DCN - Digitale Übertragung

Daten oder Informationen können auf zwei Arten gespeichert werden, analog und digital. Damit ein Computer die Daten verwenden kann, müssen sie in diskreter digitaler Form vorliegen. Ähnlich wie Daten können Signale auch in analoger und digitaler Form vorliegen. Um Daten digital zu übertragen, müssen sie zuerst in digitale Form konvertiert werden.

Digital-Digital-Konvertierung

In diesem Abschnitt wird erläutert, wie Sie digitale Daten in digitale Signale umwandeln. Dies kann auf zwei Arten erfolgen: Zeilencodierung und Blockcodierung. Für alle Kommunikationen ist eine Leitungscodierung erforderlich, während eine Blockcodierung optional ist.

Zeilencodierung

Der Prozess zum Umwandeln digitaler Daten in ein digitales Signal wird als Zeilencodierung bezeichnet. Digitale Daten werden im Binärformat gefunden. Sie werden intern als Reihen von Einsen und Nullen dargestellt (gespeichert).

Das digitale Signal wird durch ein diskretes Signal bezeichnet, das digitale Daten darstellt. Es stehen drei Arten von Leitungscodierungsschemata zur Verfügung:

Unipolare Codierung

Unipolare Codierungsschemata verwenden einen einzelnen Spannungspegel, um Daten darzustellen. In diesem Fall wird zur Darstellung von Binär 1 Hochspannung übertragen und zur Darstellung von 0 wird keine Spannung übertragen. Es wird auch als unipolar-Non-Return-to-Zero bezeichnet, da es keine Ruhebedingung gibt, dh entweder 1 oder 0 darstellt.

Polare Codierung

Das polare Codierungsschema verwendet mehrere Spannungspegel, um Binärwerte darzustellen. Polarkodierungen sind in vier Typen erhältlich:

• Polar Non-Return to Zero (Polar NRZ)

  Es werden zwei verschiedene Spannungspegel verwendet, um Binärwerte darzustellen. Im Allgemeinen steht die positive Spannung für 1 und der negative Wert für 0. Sie ist auch NRZ, da keine Ruhebedingung vorliegt.

  Das NRZ-Schema hat zwei Varianten: NRZ-L und NRZ-I.

  

  NRZ-L ändert den Spannungspegel, wenn ein anderes Bit angetroffen wird, während NRZ-I die Spannung ändert, wenn eine 1 angetroffen wird.

• Kehre zu Null zurück (RZ)

  Das Problem mit NRZ besteht darin, dass der Empfänger nicht schließen kann, wann ein Bit beendet und wann das nächste Bit gestartet wird, falls Sender und Empfängertakt nicht synchronisiert sind.

  

  RZ verwendet drei Spannungspegel: positive Spannung für 1, negative Spannung für 0 und Null für keine. Die Signale ändern sich während Bits, nicht zwischen Bits.

• Manchester

  Dieses Codierungsschema ist eine Kombination von RZ und NRZ-L. Die Bitzeit ist in zwei Hälften geteilt. Es geht in der Mitte des Bits über und ändert die Phase, wenn ein anderes Bit angetroffen wird.

• Differential Manchester

  Dieses Codierungsschema ist eine Kombination von RZ und NRZ-I. Es wird auch in der Mitte des Bits übertragen, ändert jedoch die Phase nur, wenn 1 angetroffen wird.

Bipolare Codierung

Bei der bipolaren Codierung werden drei Spannungspegel verwendet: positiv, negativ und null. Die Nullspannung repräsentiert die binäre 0 und das Bit 1 wird durch Ändern der positiven und negativen Spannungen dargestellt.

Blockcodierung

Um die Genauigkeit des empfangenen Datenrahmens sicherzustellen, werden redundante Bits verwendet. Beispielsweise wird bei gerader Parität ein Paritätsbit hinzugefügt, um die Anzahl von 1s im Rahmen gerade zu machen. Auf diese Weise wird die ursprüngliche Anzahl von Bits erhöht. Es heißt Block Coding.

Die Blockcodierung wird durch die Schrägstrichnotation mB / nB dargestellt. Das heißt, der m-Bit-Block wird durch den n-Bit-Block ersetzt, wobei n> m ist. Die Blockcodierung umfasst drei Schritte:

• Division,
• Substitution
• Combination.

Nachdem die Blockcodierung abgeschlossen ist, wird sie zur Übertragung zeilencodiert.

Analog-Digital-Wandlung

Mikrofone erzeugen analoge Sprache und Kamera erzeugt analoge Videos, die als analoge Daten behandelt werden. Um diese analogen Daten über digitale Signale zu übertragen, benötigen wir eine Analog-Digital-Wandlung.

Analoge Daten sind ein kontinuierlicher Datenstrom in Wellenform, während digitale Daten diskret sind. Um analoge Wellen in digitale Daten umzuwandeln, verwenden wir Pulse Code Modulation (PCM).

PCM ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden, um analoge Daten in digitale Form umzuwandeln. Es umfasst drei Schritte:

• Sampling
• Quantization
• Encoding.

Probenahme

Das analoge Signal wird in jedem T-Intervall abgetastet. Der wichtigste Faktor bei der Abtastung ist die Rate, mit der das analoge Signal abgetastet wird. Nach dem Nyquist-Theorem muss die Abtastrate mindestens das Zweifache der höchsten Frequenz des Signals betragen.

Quantisierung

Die Abtastung ergibt eine diskrete Form eines kontinuierlichen analogen Signals. Jedes diskrete Muster zeigt die Amplitude des analogen Signals in diesem Fall. Die Quantisierung erfolgt zwischen dem maximalen Amplitudenwert und dem minimalen Amplitudenwert. Die Quantisierung ist eine Annäherung an den momentanen Analogwert.

Codierung

Bei der Codierung wird dann jeder angenäherte Wert in ein Binärformat konvertiert.

Übertragungsmodi

Der Übertragungsmodus entscheidet, wie Daten zwischen zwei Computern übertragen werden. Die Binärdaten in Form von Einsen und Nullen können in zwei verschiedenen Modi gesendet werden: Parallel und Seriell.

Parallele Übertragung

Die Binärbits sind in Gruppen fester Länge organisiert. Sowohl Sender als auch Empfänger sind parallel mit der gleichen Anzahl von Datenleitungen verbunden. Beide Computer unterscheiden zwischen Datenleitungen hoher und niedriger Ordnung. Der Absender sendet alle Bits gleichzeitig auf allen Leitungen. Da die Datenleitungen gleich der Anzahl der Bits in einer Gruppe oder einem Datenrahmen sind, wird eine vollständige Gruppe von Bits (Datenrahmen) auf einmal gesendet. Der Vorteil der parallelen Übertragung ist die hohe Geschwindigkeit und der Nachteil sind die Kosten für Drähte, da sie der Anzahl der parallel gesendeten Bits entsprechen.

Serielle Übertragung

Bei der seriellen Übertragung werden Bits in einer Warteschlange nacheinander gesendet. Die serielle Übertragung erfordert nur einen Kommunikationskanal.

Die serielle Übertragung kann entweder asynchron oder synchron sein.

Asynchrone serielle Übertragung

Es wird so genannt, weil das Timing keine Bedeutung hat. Datenbits haben ein bestimmtes Muster und helfen dem Empfänger, die Start- und Enddatenbits zu erkennen. Beispielsweise wird jedem Datenbyte eine 0 vorangestellt und am Ende eine oder mehrere Einsen hinzugefügt.

Zwei fortlaufende Datenrahmen (Bytes) können eine Lücke zwischen sich haben.

Synchrone serielle Übertragung

Das Timing bei der synchronen Übertragung ist wichtig, da kein Mechanismus zum Erkennen von Start- und Enddatenbits befolgt wird. Es gibt kein Muster oder Präfix / Suffix-Verfahren. Datenbits werden im Burst-Modus gesendet, ohne die Lücke zwischen Bytes (8 Bit) aufrechtzuerhalten. Ein einzelner Burst von Datenbits kann eine Anzahl von Bytes enthalten. Daher wird das Timing sehr wichtig.

Es ist Sache des Empfängers, Bits zu erkennen und in Bytes zu trennen. Der Vorteil der synchronen Übertragung liegt in der hohen Geschwindigkeit, und es entstehen keine zusätzlichen Kopf- und Fußzeilenbits wie bei der asynchronen Übertragung.