Linjekode - Line code
I telekommunikasjons , en linjekode er et mønster av spenning, strøm, eller fotoner som brukes til å representere digitale data som sendes ned en overføringslinje . Dette repertoaret av signaler kalles vanligvis en begrenset kode i datalagringssystemer. Noen signaler er mer utsatt for feil enn andre når de formidles over en kommunikasjonskanal ettersom fysikken til kommunikasjons- eller lagringsmediet begrenser repertoaret av signaler som kan brukes pålitelig.
Vanlige linjekodinger er unipolar , polar , bipolar og Manchester -kode .
Overføring og lagring
Etter linjekoding blir signalet sendt gjennom en fysisk kommunikasjonskanal, enten et overføringsmedium eller datalagringsmedium . De vanligste fysiske kanalene er:
- det linjekodede signalet kan direkte settes på en overføringslinje , i form av variasjoner i spenningen eller strømmen (ofte ved bruk av differensialsignalering ).
- linjen kodede signal (det basisbånd- signal ) gjennomgår ytterligere pulsforming (for å redusere dens frekvensbåndbredde), og deretter blir modulert (for å skifte sin frekvens) for å skape et RF-signal som kan sendes gjennom fritt rom.
- det linjekodede signalet kan brukes til å slå på og av en lyskilde i ledig optisk kommunikasjon , oftest brukt i en infrarød fjernkontroll .
- det linjekodede signalet kan skrives ut på papir for å lage en strekkode .
- det linjekodede signalet kan konverteres til magnetiserte flekker på en harddisk eller båndstasjon .
- det linjekodede signalet kan konverteres til groper på en optisk plate .
Noen av de mer vanlige binære linjekodene inkluderer:
| Signal | Kommentarer | 1 stat | 0 tilstand |
|---|---|---|---|
| NRZ – L | Non-return-to-zero- nivå. Dette er standard positivt logisk signalformat som brukes i digitale kretser. | tvinger et høyt nivå | tvinger et lavt nivå |
| NRZ – M | Ikke-retur-til-null-merke | tvinger til en overgang | gjør ingenting (fortsetter å sende forrige nivå) |
| NRZ – S | Mellomrom som ikke går tilbake til null | gjør ingenting (fortsetter å sende forrige nivå) | tvinger til en overgang |
| RZ | Gå tilbake til null | går høyt i halve bitperioden og går tilbake til lav | holder seg lav i hele perioden |
| Bifase – L | Manchester. To påfølgende biter av samme type tvinger til en overgang i begynnelsen av en bitperiode. | tvinger til en negativ overgang i midten av boret | tvinger til en positiv overgang i midten av boret |
| Bifase – M | Variant av differensial Manchester. Det er alltid en overgang halvveis mellom de betingede overgangene. | tvinger til en overgang | holder nivået konstant |
| Bifase – S | Differensial Manchester brukt i Token Ring. Det er alltid en overgang halvveis mellom de betingede overgangene. | holder nivået konstant | tvinger til en overgang |
| Differensial Manchester (alternativ) | Trenger en klokke, alltid en overgang midt i klokkeperioden | er representert med ingen overgang. | er representert ved en overgang i begynnelsen av klokkeperioden. |
| Bipolar | De positive og negative pulser veksler. | tvinger en positiv eller negativ puls i halve bitperioden | holder et nullnivå i løpet av bitperioden |
Hver linjekode har fordeler og ulemper. Linjekoder velges for å oppfylle ett eller flere av følgende kriterier:
- Minimer overføringsmaskinvare
- Forenkle synkronisering
- Lett å oppdage og korrigere feil
- Oppnå en målspektral tetthet
- Eliminer en DC -komponent
Misforhold
De fleste langdistanse kommunikasjonskanaler kan ikke på en pålitelig måte transportere en likestrømskomponent . DC -komponenten kalles også forskjellen , forspenningen eller DC -koeffisienten . Forskjellen i et bitmønster er forskjellen i antall én bit mot antall null bits. Den løpende forskjellen er den løpende totalen av forskjellene i alle tidligere sendte biter. Den enkleste mulige linjekoden , unipolar , gir for mange feil på slike systemer, fordi den har en ubegrenset DC -komponent.
De fleste linjekoder eliminerer DC-komponenten-slike koder kalles DC-balansert , null-DC eller DC-fri. Det er tre måter å eliminere DC -komponenten:
- Bruk en kode med konstant vekt . Hvert overførte kodeord i en kode med konstant vekt er utformet slik at hvert kodeord som inneholder noen positive eller negative nivåer også inneholder nok av de motsatte nivåene, slik at gjennomsnittsnivået over hvert kodeord er null. Eksempler på koder med konstant vekt inkluderer Manchester-kode og Interleaved 2 av 5 .
- Bruk en paret ulikhetskode . Hvert kodeord i en sammenkoblet forskjellskode som gjennomsnitt til et negativt nivå, er parret med et annet kodeord som gjennomsnitt til et positivt nivå. Senderen holder styr på den løpende DC -oppbyggingen, og plukker kodeordet som skyver likestrømsnivået tilbake mot null. Mottakeren er utformet slik at begge kodeordene i paret dekoder til de samme databitsene. Eksempler på parede forskjellskoder inkluderer alternativ merkeinversjon , 8B10B og 4B3T .
- Bruk en scrambler . For eksempel, scrambleren som er spesifisert i RFC 2615 for 64b/66b -koding .
Polaritet
Bipolare linjekoder har to polariteter, er vanligvis implementert som RZ, og har en radix på tre siden det er tre forskjellige utgangsnivåer (negative, positive og null). En av de viktigste fordelene med denne typen kode er at den kan eliminere enhver DC -komponent. Dette er viktig hvis signalet må passere gjennom en transformator eller en lang overføringslinje.
Dessverre har flere langdistansekommunikasjonskanaler polaritet uklarhet. Polaritetsfølsomme linjekoder kompenserer i disse kanalene. Det er tre måter å gi entydig mottak av 0 og 1 bits over slike kanaler:
- Koble hvert kodeord med polariteten-invers av det kodeordet. Mottakeren er utformet slik at begge kodeordene i paret dekoder til de samme databiter. Eksempler inkluderer alternativ merkeinversjon , differensiell Manchester -koding , kodet merkeinversjon og Miller -koding .
- differensialkoding av hvert symbol i forhold til det forrige symbolet. Eksempler inkluderer MLT-3-koding og NRZI .
- Inverter hele strømmen når inverterte synkord oppdages
Kjørelengde begrensede koder
For pålitelig klokkegjenoppretting ved mottakeren, kan en kjørelengdebegrensning pålegges den genererte kanalsekvensen, dvs. at det maksimale antallet påfølgende eller nuller er begrenset til et rimelig antall. En klokkeperiode gjenopprettes ved å observere overganger i den mottatte sekvensen, slik at en maksimal kjørelengde garanterer tilstrekkelige overganger for å sikre klokkegjenopprettingskvaliteten.
RLL -koder er definert av fire hovedparametere: m , n , d , k . De to første, m / n , refererer til hastigheten på koden, mens de resterende to angir det minimale d og maksimale k -tallet av nuller mellom påfølgende. Dette brukes i både telekommunikasjons- og lagringssystemer som flytter et medium forbi et fast opptakshode .
Spesielt begrenser RLL lengden på strekninger (kjøringer) av gjentatte biter der signalet ikke endres. Hvis løpene er for lange, er klokkegjenoppretting vanskelig; hvis de er for korte, kan de høye frekvensene dempes av kommunikasjonskanalen. Ved modulering av data , reduserer RLL tidsstyreusikkerheten ved dekoding av de lagrede data, noe som ville føre til den feilaktige mulig innsetting eller fjerning av biter under lesing av data tilbake. Denne mekanismen sikrer at grensene mellom biter alltid kan bli funnet nøyaktig (forhindrer bitglidning ), mens du effektivt bruker mediet til å lagre maksimal datamengde på en gitt plass på en pålitelig måte.
Tidlige diskstasjoner brukte veldig enkle kodingsordninger, for eksempel RLL (0,1) FM-kode, etterfulgt av RLL (1,3) MFM-kode som ble mye brukt i harddiskstasjoner fram til midten av 1980-tallet og fremdeles brukes i digital optisk plater som CD , DVD , MD , Hi-MD og Blu-ray ved hjelp av EFM og EFMPLus koder. Høyere tetthet RLL (2,7) og RLL (1,7) koder ble de facto standarder for harddisker på begynnelsen av 1990 -tallet.
Synkronisering
Linjekoding skal gjøre det mulig for mottakeren å synkronisere seg med fasen av det mottatte signalet. Hvis klokkegjenoppretting ikke er ideell, vil ikke signalet som skal dekodes bli samplet på de optimale tidspunktene. Dette vil øke sannsynligheten for feil i mottatte data.
Bifaselinjekoder krever minst en overgang per bit tid. Dette gjør det lettere å synkronisere transceiverne og oppdage feil, men overføringshastigheten er større enn NRZ -kodene.
Andre hensyn
En linjekode vil typisk gjenspeile tekniske krav til overføringsmediet, for eksempel optisk fiber eller skjermet vridd par . Disse kravene er unike for hvert medium, fordi hver enkelt har forskjellig oppførsel relatert til interferens, forvrengning, kapasitans og demping.
Vanlige linjekoder
- 2B1Q
- 4B3T
- 4B5B
- 6b/8b koding
- 8b/10b koding
- 64b/66b -koding
- 128b/130b koding
- Alternativ merkeinversjon (AMI)
- Coded mark inversion (CMI)
- EFMPlus , brukt på DVDer
- Åtte-til-fjorten modulasjon (EFM), brukt i CD-plater
- Hamming -kode
- Hybrid ternær kode
- Manchester -kode og differensial Manchester
- Merk og mellomrom
- MLT-3-koding
- Endrede AMI -koder : B8ZS, B6ZS, B3ZS, HDB3
- Modifisert frekvensmodulering , Miller -koding og forsinkelseskoding
- Non-return-to-zero (NRZ)
- Ikke-retur-til-null, invertert (NRZI)
- Puls-posisjon modulasjon
- Retur til null (RZ)
- TC-PAM
Optiske linjekoder
- Alternativ fase tilbake til null (APRZ)
- Transportør-undertrykt retur til null (CSRZ)
- Tre av seks, fiberoptisk (TS-FO)
Se også
- Fysisk lag
- Selvsynkroniserende kode og bitsynkronisering
Referanser
Denne artikkelen inneholder materiale fra offentlig eiendom fra General Services Administration -dokumentet: "Federal Standard 1037C" .(til støtte for MIL-STD-188 )