Kdovanie signlu Vyjadrenie bitovho dtovho toku bitstream prostrednctvom

  • Slides: 32
Download presentation
Kódovanie signálu Vyjadrenie bitového dátového toku (bitstream) prostredníctvom signálu 1

Kódovanie signálu Vyjadrenie bitového dátového toku (bitstream) prostredníctvom signálu 1

Kódovanie signálu l l l 2 Kódovaním rozumieme vyjadrenie určitej informácie pomocou zmeny hodnoty

Kódovanie signálu l l l 2 Kódovaním rozumieme vyjadrenie určitej informácie pomocou zmeny hodnoty určitej fyzikálnej veličiny za účelom prenosu alebo uloženia informácie V oblasti výpočtovej techniky býva informácia vyjadrená pomocou číselného kódu najčastejšie sa stretneme s vyjadrením informácie v binárnej alebo hexadecimálnej sústave

Kódovanie signálu l l 3 v binárnej sústave je základnou jednotkou bit, ktorý môže

Kódovanie signálu l l 3 v binárnej sústave je základnou jednotkou bit, ktorý môže dosahovať iba dvoch logických hodnôt: log 0 a log 1 v hexadecimálnej sústave je základnou jednotkou znak šestnásťkovej sústavy, pričom každý znak môže byť vyjadrený pomocou štvorice bitov (tzv. „nibble“) skupina ôsmich bitov predstavuje bajt (byte) byte môže byť vyjadrený aj dvojicou hexa znakov

Kódovanie signálu Príklady l Bajt pozostáva z ôsmich bitov: • l Bajt je možné

Kódovanie signálu Príklady l Bajt pozostáva z ôsmich bitov: • l Bajt je možné rozdeliť na dva „nibble“, pričom každý je vyjadrený jediným hexa znakom: • 4 1001 0010 1001 == 9 h, 0010 == 2 h

Kódovanie signálu l l 5 Na účely prenosu alebo uloženia je nevyhnutné binárny kód

Kódovanie signálu l l 5 Na účely prenosu alebo uloženia je nevyhnutné binárny kód vyjadriť pomocou zmeny hodnoty fyzikálnej veličiny Kódovanie býva spravidla viacúrovňové, tzn. že určitá informácia je vyjadrená pomocou kódu a takto spracovaná informácia je ďalej kódovaná rôznymi metódami za účelom zvýšenia efektivity prenosu, efektivity uloženia, zvýšenia spoľahlivosti prenosu atď.

Kódovanie signálu Signál l Výsledkom kódovania na fyzickej vrstve je signál, spravidla v podobe

Kódovanie signálu Signál l Výsledkom kódovania na fyzickej vrstve je signál, spravidla v podobe vhodne modulovanej elektrickej, elektromagnetickej alebo optickej veličiny. l V zásade rozoznávame dva typy signálov – analógový a diskrétny. l Diskrétny signál potom môže mať podobu ako viacstavový, alebo dvojstavový - digitálny. 6

Kódovanie signálu BROADBAND l Na zakódovanie viacstavového signálu potrebujeme, aby hodnota príslušnej modulovanej veličiny

Kódovanie signálu BROADBAND l Na zakódovanie viacstavového signálu potrebujeme, aby hodnota príslušnej modulovanej veličiny mohla nadobúdať viacero rôznych hodnôt. Vtedy hovoríme o prenose modulovaného signálu, alebo tiež prenose v preloženom pásme. 7

Kódovanie signálu BASEBAND l V prípade digitálneho signálu, ktorý môže nadobúdať v zásade iba

Kódovanie signálu BASEBAND l V prípade digitálneho signálu, ktorý môže nadobúdať v zásade iba dvoch logických hodnôt, nám stačia dve úrovne príslušnej veličiny (napr. elektrického napätia) a vtedy hovoríme o prenose v základom pásme. 8

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Priame (line) kódovanie – hodnote log 0 prislúcha

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Priame (line) kódovanie – hodnote log 0 prislúcha určitá úroveň, hodnote log 1 prislúcha iná úroveň l Kódovanie s invertovaním – hodnote log 0 prislúcha určitý typ zmeny úrovne (alebo zotrvanie na danej úrovni), hodnote log 1 prislúcha iný typ zmeny úrovne 9

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Unipolárne kódovanie: signál pozostáva iba z hodnôt jedinej

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Unipolárne kódovanie: signál pozostáva iba z hodnôt jedinej polarity el. napätia, príp. v kombinácii s nulovým napätím l Bipolárne kódovanie: signál pozostáva z úrovní obidvoch polarít 10

Priame unipolárne kódovanie +U 0 1 1 0 High Low 0 V 11 -->

Priame unipolárne kódovanie +U 0 1 1 0 High Low 0 V 11 --> t

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie s návratom k nule (Return to Zero,

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie s návratom k nule (Return to Zero, RZ) – l Kódovanie bez návratu k nule (Non Return to Zero, NRZ): – 12 jednotlivé impulzy signálu určitej úrovne sú oddelené oblasťami s nulovou úrovňou napätia, pričom nulová hodnota nie je nositeľom žiadnej logickej úrovne a má význam iba oddelenia impulzov signál nepoužíva návrat do nulovej hodnoty na oddelenie impulzov

Priame bipolárne kódovanie bez návratu k nule - NRZ +U 0 1 1 0

Priame bipolárne kódovanie bez návratu k nule - NRZ +U 0 1 1 0 High 0 V Low -U 13 --> t

Priame bipolárne kódovanie s návratom k nule - RZ +U 0 1 1 0

Priame bipolárne kódovanie s návratom k nule - RZ +U 0 1 1 0 High 0 V Low -U 14 --> t

Bipolárne kódovanie AMI Alternate Mark Inversion - AMI kód +U 1 0 0 0

Bipolárne kódovanie AMI Alternate Mark Inversion - AMI kód +U 1 0 0 0 1 1 1 0 High 0 V Low -U 15 --> t

Bipolárne kódovanie s invertovaním bez návratu k nule - NRZI +U 0 1 1

Bipolárne kódovanie s invertovaním bez návratu k nule - NRZI +U 0 1 1 0 0 0 1 0 0 High 0 V Low -U 16 --> t

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie Manchester II (tiež Manchester podľa IEEE 802.

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie Manchester II (tiež Manchester podľa IEEE 802. 3, fázová modulácia NRZ) – – l Kódovanie Manchester (podľa p. Thomasa) – 17 logická hodnota sa sníma v strede bitového intervalu prechod z dolnej do hornej úrovne predstavuje „log 1“ prechod z hornej do dolnej úrovne predstavuje „log 0“ synchronizácia je zaistená pravideľnou zmenou úrovne v strede bitového intervalu líši sa iba v tom, že ako „log 1“ sa interpretuje prechod z hornej úrovne do dolnej a „log 0“ je prechod z dolnej do hornej úrovne

Kódovanie typu Manchester II +U 1 1 0 0 High 0 V Low -U

Kódovanie typu Manchester II +U 1 1 0 0 High 0 V Low -U 18 --> t

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie diferenciálny Manchester – – 19 logická hodnota

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Kódovanie diferenciálny Manchester – – 19 logická hodnota sa sníma na nábehovej hrane bitového intervalu zmena úrovne, teda prechod z jednej úrovne do druhej predstavuje „log 0“ zotrvanie na tej istej hodnote úrovne predstavuje „log 1“ synchronizácia je zaistená pravideľnou zmenou úrovne vždy strede bitového intervalu

Kódovanie typu Manchester diferenciálny Manchester +U 1 1 0 0 1 0 High 0

Kódovanie typu Manchester diferenciálny Manchester +U 1 1 0 0 1 0 High 0 V Low -U 20 --> t

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Ternárny typ signálu (T): používa tri úrovne napätia:

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Ternárny typ signálu (T): používa tri úrovne napätia: kladné, nulové, záporné – 21 Každá úroveň predstavuje určitú logickú hodnotu (trojstavová logika), alebo binárna hodnota je reprezentovaná zmenou (prechodom) z určitej úrovne do inej úrovne

Ternárne kódovanie Multilevel Transmission Encoding : MLT -3 kód +U 1 1 1 0

Ternárne kódovanie Multilevel Transmission Encoding : MLT -3 kód +U 1 1 1 0 1 0 High 0 V Low -U 22 --> t

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Mapovanie bitov pomocou tabuľky l Princípom je vyjadrenie

Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: l Mapovanie bitov pomocou tabuľky l Princípom je vyjadrenie určitej postupnosti bitov (napr. nibble) pomocou inej postupnosti bitov alebo pomocou určitej postupnosti úrovní signálov l Priradenie sa realizuje podľa definovanej tabuľky, ktorá je súčasťou normy kódovania – 23 l Zmyslom mapovania bitov je odstrániť určité nedostatky priameho kódovania, napríklad zabrániť stálemu opakovaniu určitej úrovne (napr. samé „log 0“), alebo dosahnúť efektívnejšie využitie prenosového pásma Príklady: 4 B 5 B, 8 B 6 T a pod. kódy

Princíp kódovania 4 B 5 B Kódovanie s využitím 4 B 5 B kódu

Princíp kódovania 4 B 5 B Kódovanie s využitím 4 B 5 B kódu vyžaduje rozdelenie každého byte do dvoch skupín po 4 bity. Ak je hodnota byte 0 Eh, rozdelí sa byte na dva „nibble“, prvý nibble má hodnotu 0 a druhý má hodnotu E. Každý nibble je podľa vzorovej tabuľky 4 B 5 B „premapovaný“ do postupnosti bitov. Hodnota 0 h je transformovaná na postupnosť bitov 11110 a druhý nibble Eh je vyjadrený postupnosťou 11100. Existujú aj iné kódovacie metódy ako 5 B 6 B alebo 8 B 10 B. 4 B 5 B Encoding Table Data (Hex ) (Bin ary) 4 B 5 B Code 0 000 0 1111 0 1 000 1 0100 1 2 001 0 1010 0 . . D 110 1 1101 1 E 111 0 1110 0 F 111 1 1110 1 24 Riešenie: Vstupná hodnota: 0 Eh Výstupná hodnota: 111100 Výstupná hodnota je ďalej zakódovaná vhodnou metódou Napríklad v štandardoch 100 BASE-FX a 100 BASE-TX je 4 B 5 B kódovanie súčasťou špecifikácie fyzickej vrstvy. U 100 BASE-FX je bitový tok vytvorený 4 B 5 B kódom ďalej kódovaný NRZI metódou, u 100 BASE-TX sa na konečné zakódovanie signálu použije MLT-3. FDDI používa tiež kódovanie MLT-3, 100 VG-Any. LAN používa kódovanie 5 B 6 B.

Princíp kódovania 8 B 6 T Pri použití kódovania 8 B 6 T sú

Princíp kódovania 8 B 6 T Pri použití kódovania 8 B 6 T sú dáta konvertované na hodnotu 8 B 6 T kódu podľa tabuľky do trojstavovej napäťovej schémy. Každá možná hodnota jednoho BYTE , všetkých 256 možností je transformovaných do 6 -tich symbolov trojúrovňového signálu. Na rozdiel od kódovania 4 B 5 B nie je potrebné už žiadne ďalšie kódovanie na úrovni fyzickej vrstvy. Kým 1 BYTE umožňuje 28 = 256 možností, 6 T kód pripúšťa 36=729 možností - rezerva 8 B 6 T Encoding Table 25 Data (Hex) (Binary) 8 B 6 T Code 00 0000 +-00+- 01 0000 0001 0+-+-0 . . . . 0 E 0000 1110 -+0 -0+ . . . . FE 1111 1110 -+0+00 FF 1111 +0 -+00 100 BASE-T 4 je v súčasnosti jediná technológia, ktorá používa 8 B 6 T kódovanie, pričom generovaný signál je demultiplexovaný do troch párov vodičov Úrovne ternárneho signálu sú: +1 V, 0 V, & -1 V

Portion of 8 B 6 T Code Table 26

Portion of 8 B 6 T Code Table 26

1. Unipolárne kódovanie Zhrnutie – metódy kódovania 1 1 0 1 0 0 1

1. Unipolárne kódovanie Zhrnutie – metódy kódovania 1 1 0 1 0 0 1 (a) Punched Tape Priame unipolárne kódovanie Mark space Mark (hole) Volts A 0 Tb Unipolárne kódovanie s návratom k nule – Half Pulze RZ Time A 0 RZ encoding: Kódovania typu 27 RZ – Return to Zero sú charakteristické návratom signálu ku nule. Niekedy je zamieňané s unipolárnym kódovaním – tzn. hodnota signálu sa pohybuje v dvoch úrovniach – nenulová hodnota určitej polarity a nula Binary signaling formats BINARY DATA

NRZ kódovanie: Zhrnutie – metódy kódovania 1. Bez návratu na nulovú úroveň 2. S

NRZ kódovanie: Zhrnutie – metódy kódovania 1. Bez návratu na nulovú úroveň 2. S návratom k nule s invertovaním Bipolárnne lineárne kódovanie bez návratu k nule 1 1 0 1 0 0 1 Mark space Mark (hole) A 0 -A Bipolárne NRZ-I kódovanie: zmena úrovne predstavuje logickú 1, zotrvanie na tej istej úrovni znamená logickú nulu RZ kódovanie: Bipolárne priame kódovanie s návratom k nule +U = log 1, - U = log 0 Kódovanie 8 B/6 T +, -, 0 podľa tab. Príklad: ESC key = 1 Bhex, t. j. 00011011 binary + 0 + - 0 0 kód 8 B/6 T = 0+- 00+ 28 Binary signaling formats BINARY DATA

Zhrnutie – metódy kódovania Kódovanie so zmenou fázy: 1 1 0 1 0 0

Zhrnutie – metódy kódovania Kódovanie so zmenou fázy: 1 1 0 1 0 0 1 Manchester NRZ (Manchaster II) , Mark space Mark (hole) Rozhoduje stred BI Prechod z vysokej do nízkej úrovne =log 0, prechod z nízkej do vysokej = log 1 Diferenciálny Manchester NRZ, Rozhoduje začiatok BI zmena úrovne signalizuje prichádzajúcu log 0, prechod bez zmeny znamená log 1 Bipolárne kódovanie: Multiline Transmission 3 levels MLT-3 signal, Pracuje s troma úrovniami signálu +U, 0 U, -U Zmena úrovne do ďalšieho stavu signalizuje prichádzajúcu log 1, zotrvanie na exist. úrovni znamená log 0 Bipolárny RZ, nenulové napätie predstavuje log 1, zotrvanie v nule znamená log 0 29 A 0 -A Binary signaling formats BINARY DATA

Príklady praktického využitia kódovacích schém l l l 30 10 Mbps Ethernet (Manchester) 100

Príklady praktického využitia kódovacích schém l l l 30 10 Mbps Ethernet (Manchester) 100 Base TX (MLT-3, 2 pair cat 5, 4 B 5 B) 100 Base FX (NRZ-I, 2 pair fiber, 4 B 5 B) 100 Base T 4 (3 level 1 v, 0 v, & -1 v, 4 pair cat 3, 8 B/6 T) Token Ring (Differential Manchester)

Praktické použitie kódovacích schém Priebeh MLT-3 signálu zosnímaný osciloskopom zo 100 BASE TX Ethernet

Praktické použitie kódovacích schém Priebeh MLT-3 signálu zosnímaný osciloskopom zo 100 BASE TX Ethernet kabeláže 31

Resume l Zdroje: – – http: //en. wikipedia. org/wiki/Line_code http: //de. wikipedia. org/wiki/MLT-3 -code

Resume l Zdroje: – – http: //en. wikipedia. org/wiki/Line_code http: //de. wikipedia. org/wiki/MLT-3 -code William E Pilkey: Ethernet Using Transition State to Encode Data Dr. Aoife Moloney, School of Electronics and Communications Dublin Institute of Technology: Sample questions on line coding Spracoval: Ing. Jaromír Tříska SPŠE Piešťany febr. 2007 32