Coduri binare de linie de date

Coduri binare de linie de date

1 Prezentarea generala a codurilor

Simbolurile binare prin care se reprezinta informatia, 0 si 1 pot fi reprezentate electric in diferite moduri. Cea mai simpla reprezentare este cea unipolara , bitul 1 fiind reprezentat de un semnal pozitiv cu nivelul A, iar bitul 0 de un semnal nul, asa cum se arata in figura 1.a. Considerand bitii 1 si 0 echiprobabili, valoarea medie a tensiunii semnalului este:

A = p(0).0 + p(1).A = A/2

daca p(0) = p(1) = 1/ 2

Figura 1.a

Ei reprezinta totodata si valoarea de referinta in raport cu care se face decizia la receptie. Se observa ca aceasta decizie nu este ferma, ea fiind afectata de caracteristicile canalului de transmisie. In plus reprezentarea bitului 0 este pasiva, acesta fiind codat prin absenta semnalului pozitiv.

Pentru a inlaturarea acestui dezavantaj se poate folosi modul de reprezentare polar in care bitul 1 este codat printr-un semnal pozitiv, iar bitul 0 printr-un semnal negativ avand aceeasi amplitudine, varianta reprezentata in figura 1.b

Figura 1.b

Valoarea medie a tensiunii semnalului in aceleasi conditii este data de :

A_med = p(0).(-A) + p(1).A = 0

In acest mod se elimina dependenta tensiunii de referinta de caracteristicile canalului.

Un alt tip de codare este cea prin tranzitii sau codarea diferentiala. Aceasta codare implica o asociere a bitilor 1 si 0 din secventa de date cu tranzitiile din semnal: de exemplu, bitul 1 este asociat cu prezenta tranzitiei, iar bitul 0 cu absenta ei, asa cum se observa din figura 1.c.

Figura 1.c

Formele de unda reprezinta semnale codate NRZ-M (Not Return to Zero Mark). In primul caz tranzitia are loc la mijlocul intervalului de bit, in celalalt caz , la inceputul lui. Codul NRZ-M este descris de:

yk = dk (yk-1)

Daca dk = 0 ( yk = yk-1) si nu exista tranzitie, d_k = 1 T y_k = si s-a introdus tranzitie. Acest lucru este ilustrat in figura 2:

Figura 2

Se observa ca interpretarea formei de unda nu se schimba la inversarea semnalului receptionat, avand in vedere ca referinta nu este absoluta ca in cazul NRZ-L ( Not Return to Zero Level) ci relativa, adica se compara nivelul semnalului pe intervalul considerat cu cel de pe intervalul anterior in scopul determinarii prezentei tranzitiei. Acest tip de codare se foloseste cu succes pentru inlaturarea ambiguitatii de faza, problema care este specifica sistemelor de transmisii de date de tip PSK (Phase Shift Keying) fiind prezentat in figura 3

Figura 3

In codarea NRZ, succesiunile lungi de biti (1 sau 0) conduc la disparitia tranzitiilor de semnal ceea ce duce la dispariția in spectrul semnalului a componenta discrete pe frecventa de transmisie a datelor fbit , necesara pentru functionarea corecta a circuitului de sincronizare.

Aceasta situatie incomoda este suprimata prin codarea RZ, in care intervalul de bit este impartit in doua jumatati, in prima jumatate bitii fiind codati conform conventiei (unipolare sau polare) adoptate, iar in a doua jumatate prin nivelul 0, asa cum se observa in figura 4.

Figura 4

Semnalul RZ polar sau BRZ (Bipolar RZ) devine astfel un semnal ternar. Se observa ca prin redresarea semnalului BRZ se obține semnalul cu frecventa fbit , indiferent de secventa de date transmisa. In cazul semnalului RZ simplu curent, secventele lungi de 0 introduc in continuare probleme de sincronizare.

Definind transparenta la secventa de biti ca proprietatea sistemului de transmisiuni de date de a putea transporta corect orice secventa de date, se poate remarca faptul ca semnalul RZ unipolar nu asigura transparenta la secvente de tipul 00 . ..000. Aceasta impune combinarea acestei codari cu o codare cu bit de paritate (imparitate), la n biti 0 asociindu-se un bit 1 redundant, in asa fel incat la cel mult n+1 intervale sa existe o tranzitie.

Spre deosebire de codurile NRZ si RZ, codurile bifazice elimina problema transparentei la secventei lungi de 0 sau 1 folosind tot o reprezentare binara. Astfel, bitul 1 este reprezentat printr-un semnal pozitiv pe prima jumatate a intervalului de bit si prin semnal negativ pe cea de a doua jumatate, iar bitul 0 invers. Se obtine astfel codul bifazic L (BifL) sau Manchester care este echivalent cu o modulatie PSK a semnalului de tact de catre secventa de date. Codul Bif-L nu permite insa inversarea polaritatii liniei telefonice (schimbarea firelor intre ele), acest lucru fiind echivalent cu o schimbare a semnului semnalului emis, adica obtinerea informatiei negate.

Pentru eliminarea ambiguitatii de faza specifice sistemelor PSK, respectiv eliminarea deficientei de mai sus, se recurge la asocierea codarii Manchester cu cea diferentiala, obtinandu-se astfel codurile BifM (Bi-phase Mark), BifS (Bi-phase Space).

In codarea bifazica M ambele simboluri binare sunt reprezentate printr-o tranzitie la inceputul intervalului de bit. In codarea bifazica S conventia este inversa (fig.4).

Fig.4

Reducerea la jumatate a intervalului elementar (T/2 in loc de T), in comparatie cu codul NRZ-L, duce practic la o dublare a benzii necesare pentru transmisie, spectrul semnalului fiind mai intins.

Semnalul codat Miller sau DM (Delay Modulation) se obtine din semnalul BifL grupand tranzitiile in grupuri de cate doua si suprimand cea de a doua tranzitie. Codarea Miller este echivalenta cu o codare diferentiala pentru bitul 1, cu tranzitiile la mijlocul intervalului de bit si o codare diferentiala pentru bitul 0, cu tranzitiile la sfarsitul intervalului de bit.

Zerourile singulare si cele de la sfarsitul unei secvente lungi de zerouri sunt codate prin absenta tranzitiei. Formele de unda codate MRZ, Manchester si Miller sunt reprezentate in fig.5 si 6.

Figura 5

Fig. 6

In codarea Miller se vor obtine intervale semnificative cu lungimea T; 1,5T sau 2T

( T- durata bitului), ceea ce permite obtinerea unei viteze de transmisie egala cu cea din cazul NRZ, in conditiile asigurarii transparentei la orice secventa de biti. In plus, zerourile singulare sunt codate in mod unic, codul permite si detectia erorilor provocate de ambiguitatea de faza.Acest lucru este prezentat in figura 7.

Fig 7

2 Avantajele utilizarii codurilor de linie

Codurile binare de linie sunt utilizate in sistemele de comunicatii digitale prezentand o serie de avantaje: eliminarea ambiguitatilor de faza, facilitarea sincronizarii receptoarelor, reducerea energiei transmise, reducerea latimii benzii necesare de transmisie.

Facilitarea sincronizarii receptorului se poate face prin crearea unor componente discrete in spectrul semnalului codat pe frecventa de bit sau pe multipli sau submultiplii ai acesteia. In acest caz in codul bifazic L (BijL) bitul 1 este reprezentat pozitiv pe prima jumatate a intervalului de bit si prin semnal nul pe cea de a doua jumatate, iar bitul 0 invers. Acest lucru este echivalent cu o modulatie PSK a semnalului de tact de catre semnalul de date.

Eliminarea ambiguitatilor de faza se poate face prin utilizarea codurilor de tranzitie, cum ar fi codurile BijM si BijS, necesare in cazul transmisiilor cu dublu curent (cu nivele de 1) pe cablu.

Reducerea de energie transmisa se poate face prin scaderea latimii impulsului asociat bitului 1. Acest lucru este necesar mai ales in cazul sistemelor de transmisie unipolare pe fibra optica.