, bu 4V / 5V kodlaması yoktur. Ve için başvurulursa NRZIayrıca 4V / 5V kodlama, şimdi frekans bandı 31.25'ten 62.5 MHz'e genişleyecektir. Ancak yine de, bu aralık hat bant genişliğine "tutunur". Ve herhangi bir ek kodlama içermeyen Manchester kodu için 50 ila 100 MHz arasındaki frekanslar gereklidir ve bunlar ana sinyalin frekanslarıdır, ancak artık 100 MHz hattından geçmeyeceklerdir.

5. 3.2 Şifreleme

Başka bir mantıksal kodlama yöntemi, satır üzerinde birlerin ve sıfırların oluşma olasılığının yakınlaşması için ilk bilginin ön "karıştırılmasına" dayanır.

Böyle bir işlemi gerçekleştiren cihazlar veya bloklar, karıştırıcılar (karıştırma - boşaltma, dağınık montaj).

Ne zaman karıştırmaveriler belirli bir algoritmaya göre karıştırılır ve ikili verileri alan alıcı, bunu çözücüorijinal bit dizisini geri yükler.

Hat üzerinden aşırı bit aktarılmaz.

Karıştırmanın özü, basitçe, sistemden geçen veri akışının bit bazında değişmesidir. Karıştırıcılarda kullanılan neredeyse tek işlem ÖZELVEYA - "bit düzeyinde özel VEYA"veya ayrıca derler ki - modül 2... Özel OR ile iki tane eklerken, en önemlisi atılır ve sonuç yazılır - 0.

Karıştırma yöntemi çok basittir. Önce, bir sinyal gizleyici bulurlar. Başka bir deyişle, "özel OR" kullanarak orijinal dizideki bitleri hangi oranda karıştıracaklarını bulurlar. Daha sonra, bu orana göre, belirli basamakların değerleri mevcut bit dizisinden seçilir ve ÖZELVEYAonların arasında. Bu durumda, tüm basamaklar 1 bit kaydırılır ve yeni alınan değer ("0" veya "1") boşaltılan en önemsiz bite yerleştirilir. Kaymadan önce en önemli bitte bulunan değer kodlama dizisine eklenerek bir sonraki biti haline gelir. Daha sonra, bu dizi, fiziksel kodlama yöntemleri kullanılarak alıcı düğüme iletildiği hatta bu dizinin ters orana dayalı olarak karışıklığının çözüldüğü satıra verilir.

Örneğin, bir karıştırıcı aşağıdaki ilişkiyi uygulayabilir:

nerede Bi- karıştırıcı işleminin i'inci döngüsünde elde edilen sonuç kodunun ikili rakamı, Ai- sinyal karıştırıcının girişinde i-inci döngüye gelen kaynak kodun ikili rakamı, B i-3 ve B i-5 - karıştırıcının önceki saat döngülerinde elde edilen sonuç kodunun ikili rakamları, sırasıyla mevcut saat döngüsünden 3 ve 5 saat döngüsü önce,  - özel OR işlemi (ekleme modülü 2).

Şimdi kodlanmış sırayı tanımlayalım, örneğin böyle bir orijinal dizi için 110110000001 .

Yukarıda tanımlanan karıştırıcı, aşağıdaki sonuç kodunu verecektir:

B 1 \u003d A 1 \u003d 1 (ortaya çıkan kodun ilk üç basamağı, henüz gerekli önceki basamaklar olmadığından orijinal olanla aynı olacaktır)

Böylece, sinyal karıştırıcının çıkışında görünecektir. 110001101111 ... Kaynak kodunda altı sıfır dizisinin bulunmadığı.

Elde edilen diziyi aldıktan sonra, alıcı bunu, ters ilişkiye dayalı olarak orijinal diziyi geri yükleyen kod çözücüye iletir.

Çeşitli başka karıştırma algoritmaları vardır, bunlar, ortaya çıkan kodun rakamını veren terim sayısı ve terimler arasındaki kayma bakımından farklılık gösterir.

Temel kodlama problemi karıştırıcılar - verici (kodlama) ve alma (kod çözme) cihazlarının senkronizasyonu... Bir bit bile eksik veya hatalı olarak girilmişse, iletilen tüm bilgiler geri döndürülemez şekilde kaybolur. Bu nedenle, karıştırıcı tabanlı kodlama sistemlerinde senkronizasyon yöntemlerine çok dikkat edilir. .

Uygulamada, genellikle bu amaçlar için iki yöntemin bir kombinasyonu kullanılır:

a) alıcı tarafın önceden bildiği, böyle bir bit bulamazsa gönderici ile senkronizasyon aramaya aktif olarak başlamasına izin veren bilgi akışına senkronizasyon bitlerinin eklenmesi,

b) alınan bilgi bitlerinin senkronizasyon kaybı anlarında senkronizasyon olmadan "hafızadan" kodunun çözülmesine izin veren yüksek hassasiyetli zaman puls üreteçlerinin kullanılması.

Aynı zamanda, karıştırma sınıfına da atıfta bulunulan, bir dizileriyle başa çıkmanın daha basit yöntemleri vardır.

Kodu geliştirmek için Bipolar AMIyasak karakterlerle sıfır dizisinin yapay olarak çarpıtılmasına dayanan iki yöntem kullanılır.

Şekil: 5.19 Kodlar B8ZS ve HDB3

Bu şekil, yöntemin kullanımını göstermektedir B8ZS (8 Sıfır İkameli Bipolar)ve yöntem HDB3 (Yüksek Yoğunluklu Bipolar 3 Sıfır)aMI kodunu düzeltmek için. Kaynak kodu iki uzun sıfır dizisinden oluşur (ilk durumda 8 ve ikinci durumda 5).

Kodu B8ZSyalnızca 8 sıfır dizisini düzeltir. Bunu yapmak için, kalan beş sıfır yerine ilk üç sıfırdan sonra beş rakam ekler: V-1 * -0-V-1 *.Vburada, belirli bir polarite döngüsü için yasaklanmış bir birimin bir sinyalini, yani, önceki birimin polaritesini değiştirmeyen bir sinyali belirtir, 1 * - doğru kutuplardan birini işaret edin ve yıldız işareti, bu döngüdeki kaynak kodda bir değil, sıfır olduğu gerçeğini gösterir. Sonuç olarak, alıcı 8 saat döngüsünde 2 distorsiyon gözlemler - bunun hat gürültüsü veya diğer iletim hatalarından kaynaklanma ihtimali çok düşüktür. Bu nedenle, alıcı bu tür ihlalleri ardışık 8 sıfırın kodlanması olarak görür ve aldıktan sonra bunları orijinal 8 sıfırla değiştirir.

B8ZS kodu, herhangi bir ikili rakam dizisi için sabit bileşeni sıfır olacak şekilde oluşturulmuştur.

HDB3 koduorijinal sıradaki herhangi bir 4 ardışık sıfırı düzeltir. HDB3 kodunu oluşturma kuralları, B8ZS kodundan daha karmaşıktır. Her dört sıfır, bir V içeren dört sinyal ile değiştirilir. DC bileşenini bastırmak için, sinyalin polaritesi Vbirbirini izleyen değiştirmelerle değişir.

Ek olarak, değiştirme için dört barkodlu iki örnek kullanılır. Değiştirmeden önce kaynak kodu tek sayıda bir içeriyorsa, o zaman sıra kullanılır 000Vve birlerin sayısı çift ise, sıra 1 * 00V.

Dolayısıyla, potansiyel kodlamayla birlikte mantıksal kodlamanın kullanılması aşağıdaki avantajları sağlar:

Geliştirilmiş aday kodlar, iletilen verilerde meydana gelen herhangi bir ve sıfır dizileri için yeterince dar bir bant genişliğine sahiptir. Sonuç olarak, mantıksal kodlamayla potansiyelden türetilen kodlar, artırılmış saat frekansında bile Manchester'dan daha dar bir spektruma sahiptir.