デジタル通信-ラインコード

A line code伝送線路を介したデジタル信号のデータ伝送に使用されるコードです。このコーディングプロセスは、符号間干渉などの信号のオーバーラップや歪みを回避するように選択されています。

ラインコーディングの特性

以下はラインコーディングの特性です-

1つの信号でより多くのビットを送信するようにコーディングが行われるため、使用される帯域幅は大幅に削減されます。
特定の帯域幅に対して、電力が効率的に使用されます。
エラーの可能性は大幅に減少します。
エラー検出が行われ、バイポーラにも訂正機能があります。
電力密度は非常に良好です。
タイミングの内容は適切です。
の長い文字列 1s そして 0s 透明性を維持するために避けられます。

ラインコーディングの種類

ラインコーディングには3つのタイプがあります

Unipolar
Polar
Bi-polar

ユニポーラシグナリング

ユニポーラシグナリングは、 On-Off Keying または単に OOK。

パルスの存在は、 1 脈拍がないことは 0。

ユニポーラシグナリングには2つのバリエーションがあります-

Non Return to Zero（NRZ）
Return to Zero（RZ）

ユニポーラ非ゼロ復帰（NRZ）

このタイプのユニポーラシグナリングでは、Highinデータは次のように呼ばれる正のパルスで表されます。 Mark、期間があります T₀シンボルビット期間に等しい。Lowのデータ入力にはパルスがありません。

次の図はこれを明確に示しています。

Advantages

ユニポーラNRZの利点は次のとおりです。

それは単純だ。
より少ない帯域幅が必要です。

Disadvantages

ユニポーラNRZの欠点は次のとおりです。

エラー訂正は行われません。
低周波成分の存在は、信号の垂下を引き起こす可能性があります。
時計がありません。
同期が失われる可能性があります（特に、 1s そして 0s）。

Unipolar Return to Zero（RZ）

このタイプのユニポーラシグナリングでは、データが多いですが、 Mark pulse、その期間 T₀シンボルビット期間よりも短いです。ビット持続時間の半分はハイのままですが、すぐにゼロに戻り、ビット持続時間の残りの半分の間にパルスがないことを示します。

次の図の助けを借りて、それは明確に理解されます。

Advantages

ユニポーラRZの利点は次のとおりです。

それは単純だ。
シンボルレートで存在するスペクトル線は、クロックとして使用できます。

Disadvantages

ユニポーラRZの欠点は次のとおりです。

エラー訂正はありません。
ユニポーラNRZの2倍の帯域幅を占有します。
信号の垂下は、0Hzで信号がゼロ以外の場所で発生します。

極信号

PolarSignalingには2つの方法があります。彼らは-

Polar NRZ
Polar RZ

Polar NRZ

このタイプの極性シグナリングでは、データの高値は正のパルスで表され、データの低値は負のパルスで表されます。次の図はこれをよく表しています。

Advantages

PolarNRZの利点は次のとおりです。

それは単純だ。
低周波成分は存在しません。

Disadvantages

PolarNRZの欠点は次のとおりです。

エラー訂正はありません。
時計がありません。
信号の垂下は、信号がゼロ以外の場所で発生します。 0 Hz。

Polar RZ

このタイプの極信号では、データが多いが、 Mark pulse、その期間 T₀シンボルビット期間よりも短いです。ビット持続時間の半分はハイのままですが、すぐにゼロに戻り、ビット持続時間の残りの半分の間にパルスがないことを示します。

ただし、Low入力の場合、負のパルスはデータを表し、ゼロレベルはビット期間の残りの半分の間同じままです。次の図は、これを明確に示しています。

Advantages

PolarRZの利点は次のとおりです。

それは単純だ。
低周波成分は存在しません。

Disadvantages

PolarRZの欠点は次のとおりです。

エラー訂正はありません。
時計がありません。
PolarNRZの2倍の帯域幅を占有します。
信号の垂下は、信号がゼロ以外の場所で発生します。 0 Hz。

バイポーラシグナリング

これは、3つの電圧レベルを持つエンコード技術です。 +, - そして 0。このような信号は、duo-binary signal。

このタイプの例は Alternate Mark Inversion (AMI)。のために1、電圧レベルは+から–または–から+に遷移し、交互になります 1s極性が同じであること。A0 電圧レベルはゼロになります。

この方法でも2種類あります。

バイポーラNRZ
バイポーラRZ

これまでに説明したモデルから、NRZとRZの違いを学びました。ここでも同じようになります。次の図はこれを明確に示しています。

上の図には、バイポーラNRZ波形とRZ波形の両方があります。パルス持続時間とシンボルビット持続時間はNRZタイプでは等しく、パルス持続時間はRZタイプのシンボルビット持続時間の半分です。

利点

以下は利点です-

それは単純だ。
低周波成分は存在しません。
ユニポーラおよびポーラーNRZスキームよりも低い帯域幅を占有します。
ここでは信号の垂下が発生しないため、この手法はAC結合回線を介した伝送に適しています。
これには、単一のエラー検出機能があります。

短所

以下は不利な点です-

時計がありません。
データの文字列が長いと、同期が失われます。

パワースペクトル密度

信号のパワーが周波数領域でさまざまな周波数にどのように分布するかを説明する関数は、次のように呼ばれます。 Power Spectral Density (PSD)。

PSDは、自己相関のフーリエ変換です（観測値間の類似性）。それは矩形パルスの形をしています。

PSDの派生

Einstein-Wiener-Khintchineの定理によれば、ランダムプロセスの自己相関関数またはパワースペクトル密度がわかっている場合、もう一方は正確に見つけることができます。

したがって、パワースペクトル密度を導出するには、以下に示すように、パワー信号$ x（t）$の時間自己相関$（R_x（\ tau））$を使用します。

$ R_x（\ tau）= \ lim_ {T_p \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {T_p} \ int _ {\ frac {{-T_p}} {2}} ^ {\ frac {T_p} {2}} x（t）x（t + \ tau）dt $

$ x（t）$はインパルスで構成されているため、$ R_x（\ tau）$は次のように記述できます。

$ R_x（\ tau）= \ frac {1} {T} \ displaystyle \ sum \ limits_ {n =-\ infty} ^ \ infty R_n \ delta（\ tau --nT）$

ここで、$ R_n = \ lim_ {N \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {N} \ sum_ka_ka_ {k + n} $

実際の信号の場合、$ R_n = R _ {-n} $であることを知ると、次のようになります。

$ S_x（w）= \ frac {1} {T}（R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT）$

パルスフィルターのスペクトルは$（w）\ leftrightarrow f（t）$なので、次のようになります。

$ s_y（w）= \ mid F（w）\ mid ^ 2S_x（w）$

$ = \ frac {\ mid F（w）\ mid ^ 2} {T}（\ displaystyle \ sum \ limits_ {n =-\ infty} ^ \ infty R_ne ^ {-jnwT_ {b}}）$

$ = \ frac {\ mid F（w）\ mid ^ 2} {T}（R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT）$

したがって、パワースペクトル密度の式が得られます。これを使用して、さまざまなラインコードのPSDを見つけることができます。