1 / 32

Kódovanie signálu

Kódovanie signálu. Vyjadrenie bitového dátového toku (bitstream) prostredníctvom signálu. Kódovanie signálu. Kódovaním rozumieme vyjadrenie určitej informácie pomocou zmeny hodnoty určitej fyzikálnej veličiny za účelom prenosu alebo uloženia informácie

eydie
Download Presentation

Kódovanie signálu

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

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

  2. Kódovanie signálu • 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

  3. Kódovanie signálu • 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

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

  5. Kódovanie signálu • 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.

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

  7. Kódovanie signálu BROADBAND • 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.

  8. Kódovanie signálu BASEBAND • 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.

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

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

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

  12. Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: • Kódovanie s návratom k nule (Return to Zero, RZ) • 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 • Kódovanie bez návratu k nule(Non Return to Zero, NRZ): • signál nepoužíva návrat do nulovej hodnoty na oddelenie impulzov

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

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

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

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

  17. Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: • Kódovanie Manchester II (tiež Manchester podľa IEEE 802.3, fázová modulácia NRZ) • 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 zmenou úrovne v strede bitového intervalu • Kódovanie Manchester (podľa p. Thomasa) • líši sa iba v tom, že ako „log 1“ sa interpretuje prechod z hornej úrovne do dolnej a „log 0“ je prechod z hornej do dolnej úrovne

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

  19. Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: • Kódovanie diferenciálny Manchester • 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 zmenou úrovne na nábehovej hrane bitového intervalu

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

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

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

  23. Kódovanie signálu Základné metódy kódovania: • Mapovanie bitov pomocou tabuľky • Princípom je vyjadrenie určitej postupnosti bitov (napr. nibble) pomocou inej postupnosti bitov alebo pomocou určitej postupnosti úrovní signálov • Priradenie sa realizuje podľa definovanej tabuľky, ktorá je súčasťou normy kódovania • 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: 4B5B, 8B6T a pod. kódy

  24. Kódovanie s využitím 4B5B kódu vyžaduje rozdelenie každého byte do dvoch skupín po 4 bity. Ak je hodnota byte 0Eh, rozdelí sa byte na dva „nibble“, prvý nibble má hodnotu 0 a druhý má hodnotu E. Každý nibble je podľa vzorovej tabuľky 4B5B „premapovaný“ do postupnosti bitov . Hodnota 0h je transformovaná na postupnosť bitov 11110 a druhý nibble Eh je vyjadrený postupnosťou 11100. Existujú aj iné kódovacie metódy ako 5B6B alebo 8B10B. Princíp kódovania 4B5B Riešenie: Vstupná hodnota: 0Eh Výstupná hodnota: 11110 11100 Výstupná hodnota je ďalej zakódovaná vhodnou metódou Napríklad vštandardoch 100BASE-FX a 100BASE-TX je 4B5B kódovanie súčasťou špecifikácie fyzickej vrstvy. U 100BASE-FX je bitový tok vytvorený 4B5B kódom ďalej kódovaný NRZI metódou, u 100BASE-TX sa na konečné zakódovanie signálu použije MLT-3. FDDI používa tiež kódovanie MLT-3, 100VG-AnyLAN používa kódovanie 5B6B.

  25. Pri použití kódovania 8B6T sú dáta konvertované na hodnotu 8B6T 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 4B5B nie je potrebné už žiadne ďalšie kódovanie na úrovni fyzickej vrstvy. Kým 1 BYTE umožňuje 28 = 256 možností, 6T kód pripúšťa 36=729 možností - rezerva Princíp kódovania 8B6T 100BASE-T4 je v súčasnosti jediná technológia, ktorá používa 8B6T kódovanie, pričom generovaný signál je demultiplexovaný do troch párov vodičov Úrovne ternárneho signálu sú: +1V, 0V, & -1V

  26. Portion of 8B6T Code Table

  27. Zhrnutie – metódy kódovania 1. Unipolárne kódovanie 1 1 0 1 0 0 1 BINARY DATA (a) Punched Tape Mark (hole) Mark (hole) Mark (hole) space Mark (hole) space space Priame unipolárne kódovanie Volts A 0 Tb Time Unipolárne kódovanie s návratom k nule – Half Pulze RZ A 0 RZ encoding:Kódovania typu 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

  28. Zhrnutie – metódy kódovania • NRZ kódovanie: • Bez návratu na nulovú úroveň • S návratom k nule s invertovaním 1 1 0 1 0 0 1 BINARY DATA Mark (hole) Mark (hole) Mark (hole) space Mark (hole) space space Bipolárnne lineárne kódovanie bez návratu k nule 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 8B/6T +, -, 0 podľa tab. Príklad: ESC key = 1Bhex, t.j. 00011011 binary kód 8B/6T = 0+- 00+ + + - 0 0 0 Binary signaling formats

  29. Zhrnutie – metódy kódovania Kódovanie so zmenou fázy: 1 1 0 1 0 0 1 BINARY DATA Manchester NRZ (Manchaster II) , Rozhoduje stred BI Prechod z vysokej do nízkej úrovne =log 0, prechod z nízkej do vysokej = log 1 Mark (hole) Mark (hole) Mark (hole) space Mark (hole) space space Diferenciálny Manchester NRZ, Rozhoduje začiatok BI zmena úrovne signalizuje prichádzajúcu log 0, prechod bez zmeny znamená log 1 Bipolárne kódovanie: Multiline Transmission 3 levelsMLT-3 signal,Pracuje s troma úrovniami signálu +U, 0U, -UZmena 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 A 0 -A Binary signaling formats

  30. Príklady praktického využitia kódovacích schém • 10Mbps Ethernet (Manchester) • 100 BaseTX (MLT-3, 2 pair cat5, 4B5B) • 100BaseFX (NRZ-I, 2 pair fiber, 4B5B) • 100BaseT4 (3 level 1v, 0v, & -1v, 4 pair cat 3, 8B/6T) • Token Ring (Differential Manchester)

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

  32. Resume • 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

More Related