Interfész technika - Vonali kódolási eljárások

A vonali kódolási eljárásokkal szemben a következő alapvető követelményeket támasztják:

• A vonali szimbólumsorozat (jel) egyértelműen dekódolható legyen
• A vonali szimbólumsorozatból az időzítő információ kinyerhető legyen
• A vonali szimbólumsorozatnak ne legyen egyenáramú komponense.
• A vonali átvitel forrás szimbólumsorozat (bitsorozat) független (transzparens) legyen.
• A vonali jel spektrumában a kisfrekvenciás összetevők kis amplitúdójúak legyenek.
• A vonali jel rendelkezzen elegendő redundanciával az átvitel során fellépő hibák felderítéséhez.

Sebesség definíciók a digitális jelátvitelben:

• bitsebesség: az időegység alatt továbbított információ mennyisége [bit/s]
• jelzési sebesség: az időegység alatt továbbított vonali szimbólumok száma [Baud]

Ritka az az eset, amikor a két érték megegyezik. Például a 2B1Q kódolásnál a jelzési sebesség fele a bitsebességnek, míg a Manchester kódolás esetén a jelzési sebesség a duplája a bitsebességnek.

A bináris szimbólumok jelölése (az ITU-T V.2 ajánlása alapján):

• forrás szimbólum: 0,1
• vonali szimbólum: "space", "mark"

Vonali kódolt jelsorozatokat mutat be a következő ábra:

Vonali kód osztályok:

• Bináris kódok
• Pszeudoternáris (kváziternáris) kódok
• Nullsorozat helyettesítéses kódolások
• Blokk kódok
• Átmenetkódolás

Részletezve:

• Bináris kódok

  NRZ és RZ kódolás esetén a bináris információt egyenáramú impulzusok hordozzák. A kétféle kódolás egyben a vonali kódok egyfajta osztályozását is jelenti: (NRZ - No Return to Zero, NRZI - No Return to Zero Invert) nullára vissza nem térő kódolás esetén a vonali jel teljesen kitölti az elemi jel időt, (RZ) esetén csak részben. A vonali jelnek van egyenkomponense, és hosszú 0 sorozat esetén az időzítő információ nem nyerhető ki a jelből.

• Pszeudoternáris (kváziternáris) kódok

  A bináris jelsorozatból származtatott háromszintű jelsorozatok a redundancia növelésére.

  • Az AMI (Alternate Mark Inversion) kód a legegyszerűbb pszeudoternáris kód. A kódolási szabály:

    bináris forrás	AMI kód	Megjegyzés
    0	0
    1	+1,-1	szabályosan váltakozva (bipoláris szabály)

    Az így kódolt jelnek nincs egyenkomponense, a jelből az időzítő információ kinyerhető. A jel 58% redundanciát tartalmaz a hibajelzés a bipoláris szabálysértések figyelésével megoldható. Hátránya: a jelben lehetnek hosszú 0 sorozatok amelyek eredményeképpen a vevő elvesztheti az időzítő információt. E fogyatékosság megszüntetésére vagy nullsorozat helyettesítő kódolást, vagy scramblerezést alkalmaznak.

  • Digitális szűrővel előállított pszeudoternáris jelek:
    • bipoláris jel: y(t) = x(t) - x(t-T)

      A kódolás során a forrás jelsorozat és annak egy bittel korábbi értéke különbségét képezzük. A kódoló nem más mint egy elsőfokú digitális felüláteresztő szűrő. Ebből következően a kódolt jelsorozatnak nem lesz egyenkomponense, és a spektruma sem tartalmaz kisfrekvenciás összetevőket.

    • duobináris jel: y(t) = x(t) + x(t-T) A kódolás során a forrás jelsorozat és annak egy bittel korábbi értéke összegét képezzük. A kódoló nem más mint egy elsőfokú digitális aluláteresztő szűrő. Ebből következően a kódolt jelsorozatnak megmarad egyenkomponense, de a spektruma nem tartalmaz nagyfrekvenciás összetevőket (sávszűkítő kódolás).

  • Az MLT-3 (Multi Level Transmit) kódolás

    A kódolási szabály:

    A kódoló egy négy állapotú ciklikus működésű automata. Az automata állapotaihoz rendre a vonali jel következő értékeit rendeljük: -1,0,1,0. Az automata 1-es továbbításakor a következő állapotba lép, 0 továbbításakor állapota nem változik.
    A kódolás sávszűkítő, az "alapfrekvencia" a bitidő negyede lesz.
    Alkalmazás: 100BASE-TX (Ethernet)

• Nullsorozat helyettesítéses kódolások

  A kódolás során minden előre meghatározott hosszúságu nulla sorozatot egy azonos hosszúságú kódszóval helyettesítünk, amelyben zérustól eltérő elem is van.

  • HDB3 /High-Density-Bipolar (third-order)/ kód. A kódot az ITU-T G.703 ajánlja 2048 kbit/s interfészekre. A kód az AMI kód továbbfejlesztett változata. A kódolás során négy közvetlenül egymást követő bináris 0 jelet a következő sorozattal helyettesítünk:
    B00V

    ahol:

    • B - a bipoláris szabályt megtartó
    • V - a bipoláris szabályt sértő impulzus

    

  • BnZS /Bipolar with n Zeros Substitution/ A kódolás során a bináris forrásban minden n elemből álló zérus bitsorozatot helyettesítünk a következő kódszavakkal:
    • B2ZS 0V vagy BV
    • B3ZS 00V vagy B0V
    • B4ZS BVBV
    • B6ZS 0VB0VB
    • B8ZS 000VB0VB /1,5 Mbit/s (amerikai) PCM/

• Blokk kódok

  A kódolás során az átvinni kívánt forrás bináris impulzussorozatot N elemből álló blokkokra bontjuk, és minden blokknak egy n elemből álló bináris vagy többszintű vonali jel blokkot feleltetünk meg. A gyakorlatban előforduló esetek:

  • 4B3T A kódolás során 4 bináris elemnek 3 elemből álló ternáris blokkot feleltetünk meg. A kódolt jelnek nincs egyenkomponense, a kódolással sávszélességet takaríthatunk meg. Alkalmazás: ISDN BRI (160 kbit/s -> 120 kBaud)
    Egy lehetséges kódolási táblázat:

    N	n	DC offset
    0000	0-+	0
    0001	-+0	0
    0010	-0+	0
    0011	0+-	0
    0100	+-0	0
    0101	+0-	0
    0110	+-+	1
    0111	0++	2
    1000	0+0	1
    1001	00+	1
    1010	-++	1
    1011	+00	1
    1100	+0+	2
    1101	++0	2
    1110	++-	1
    1111	+++	3

    A kódoló valójában két kódolási táblázattal dolgozik, a második az első -1 szerese. Az aktuális táblát a DC offset értéke határozza meg.

  • MMS 43

    A 4B3T hez hasonló kód.

  • 4B5B A kódolás során 4 bináris elemnek 5 elemből álló bináris blokkot feleltetünk meg. A kódolt jelnek nincs egyenkomponense, viszont a sávszélessége megnő. Alkalmazás: 100BASE-TX (Ethernet) (100 Mbit/s -> 125 MBaud)
    25.6M ATM (25.6 Mbit/s -> 32 MBaud)
    Egy lehetséges kódolási táblázat:
    • 0000 11110
    • 0001 01001
    • 0010 10100
    • 0011 10101
    • 0100 01010
    • 0101 01011
    • 0110 01110
    • 0111 01111
    • 1000 10010
    • 1001 10011
    • 1010 10110
    • 1011 10111
    • 1100 11010
    • 1101 11011
    • 1110 11100
    • 1111 11101
    • ESC 00010 (ATM cell delineation, scrambler reset)

  • 2B1Q A kódolás során 2 bináris elemnek 1 elemből álló négyszintű jelet feleltetünk meg. Alkalmazás: ISDN U interfész (T-COM) (160 kbit/s -> 80 kBaud), HDSL)
    Egy lehetséges kódolási táblázat:
    • 10 +3
    • 11 +1
    • 01 -1
    • 00 -3

    Ezzel a kódolással jelentős sávszélesség megtakarítás érhető el. pl. a kétfázisú (Manchester) kódoláshoz képest:

    

• Átmenetkódolás

  Redundanciát úgy is beépíthetünk a vonali jelbe, hogy a továbbítandó információ sebességénél nagyobb vonali jelsebességet alkalmazunk. A következőkben bemutatott kódok ezen az elven alapulnak:

  • CMI /Coded Mark Inversion/ A CMI kódban a bináris értéket szabályosan alternáló + és - impulzusok, a 0 bináris értéket pedig a jellemző időtartam első felében - míg a második felében + amplitúdójú impulzusok hordozzák/ (A kódot és inverzét a G.703 ajánlás specifikálja)
  • Manchester II.
    A kódolás során a bináris "1" értéknek a +A -A amplitúdópár (a bitidő első felében +A, második felében -A) felel meg, a bináris "0"-nak pedig a -A +A amplitúdópárat feleltetjük meg.
  • Fenti kódok ragozott változatai:
    • Inverz manchester II
    • Differenciális manchester
    • Aránykód
    • Bifázisú-M
      Lépések:
      
      • forrás NRZ scramblerezése
      • differenciális kódolás:(előző kódolt érték)xor(aktuális érték)
      • átmenet kódolás: A kódolás során a bináris "0" értéknek a +A -A amplitúdópár (a bitidő első felében +A, második felében -A) felel meg, a bináris "1"-nek pedig a -A +A amplitúdópárat feleltetjük meg.
    • Bifázisú-S
  Irodalom:
  • -Sebestyén Béla: Helyi számítógéphálózatok. 74-79. old.
  • -Berkes,Gonda,Szabó,Verebélyi: Adatátvitel számítógép- felhasználóknak 190-193.old.
  • -Lajkó,Lajtha: PCM a távközlésben. 352-366. oldal.