Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из линейного кодирования )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример кодирования двоичного сигнала с использованием прямоугольной амплитудно-импульсной модуляции с полярным кодом без возврата к нулю
Кодировка 11011000100 в манчестерской кодировке

В связи , А строка кода будет картина напряжения, тока, или фотонов , используемых для представления цифровых данных , передаваемых вниз линии передачи . Этот набор сигналов обычно называют кодом с ограничениями в системах хранения данных. Некоторые сигналы более подвержены ошибкам, чем другие, когда передаются по каналу связи, поскольку физика связи или носителя данных ограничивает репертуар сигналов, которые можно надежно использовать. [1]

Обычные строчные кодировки - это униполярный , полярный , биполярный и манчестерский код .

Передача и хранение [ править ]

После того, как линейное кодирование, сигнал пропускается через физический канал связи, либо среду передачи или носитель для хранения данных . [2] [3] Наиболее распространенными физическими каналами являются:

  • линейно-кодированный сигнал может быть напрямую передан в линию передачи в виде изменений напряжения или тока (часто с использованием дифференциальной передачи сигналов ).
  • линия кодировки сигнал ( модулирующий сигнал ) претерпевает дальнейшее формирование импульса (чтобы уменьшить его ширину полосы частот) , а затем модулируется (сместить его частоту) , чтобы создать РЧ - сигнал , который может быть передан через свободное пространство.
  • Сигнал с линейным кодированием может использоваться для включения и выключения источника света при оптической связи в свободном пространстве , обычно используемой в инфракрасном пульте дистанционного управления .
  • линейно-кодированный сигнал может быть напечатан на бумаге для создания штрих-кода .
  • линейно-кодированный сигнал можно преобразовать в намагниченные точки на жестком диске или ленточном накопителе .
  • линейно-кодированный сигнал может быть преобразован в питы на оптическом диске .

Некоторые из наиболее распространенных двоичных линейных кодов включают:

Произвольный битовый шаблон в различных форматах двоичного кода строки

У каждого линейного кода есть свои преимущества и недостатки. Коды линий выбираются в соответствии с одним или несколькими из следующих критериев:

  • Минимизируйте оборудование передачи
  • Облегчить синхронизацию
  • Простота обнаружения и исправления ошибок
  • Достичь целевой спектральной плотности
  • Устранение компонента постоянного тока

Disparity [ править ]

Большинство каналов дальней связи не могут надежно транспортировать компонент постоянного тока . Составляющая постоянного тока также называется диспаратностью , смещением или коэффициентом постоянного тока . Несоответствие битовой комбинации - это разница между количеством единичных битов и количеством нулевых битов. Работает несоответствие является нарастающим итогом на несоответствие всех ранее переданных битов. [4] Простейший линейный код, униполярный , дает слишком много ошибок в таких системах, потому что он имеет неограниченную составляющую постоянного тока.

Большинство линейных кодов исключают составляющую постоянного тока - такие коды называются сбалансированными по постоянному току , нулевыми постоянными или свободными от постоянного тока. Есть три способа устранить составляющую постоянного тока:

  • Используйте код постоянного веса . Каждое передаваемое кодовое слово в коде с постоянным весом спроектировано таким образом, что каждое кодовое слово, которое содержит некоторые положительные или отрицательные уровни, также содержит достаточное количество противоположных уровней, так что средний уровень по каждому кодовому слову равен нулю. Примеры кодов с постоянным весом включают код Манчестера и Interleaved 2 of 5 .
  • Используйте парный код несоответствия . Каждое кодовое слово в парном коде диспаратности, которое усредняет до отрицательного уровня, соединяется с другим кодовым словом, которое усредняет до положительного уровня. Передатчик отслеживает происходящее нарастание постоянного тока и выбирает кодовое слово, которое возвращает уровень постоянного тока к нулю. Приемник спроектирован так, что любое кодовое слово пары декодируется в одни и те же биты данных. Примеры парных кодов несоответствий включают в себя альтернативный знак инверсии , 8B10B и 4B3T .
  • Используйте скремблер . Например, скремблер, указанный в RFC 2615 для кодирования 64b / 66b .

Полярность [ править ]

Биполярные линейные коды имеют две полярности, обычно реализуются как RZ и имеют систему счисления три, поскольку существует три различных выходных уровня (отрицательный, положительный и нулевой). Одним из основных преимуществ этого типа кода является то, что он может полностью исключить любой компонент постоянного тока. Это важно, если сигнал должен проходить через трансформатор или длинную линию передачи.

К сожалению, несколько каналов дальней связи имеют неоднозначную полярность. Линейные коды, нечувствительные к полярности, выполняют компенсацию в этих каналах. [5] [6] [7] [8] Есть три способа обеспечить однозначный прием 0 и 1 бит по таким каналам:

  • Соедините каждое кодовое слово с полярностью, обратной полярности этого кодового слова. Приемник спроектирован так, что любое кодовое слово пары декодируется в одни и те же биты данных. Примеры включают инверсию альтернативных меток , дифференциальное манчестерское кодирование , инверсию кодированных меток и кодирование Миллера .
  • дифференциальное кодирование каждого символа относительно предыдущего символа. Примеры включают кодирование MLT-3 и NRZI .
  • Инвертировать весь поток при обнаружении инвертированных синхрослов

Коды с ограничением длины серий [ править ]

Для надежного восстановления тактовых импульсов в приемнике на сгенерированную последовательность каналов может быть наложено ограничение длины серии, т. Е. Максимальное количество последовательных единиц или нулей ограничено разумным числом. Период тактовой частоты восстанавливается путем наблюдения за переходами в принятой последовательности, так что максимальная длина серии гарантирует достаточное количество переходов для обеспечения качества восстановления тактовой частоты.

Коды RLL определяются четырьмя основными параметрами: m , n , d , k . Первые два, m / n , относятся к скорости кода, в то время как оставшиеся два определяют минимальное d и максимальное k количество нулей между последовательными единицами. Это используется как в телекоммуникационных системах, так и в системах хранения, в которых носитель перемещается мимо фиксированной записывающей головки . [9]

В частности, RLL ограничивает длину участков (серий) повторяющихся битов, в течение которых сигнал не изменяется. Если прогоны слишком длинные, восстановление часов затруднено; если они слишком короткие, высокие частоты могут быть ослаблены каналом связи. Путь модулирования в данном , RLL уменьшает неопределенность в синхронизации декодирования сохраненных данных, которые могли бы привести к возможной ошибочной вставке или удалению бит при чтении данных обратно. Этот механизм гарантирует, что границы между битами всегда могут быть точно найдены (предотвращая проскальзывание битов ), при этом эффективно используя носитель для надежного хранения максимального количества данных в заданном пространстве.

В ранних дисковых накопителях использовались очень простые схемы кодирования, такие как код RLL (0,1) FM, за которым следовал код RLL (1,3) MFM, которые широко использовались в жестких дисках до середины 1980-х годов и до сих пор используются в цифровых оптических устройствах. диски, такие как CD , DVD , MD , Hi-MD и Blu-ray, с использованием кодов EFM и EFMPLus . [10] Коды более высокой плотности RLL (2,7) и RLL (1,7) стали де-факто стандартами для жестких дисков к началу 1990-х годов. [ необходима цитата ]

Синхронизация [ править ]

Линейное кодирование должно позволять приемнику синхронизироваться с фазой принимаемого сигнала. Если восстановление тактовой частоты не является идеальным, то сигнал, который должен быть декодирован, не будет дискретизирован в оптимальные моменты времени. Это увеличит вероятность ошибки в полученных данных.

Двухфазные линейные коды требуют по крайней мере одного перехода за битовое время. Это упрощает синхронизацию трансиверов и обнаружение ошибок, однако скорость передачи данных выше, чем у кодов NRZ.

Другие соображения [ править ]

Линейный код обычно отражает технические требования к среде передачи, такой как оптическое волокно или экранированная витая пара . Эти требования уникальны для каждой среды, потому что каждая из них ведет себя по-разному в отношении помех, искажений, емкости и потери амплитуды. [11]

Общие линейные коды [ править ]

  • 2B1Q
  • 4B3T
  • 4B5B
  • Кодирование 6b / 8b
  • Кодирование 8b / 10b
  • Кодировка 64b / 66b
  • Кодирование 128b / 130b
  • Альтернативная инверсия меток (AMI)
  • Инверсия кодовой метки (CMI)
  • EFMPlus , используется в DVD
  • Модуляция от восьми до четырнадцати (EFM), используемая в компакт-дисках
  • Код Хэмминга
  • Гибридный троичный код
  • Манчестерский код и дифференциал Манчестер
  • Отметка и пробел
  • Кодировка MLT-3
  • Модифицированные коды AMI : B8ZS, B6ZS, B3ZS, HDB3.
  • Модифицированная частотная модуляция , кодирование Миллера и кодирование задержки
  • Невозврат к нулю (NRZ)
  • Невозврат к нулю, инвертированный (NRZI)
  • Позиционно-импульсная модуляция
  • Возврат к нулю (RZ)
  • TC-PAM

Коды оптических линий [ править ]

  • Альтернативно-фазный возврат к нулю (APRZ)
  • Возврат к нулю с подавлением несущей (CSRZ)
  • Три из шести, оптоволоконный (TS-FO)

См. Также [ править ]

  • Физический слой
  • Самосинхронизирующийся код и битовая синхронизация

Ссылки [ править ]

  1. ^ К. Schouhamer Immink (2001). «Обзор кодов для записи на оптический диск» . Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций . 19 : 751–764 . Проверено 5 февраля 2018 .
  2. Карл Паулсен. «Кодирование для магнитных носителей информации ». Архивировано 21 мая 2014 г. на Wayback Machine .2007.
  3. ^ Абдуллатиф Гласс; Нидхал Абдулазиз; и Иса Бастаки (2007), «Кодирование наклонных линий для телекоммуникационных сетей» , Международная конференция IEEE по обработке сигналов и связи , Дубай: IEEE: 1537, Линейные коды ... облегчает передачу данных по телекоммуникационным и компьютерным сетям и их хранение в мультимедийные системы.
  4. ^ Йенс Крегер (2014). «Передача данных с высокой скоростью через Kapton Flexprints для эксперимента Mu3e» (PDF) : 16. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  5. ^ US 4387366 , «Преобразователь кода для систем передачи, нечувствительных к полярности» 
  6. ^ Дэвид А. Гланцер, "4.7 Полярность", Руководство по применению Fieldbus ... Подключение и установка (PDF) , Fieldbus Foundation , стр. 10
  7. ^ Джордж К. Кларк младший; Дж. Бибб Каин (2013). Кодирование с коррекцией ошибок для цифровой связи . Springer Science & Business Media. п. 255. ISBN 9781489921741. Когда используется модуляция данных PSK, существует возможность неоднозначности полярности принятых символов канала. Эту проблему можно решить одним из двух способов. Во-первых ... так называемый прозрачный код. ...
  8. Перейти ↑ Prakash C. Gupta (2013). Передача данных и компьютерные сети . PHI Learning Pvt. ООО п. 13. ISBN 9788120348646. Еще одним преимуществом дифференциального кодирования является его нечувствительность к полярности сигнала. ... Если провода витой пары случайно поменяли местами ...
  9. ^ Кеес Схаухамеры Имминк (декабрь 1990). «Последовательности с ограниченной длиной выполнения» . Труды IEEE . 78 (11): 1745–1759. DOI : 10.1109 / 5.63306 . Дается подробное описание ограничивающих свойств последовательностей с ограниченной длиной серии.
  10. ^ Кеес Схаухамеры Имминк (1995). «EFMPlus: формат кодирования мультимедийного компакт-диска» . IEEE Transactions on Consumer Electronics . CE-41: 491–497. Описывается альтернатива EFM с высокой плотностью размещения.
  11. ^ Донг, Джилин (2007). Сетевой словарь . Javvin Technologies Inc. стр. 284. ISBN 9781602670006.
  •  Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Управления общих служб : «Федеральный стандарт 1037C» .(в поддержку MIL-STD-188 )

Внешние ссылки [ править ]

  • Лекция по линейному кодированию № 9
  • Линейное кодирование в цифровой связи
  • CodSim 2.0: симулятор с открытым исходным кодом для модели передачи цифровых данных в Университете Малаги, написанный на HTML.