Цифровая связь - линейные коды
А line codeэто код, используемый для передачи данных цифрового сигнала по линии передачи. Этот процесс кодирования выбран таким образом, чтобы избежать перекрытия и искажения сигнала, такого как межсимвольные помехи.
Свойства линейного кодирования
Ниже приведены свойства линейного кодирования -
Поскольку кодирование выполняется для передачи большего количества битов в одном сигнале, используемая полоса пропускания значительно уменьшается.
Для данной полосы пропускания мощность используется эффективно.
Вероятность ошибки значительно снижена.
Обнаружение ошибок выполнено, и биполярный датчик также имеет возможность исправления.
Плотность мощности намного лучше.
Содержание хронометража адекватное.
Длинные строки 1s и 0s избегается для обеспечения прозрачности.
Типы линейного кодирования
Есть 3 типа линейного кодирования
- Unipolar
- Polar
- Bi-polar
Униполярная сигнализация
Униполярная сигнализация также называется On-Off Keying или просто OOK.
Наличие пульса означает 1 а отсутствие импульса представляет собой 0.
Есть два варианта униполярной сигнализации:
- Без возврата к нулю (NRZ)
- Вернуться к нулю (RZ)
Униполярный невозврат к нулю (NRZ)
В этом типе униполярной сигнализации высокий уровень данных представлен положительным импульсом, называемым Mark, который имеет продолжительность T0равна длительности битов символа. При низком уровне входных данных импульс отсутствует.
На следующем рисунке это ясно показано.
Advantages
Преимущества Unipolar NRZ:
- Это просто.
- Требуется меньшая пропускная способность.
Disadvantages
Недостатками Unipolar NRZ являются -
Исправление ошибок не выполняется.
Присутствие низкочастотных компонентов может вызвать спад сигнала.
Никаких часов нет.
Вероятна потеря синхронизации (особенно для длинных строк 1s и 0s).
Униполярный возврат к нулю (RZ)
В этом типе униполярной сигнализации высокий уровень данных, хотя и представлен Mark pulse, его продолжительность T0меньше, чем длительность битов символа. Половина длительности бита остается высокой, но немедленно возвращается к нулю и показывает отсутствие импульса в течение оставшейся половины длительности бита.
Это ясно видно на следующем рисунке.
Advantages
Преимущества Unipolar RZ:
- Это просто.
- Спектральная линия, имеющаяся на символьной скорости, может использоваться как часы.
Disadvantages
Недостатками Unipolar RZ являются -
- Без исправления ошибок.
- Занимает в два раза большую пропускную способность, чем однополярный NRZ.
- Спад сигнала возникает в местах, где сигнал отличен от нуля при 0 Гц.
Полярная сигнализация
Есть два метода полярной сигнализации. Они -
- Полярный NRZ
- Полярный РЗ
Полярный NRZ
В этом типе полярной сигнализации высокий уровень данных представлен положительным импульсом, а низкий уровень данных - отрицательным импульсом. На следующем рисунке это хорошо показано.
Advantages
Преимущества Polar NRZ:
- Это просто.
- Никаких низкочастотных составляющих нет.
Disadvantages
Недостатками Polar NRZ являются -
Без исправления ошибок.
Никаких часов нет.
Спад сигнала возникает в тех местах, где сигнал не равен нулю в 0 Hz.
Полярный РЗ
В этом типе полярной сигнализации высокий уровень данных, хотя и представлен Mark pulse, его продолжительность T0меньше, чем длительность битов символа. Половина длительности бита остается высокой, но немедленно возвращается к нулю и показывает отсутствие импульса в течение оставшейся половины длительности бита.
Однако для входа с низким уровнем отрицательный импульс представляет данные, а нулевой уровень остается неизменным в течение другой половины длительности бита. На следующем рисунке это ясно показано.
Advantages
Преимущества Polar RZ:
- Это просто.
- Никаких низкочастотных составляющих нет.
Disadvantages
К недостаткам Polar RZ можно отнести -
Без исправления ошибок.
Никаких часов нет.
Занимает в два раза большую пропускную способность, чем Polar NRZ.
Спад сигнала возникает в местах, где сигнал отличен от нуля в 0 Hz.
Биполярная передача сигналов
Это метод кодирования с тремя уровнями напряжения, а именно: +, - и 0. Такой сигнал называетсяduo-binary signal.
Примером этого типа является Alternate Mark Inversion (AMI). Для1, уровень напряжения переходит от + к - или от - к +, имея чередование 1sбыть одинаковой полярности. А0 будет иметь нулевой уровень напряжения.
Даже в этом методе у нас есть два типа.
- Биполярный NRZ
- Биполярный RZ
Из рассмотренных до сих пор моделей мы узнали разницу между NRZ и RZ. То же самое и здесь. На следующем рисунке это ясно показано.
На приведенном выше рисунке показаны формы сигналов биполярного NRZ и RZ. Длительность импульса и длительность битов символа равны для типа NRZ, а длительность импульса составляет половину длительности битов символа для типа RZ.
Преимущества
Ниже приведены преимущества -
Это просто.
Никаких низкочастотных составляющих нет.
Занимает более низкую полосу пропускания, чем однополярные и полярные схемы NRZ.
Этот метод подходит для передачи по линиям связи переменного тока, поскольку здесь не происходит спада сигнала.
В нем присутствует возможность обнаружения одиночной ошибки.
Недостатки
Ниже приведены недостатки -
- Никаких часов нет.
- Длинные строки данных вызывают потерю синхронизации.
Спектральная плотность мощности
Функция, которая описывает, как мощность сигнала распределяется на различных частотах в частотной области, называется Power Spectral Density (PSD).
PSD - это преобразование Фурье автокорреляции (сходство между наблюдениями). Он имеет форму прямоугольного импульса.
Вывод PSD
Согласно теореме Эйнштейна-Винера-Хинчина, если известна автокорреляционная функция или спектральная плотность мощности случайного процесса, другое можно найти точно.
Следовательно, чтобы получить спектральную плотность мощности, мы будем использовать временную автокорреляцию $ (R_x (\ tau)) $ сигнала мощности $ x (t) $, как показано ниже.
$ R_x (\ tau) = \ lim_ {T_p \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {T_p} \ int _ {\ frac {{- T_p}} {2}} ^ {\ frac {T_p} {2}} х (т) х (т + \ тау) dt $
Поскольку $ x (t) $ состоит из импульсов, $ R_x (\ tau) $ можно записать как
$ R_x (\ tau) = \ гидроразрыва {1} {T} \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_n \ delta (\ tau - nT) $
Где $ R_n = \ lim_ {N \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {N} \ sum_ka_ka_ {k + n} $
Узнав, что $ R_n = R _ {- n} $ для реальных сигналов, мы имеем
$ S_x (вес) = \ гидроразрыва {1} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $
Поскольку импульсный фильтр имеет спектр $ (w) \ leftrightarrow f (t) $, мы имеем
$ s_y (ш) = \ середина F (ш) \ середина ^ 2S_x (ш) $
$ = \ гидроразрыва {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (\ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_ne ^ {- jnwT_ {b}}) $
$ = \ гидроразрыва {\ середина F (ш) \ середина ^ 2} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $
Следовательно, мы получаем уравнение для спектральной плотности мощности. Используя это, мы можем найти PSD различных линейных кодов.