Koduesit / dekoduesit më të thjeshtë të të folurit që nuk përdorin fare informacion se si është formuar sinjali i koduar, por thjesht përpiqen ta afrojnë sinjalin e rindërtuar sa më afër origjinalit në formë. koduesit / dekoderat e formës valore... Teorikisht, ato janë të pandryshueshme për natyrën e sinjalit të dhënë në hyrjen e tyre dhe mund të përdoren për të koduar çdo sinjal, duke përfshirë jo të folurit. Këta kodues janë më të thjeshtët në parim të funksionimit dhe pajisjes, por nuk mund të sigurojnë shkallë të lartë të kompresimit (shkalla e ulët e kodit).
Mënyra më e thjeshtë për të koduar një formë valore është e ashtuquajtura modulimi i kodit të pulsit– ICM (ose PCM - Modulimi i kodit të pulsit), kur përdoret i cili kryhet thjesht kampionimi dhe kuantizimi uniform i sinjalit hyrës, si dhe shndërrimi i rezultatit në një kod binar uniform.
Për sinjalet e të folurit me një gjerësi bande standarde prej 0,3 deri në 3,5 kHz për transmetimin e të folurit, zakonisht përdoret frekuenca e kampionimit F disk ³2 F max = 8 kHz. Eksperimentalisht është treguar se me kuantizimin uniform, për të marrë një cilësi pothuajse ideale të të folurit, është e nevojshme të kuantizohet sinjali me të paktën ± 2000 nivele, me fjalë të tjera, nevojiten 12 bit për të përfaqësuar çdo mostër dhe shpejtësia e kodit që rezulton. do të jetë
R= 8000 mostra / s * 12 bit / mostër = 96000 bps = 96 kbps.
Duke përdorur kuantizimi i pabarabartë(më i saktë për nivelet e sinjaleve të vogla dhe më i trashë për nivelet e sinjaleve të mëdha, pra në mënyrë që gabimi relativ i kuantizimit të jetë konstant për të gjitha nivelet e sinjalit), mund të arrini të njëjtën cilësi subjektive të rivendosjes së sinjalit të të folurit, por me një numër shumë më të vogël nivelesh kuantizimi - rreth ± 128. Në këtë rast, për paraqitjen binar të mostrave të sinjalit, kërkohen 8 bit dhe shpejtësia e kodit që rezulton do të jetë 64 kbit / s.
Duke marrë parasysh vetitë statistikore të sinjalit të të folurit (lloji i shpërndarjes së probabilitetit të vlerave të çastit), si dhe vetitë jolineare të dëgjimit, i cili dallon tingujt e dobët shumë më mirë, shkalla e kuantizimit logaritmike është optimale, e cila u miratua si standard. në mesin e viteve '60 dhe tani përdoret gjerësisht sot. ... Vërtetë, në SHBA dhe Evropë, standardet për kuantizimin jolinear janë disi të ndryshme (komandimi i ligjit m dhe kompresimi i ligjit A), gjë që çon në nevojën për të rikoduar sinjalet.
Kështu, pika fillestare për çdo krahasim të efikasitetit dhe cilësisë së kodimit të sinjaleve të të folurit mund të jetë një shpejtësi kodi prej 64 kbit / s.
Teknika tjetër që bën të mundur uljen e shkallës së kodit që rezulton mund të jetë një përpjekje për të parashikuar vlerën e mostrës së sinjalit aktual nga disa nga vlerat e tij të mëparshme, dhe më pas, duke koduar jo vetë kampionin, por gabimet e parashikimit të tij - ndryshimi midis vlerës së vërtetë të kampionit aktual dhe vlerës së parashikuar të tij... Nëse saktësia e parashikimit është mjaft e lartë, atëherë gabimi i parashikimit të kampionit të ardhshëm do të jetë shumë më i vogël se vlera e vetë kampionit dhe do të nevojiten një numër shumë më i vogël bitësh për ta koduar atë. Në këtë mënyrë, sa më e parashikueshme të jetë sjellja e sinjalit të koduar, aq më efikas do të jetë ngjeshja e tij.
Ideja e përshkruar qëndron në themel të të ashtuquajturit modulimi i kodit të pulsit diferencial - DICM (DPCM ) - një metodë kodimi në të cilën nuk janë të koduara vetë vlerat e sinjalit, por ato dallimet nga disa vlera të parashikuara. Mënyra më e thjeshtë për të parashikuar është duke përdorur mostrën e mëparshme të sinjalit si një parashikim të vlerës së tij aktuale:
x * i = x i –1, e i = x i - x * I . (8.10)
Ky është i ashtuquajturi parashikimi i rendit zero, më e thjeshta, por edhe më pak e sakta. Më i saktë, padyshim, do të jetë parashikimi i mostrës aktuale bazuar në një kombinim linear të dy të mëparshmeve, etj.:
x * i = å a k x i - k, e i = x i - x * I . (8.11)
Fatkeqësisht, saktësia e parashikimit nuk rritet gjithmonë me një rritje të rendit të parashikimit, pasi vetitë e sinjalit midis mostrave tashmë fillojnë të ndryshojnë, prandaj, ato zakonisht kufizohen në parashikimin jo më të lartë se rendi 2 - 3.
Në fig. 8.16 dhe 8.17 janë diagrame DICM kodues dhe dekoder.
Kur kodoni sinjalet e të folurit, duke marrë parasysh shkallën e parashikueshmërisë së tyre afatshkurtër (për disa mostra të njëpasnjëshme), norma e kodit që rezulton për DICM (DPCM ) është zakonisht 5 deri në 6 bit për mostër ose 40 deri në 48 kbps.
Efikasiteti DICM mund të rritet pak nëse parashikimi dhe kuantizimi i sinjalit do të kryhet jo në bazë të disa karakteristikave të tij mesatare, por duke marrë parasysh vlerën e tyre aktuale dhe ndryshimet me kalimin e kohës, domethënë në mënyrë adaptive. Pra, nëse shkalla e ndryshimit të sinjalit është bërë më e madhe, ju mund të rritni hapin e kuantizimit dhe, anasjelltas, nëse sinjali filloi të ndryshojë shumë më ngadalë, madhësia e hapit të kuantizimit mund të zvogëlohet. Në këtë rast, gabimi i parashikimit do të ulet dhe, për rrjedhojë, do të kodohet me më pak bit për mostër. Kjo metodë kodimi quhet adaptive DICM , ose ADICM (ADPCM ). Sot, kjo metodë kodimi është e standardizuar dhe përdoret gjerësisht në ngjeshjen e të folurit në sistemet e komunikimit dixhital në distanca të gjata, në një sistem komunikimi mikroqelizor. DECT , në telefonat pa tela dixhitale etj. Përdorimi ADICM me një shpejtësi kodi prej 4 bit / mostër ose 32 kbps ofron të njëjtën cilësi subjektive të të folurit si 64 kbps - ICM , por në gjysmën e normës së kodit.
Sot, ato janë gjithashtu të standardizuara ADICM - kodekët për 40, 24 dhe 16 kbps (në rastin e fundit, me një cilësi sinjali pak më të keq sesa për 32 kbps - ADPCM). Kështu, mund të shihet se ngjeshja e sinjaleve të të folurit bazuar në kodimin e formës së tyre siguron, në rastin më të mirë, një ulje dy deri në trefish të shpejtësisë së kodit. Një rënie e mëtejshme e shpejtësisë çon në një përkeqësim të mprehtë të cilësisë së sinjalit të koduar.
Koduesit e formës valore të përshkruar më sipër përdorën një qasje thjesht kohore për të përshkruar këtë formë valore. Sidoqoftë, qasje të tjera janë gjithashtu të mundshme. Një shembull është i ashtuquajturi kodimi i nënbandës(Kodimi i nën-bandës - SBC ), në të cilin sinjali i hyrjes është i ndarë (ose i filtruar) në disa diapazon frekuencash (nën-banda) dhe sinjali në secilën prej këtyre nën-bandave është i koduar veçmas, për shembull, duke përdorur teknikën ADICM .
Meqenëse secila prej nënbandave të frekuencës ka një gjerësi bande më të ngushtë (të gjitha nënbandat shtohen në gjerësinë e brezit origjinal të sinjalit), atëherë shkalla e marrjes së mostrave në çdo nënband do të jetë gjithashtu më e ulët. Si rezultat, shkalla totale e të gjitha kodeve do të jetë të paktën jo më shumë se norma e kodit për sinjalin origjinal. Sidoqoftë, kjo teknikë ka disa avantazhe. Fakti është se ndjeshmëria subjektive e dëgjimit ndaj sinjaleve dhe shtrembërimeve të tyre është e ndryshme në frekuenca të ndryshme. Është maksimale në frekuencat 1 - 1,5 kHz dhe zvogëlohet në frekuenca më të ulëta dhe më të larta. Kështu, nëse sinjali kuantizohet më saktë në intervalin e ndjeshmërisë më të lartë të dëgjimit dhe më ashpër në intervalin e ndjeshmërisë së ulët, është e mundur të merret një fitim në shpejtësinë e kodit që rezulton. Në të vërtetë, kur përdorni teknologjinë kodimi i nënbandës një cilësi e mirë e të folurit të koduar u mor me një shpejtësi kodi prej 16 - 32 kbit / s. Enkoderi rezulton të jetë disi më kompleks sesa me një ADPCM të thjeshtë, megjithatë, është shumë më i thjeshtë se sa për metodat e tjera efektive të ngjeshjes së të folurit.
Një diagram i thjeshtuar i një koduesi të tillë (i ndarë në 2 nënbanda) është paraqitur në Fig. 8.18.
Afër kodimit të nënbandës është një metodë kompresimi e bazuar në aplikimin e transformimeve lineare në një sinjal, për shembull, një kosinus diskret ose transformim sinus. E ashtuquajtura teknologji përdoret për të koduar fjalimin. ATC (Adaptive Transform Coding), në të cilin sinjali ndahet në blloqe, një transformim diskret kosinus zbatohet në secilin bllok dhe koeficientët e fituar kuantizohen në mënyrë adaptive në përputhje me natyrën e spektrit të sinjalit.
Sa më domethënës të jenë koeficientët e transformimit, aq më shumë bit janë të koduar. Teknika është shumë e ngjashme me Jpeg por vlen për sinjalet e të folurit. Shkalla e kodit të arritur me një kodim të tillë është 12-16 kbit / s me cilësi mjaft të kënaqshme të sinjalit. Kjo metodë nuk u përdor gjerësisht për kompresimin e të folurit, pasi njihen metoda kodimi shumë më efikase dhe më të lehta për t'u përdorur.
Oriz. 8.18. Diagrami për shpjegimin e kodimit të nënbandës
Klasa tjetër e madhe e koduesve të të folurit janë koduesit burimor.
Kodimi burimor
Ndryshe nga koduesit e formës valore që nuk përdorin fare informacion se si është formuar sinjali i koduar, koduesit e burimit janë të bazuara pikërisht në modelin burimor dhe nga sinjali i koduar nxirret informacion për parametrat e këtij modeli. ku Rezultati i kodimit nuk janë kodet e sinjalit, por kodet e parametrave të burimit të këtyre sinjaleve. Quhen koduesit burim për kodimin e fjalimit vokoduesit(CODERS ZËRI) dhe punoni si kjo. Trakti i formimit të zërit përfaqësohet si një filtër linear me parametra të ndryshueshëm në kohë, i ngacmuar ose nga një burim i zhurmës së bardhë (kur formohen bashkëtingëlloret), ose nga sekuenca pulsi me një periudhë lartësie (kur formohen zanoret) - Fig. 8.19.
Modeli linear i sistemit të prodhimit të të folurit dhe parametrat e tij mund të gjenden në mënyra të ndryshme. Dhe lloji i kodifikuesit varet nga mënyra se si përcaktohen.
Informacioni që merr vokoderi si rezultat i analizimit të sinjalit të të folurit dhe i transmeton dekoderit është parametrat e filtrit të gjenerimit të të folurit, treguesi i zanoreve / zërit të pashprehur, forca e sinjalit të ngacmimit dhe periudha e lartësisë për zanoret... Këto parametra duhet të përditësohen çdo 10 deri në 20 ms për të gjurmuar jo-stacionaritetin e sinjalit të të folurit.
Një vokoder, ndryshe nga një kodues i formës valore, përpiqet të gjenerojë një sinjal që tingëllon si fjalimi origjinal dhe nuk i kushton vëmendje ndryshimit midis formës së valës dhe origjinalit. ku shpejtësia që rezulton e kodit në daljen e tij zakonisht nuk është më shumë se 2.4 kbps, domethënë pesëmbëdhjetë herë më pak se ADICM ! Fatkeqësisht, cilësia e të folurit e ofruar nga vokoduesit është shumë larg idealit, megjithëse tingulli i tij është mjaft i kuptueshëm, është krejtësisht i panatyrshëm. Në të njëjtën kohë, edhe një rritje e konsiderueshme e shkallës së kodit praktikisht nuk përmirëson cilësinë e të folurit, pasi një model shumë i thjeshtë i sistemit të prodhimit të të folurit u zgjodh për kodim. Veçanërisht i përafërt është supozimi se të folurit përbëhet vetëm nga zanore dhe bashkëtingëllore, gjë që nuk lejon asnjë gjendje të ndërmjetme.
Aplikimi kryesor i vokoderëve gjendet në fushën ushtarake, ku gjëja kryesore nuk është natyraliteti i të folurit, por një shkallë e madhe e ngjeshjes së tij dhe një shkallë shumë e ulët e kodit, gjë që bën të mundur mbrojtjen në mënyrë efektive nga përgjimi dhe klasifikimin e transmetuar. të folurit. Le të hedhim një vështrim të shpejtë në llojet kryesore të njohura të kodifikuesve të zërit.
Vokoduesit e kanalit. Ky është lloji më i vjetër i vokoduesit, i propozuar që në vitin 1939. Ky vokoder përfiton nga ndjeshmëria e ulët e dëgjimit njerëzor ndaj zhvendosjeve të vogla të fazës (kohës) në sinjal.
Për segmentet e të folurit me gjatësi afërsisht 20 deri në 30 ms, spektri i amplitudës përcaktohet duke përdorur një grup filtrash me brez të ngushtë. Sa më shumë filtra, aq më mirë vlerësohet spektri, por aq më shumë bit nevojiten për ta koduar atë dhe aq më e madhe është shpejtësia e kodit që rezulton. Sinjalet nga daljet e filtrave zbulohen, kalohen përmes një filtri me kalim të ulët, kampionohen dhe kodohen binar (Fig. 8.20).
Kështu, përcaktohen parametrat që ndryshojnë ngadalë të traktit vokal dhe, përveç kësaj, me ndihmën e detektorëve të tonit kryesor dhe tingujve të zanoreve, periudha e tonit kryesor të ngacmimit dhe shenjës - një zanore / tingull i pashprehur.
Vokoderi i kanalit mund të zbatohet si në formë dixhitale ashtu edhe në formë analoge dhe siguron një fjalim mjaft të kuptueshëm me një shpejtësi kodi në daljen e tij prej rreth 2.4 kbps.
Oriz. 8.20. Qarku fillestar i vokoduesit
Dekoderi (Fig. 8.21), pasi ka marrë informacionin e gjeneruar nga koduesi, e përpunon atë në mënyrë të kundërt, duke sintetizuar në daljen e tij një sinjal të folur, deri diku të ngjashëm me origjinalin.
Duke pasur parasysh thjeshtësinë e modelit, është e vështirë të pritet një fjalim i rindërtuar me cilësi të mirë nga ngjeshja e vokoderit. Në të vërtetë, vokoduesit e kanaleve përdoren kryesisht vetëm aty ku kërkohet kryesisht kuptueshmëri dhe një raport i lartë kompresimi: në komunikimet ushtarake, aviacionin, komunikimet hapësinore, etj.
|
Vokoder homomorfik. Përpunimi homomorfik i sinjalit është një teknikë e përpunimit jo-linear që mund të zbatohet në mënyrë efektive për sinjale komplekse si të folurit.
Duke marrë parasysh modelin e sistemit të vokoduesit të përdorur në vokodues, sinjali i të folurit mund të përfaqësohet si një konvolucion kohor i përgjigjes kalimtare të impulsit të traktit vokal me sinjalin e ngacmimit. Në fushën e frekuencës, kjo korrespondon me produktin e përgjigjes së frekuencës së traktit vokal dhe spektrit të sinjalit të ngacmimit. Së fundi, nëse marrim logaritmin e këtij produkti, atëherë marrim shumën e logaritmeve të spektrit të sinjalit të ngacmimit dhe përgjigjes së frekuencës së traktit vokal. Meqenëse veshi i njeriut është praktikisht i pandjeshëm ndaj fazës së sinjalit, është e mundur të operohet me spektra amplitudë:
log (| S (e jw) |) = log (| P (e jw) |) + log (| V (e jw) |,(8.12)
ku S (e jw) - spektri i të folurit, P (ejw) spektri i sinjalit të ngacmimit dhe V (ejw) - reagimi i frekuencës së traktit vokal.
Nëse tani i kanoset log (| S (e jw) |) transformimi i anasjelltë i Furierit ( OPF ), atëherë marrim të ashtuquajturën sinjal cepstrum. Parametrat e traktit vokal ndryshojnë në kohë relativisht ngadalë (spektri i tyre është në rajonin me frekuencë të ulët - LF), ndërsa sinjali i ngacmimit është një funksion që lëkundet shpejt (spektri i tij është i përqendruar në rajonin me frekuencë të lartë - HF). Kështu që në cepstrumin e sinjalit të të folurit këta komponentë janë të ndarë (fig. 8.22) dhe mund të kodohen veçmas.
Oriz. 8.22. Paraqitja e një sinjali të të folurit në formën e komponentëve LF dhe HF
Një diagram i një koduesi / dekoderi homomorfik të të folurit është paraqitur në Fig. 8.23, duke e përdorur atë, mund të merrni një shpejtësi kodi prej 4 kbps.
Vokodues formant. Siç u përmend më herët, informacioni bazë për një sinjal të të folurit përmbahet në pozicionin dhe gjerësinë e formantëve të tij përbërës. Nëse përcaktoni dhe kodoni parametrat e këtyre formantëve me saktësi të lartë, mund të merrni një shpejtësi shumë të ulët të kodit - më pak se 1 kbps. Fatkeqësisht, kjo është shumë e vështirë për t'u bërë, kështu që koduesit e të folurit formant nuk kanë gjetur ende përdorim të gjerë.
Vokoduesit e parashikimit linear. Vokoduesit e bazuar në parashikim linear përdorni të njëjtin model të prodhimit të të folurit si pjesa tjetër e atyre që konsiderohen. Ajo që i dallon është metoda për përcaktimin e parametrave të rrugës. Koduesit parashikues linearë, ose LPK, e konsiderojnë traktin vokal si një filtër linear me një përgjigje të vazhdueshme impulse, në të cilin çdo vlerë e njëpasnjëshme sinjali mund të merret si një kombinim linear i një numri vlerash të tij të mëparshme.
Oriz. 8.23. Qarku homomorfik i koduesit / dekoderit
Në vokoderin LPK, sinjali i të folurit ndahet në blloqe me gjatësi rreth 20 ms, për secilën prej të cilave përcaktohen koeficientët e filtrit parashikues. Këta koeficientë kuantizohen dhe transmetohen në dekoder. Pastaj sinjali i të folurit kalon përmes një filtri, përgjigja e frekuencës së të cilit është e kundërt me përgjigjen e frekuencës së traktit vokal. Gabimi i parashikimit merret në daljen e filtrit. Qëllimi i parashikuesit është të eliminojë korrelacionin midis mostrave të sinjalit ngjitur. Si rezultat, korrelacioni afatgjatë në sinjal është shumë më i theksuar, gjë që bën të mundur përcaktimin më të saktë të frekuencës së tonit themelor dhe nxjerrjen në pah të shenjës së një tingulli zanor / bashkëtingëllor.
Vokoduesit e parashikimit linear janë tani më të njohurit, sepse të gjitha modelet e traktit vokal të filtrit që përdorin funksionojnë shumë mirë. Shkalla e kodit të marrë me ndihmën e tyre me cilësi të mirë të të folurit është deri në 2.4 kbit / s.
Hartëzimi i kanaleve logjike me kanalet fizike kryhet përmes proceseve të kodimit dhe enkriptimit të mesazheve të transmetuara.
Për të mbrojtur kanalet logjike nga gabimet që ndodhin gjatë transmetimit, përdoren tre lloje të kodimit: kodimi i bllokut - për zbulimin e shpejtë të gabimeve gjatë marrjes; super i saktë - për të korrigjuar gabimet e vetme; ndërthurja - për të kthyer shpërthimet e gabimeve në të vetme.
Për të mbrojtur kanalet nga përgjimi, enkriptimi përdoret në kanalet e komunikimit dhe kontrollit.
Për transmetimin e mesazheve përmes kanaleve fizike, përdoret tastimi i zhvendosjes së frekuencës Gaussian me zhvendosje minimale të frekuencës (GMSK).
Modulimi RF
Standardi GSM përdor Gaussian Minimum Shift Frequency Shift Keying (GMSK). Manipulimi quhet "Gaussian" sepse sekuenca e bitave të informacionit përpara se modulatori të kalojë përmes një filtri Gaussian të kalimit të ulët (LPF), i cili rezulton në një reduktim të ndjeshëm në gjerësinë e brezit të sinjalit të radios të transmetuar. Formimi i sinjalit radio GMSK kryhet në atë mënyrë që faza e bartësit të ndryshojë me 90 ° në intervalin e një biti informacioni. Ky është ndryshimi më i vogël i mundshëm i fazës i dallueshëm me këtë lloj modulimi. Ndryshimi i vazhdueshëm i fazës së një sinjali sinusoidal rezulton në modulim të frekuencës me ndryshime diskrete të frekuencës. Përdorimi i një filtri Gaussian ju lejon të merrni "tranzicione të qetë" me një ndryshim diskret në frekuencë. Në standardin GSM, modulimi GMSK përdoret me vlerën e gjerësisë së brezit të normalizuar BT - 0.3, ku B është gjerësia e brezit të filtrit në nivelin minus 3 dB, T është kohëzgjatja e një biti të një mesazhi dixhital. Bërthama e formësuesit të sinjalit GMSK është një modulator katror (1 / Q). Qarku përbëhet nga dy shumëzues dhe një grumbullues. Qëllimi i këtij qarku është të sigurojë modulim fazor të vazhdueshëm dhe shumë të saktë. Një shumëzues ndryshon amplituda e sinusoidalit, dhe i dyti, lëkundjen e kosinusit. Sinjali i hyrjes përpara shumëzuesit ndahet në dy komponentë kuadratikë. Zbërthimi bëhet në dy blloqe të përcaktuara "sin" dhe "cos".
Modulimi GMSK ka karakteristikat e mëposhtme që preferohen për komunikimet celulare:
zarf i nivelit konstant, i cili lejon përdorimin e pajisjeve efikase transmetuese me amplifikues të fuqisë në modalitetin e klasës C;
spektri kompakt në daljen e amplifikatorit të fuqisë së pajisjes transmetuese, duke siguruar një nivel të ulët të rrezatimit jashtë brezit;
karakteristika të mira të imunitetit të zhurmës të kanalit të komunikimit.
KODIMI DHE LËVIZJA NË KANALET E KOMUNIKIMIT DHE KONTROLLIT TË STANDARDIT GSM
Blloku i përgjithshëm i kodimit dhe ndërthurjes në standardin GSM
Kodimi i ndërthurur dhe i ndërthurur i bllokut përdoret për të mbrojtur kundër gabimeve në kanalet e radios celulare GSM PLMN. Ndërlidhja konverton shpërthimet e gabimeve në të vetme. Kodimi konvolucional është një mjet i fuqishëm për trajtimin e gabimeve të vetme. Kodimi i bllokut përdoret kryesisht për të zbuluar gabimet e pakorrigjuara.
Kodi i bllokut (n, k, t) konverton k simbole informacioni në n simbole duke shtuar simbole barazie (n-k), dhe gjithashtu mund të korrigjojë gabimet e simboleve t.
Kodet konvolucionale (CK) i përkasin klasës së kodeve të korrigjimit të vazhdueshëm të gabimeve. Një nga karakteristikat kryesore të SC është vlera e K, e cila quhet gjatësia e kufizimit dhe tregon se cili numër maksimal i simboleve dalëse ndikohet nga një simbol i caktuar informacioni. Meqenëse kompleksiteti i dekodimit të një CS sipas algoritmit Viterbi, i cili është më i favorshmi nga pikëpamja e zbatimit, rritet në mënyrë eksponenciale me një rritje në gjatësinë e kufizimit të kodit, vlerat tipike të K janë të vogla dhe të rreme. në rangun 3-10. Një tjetër disavantazh i IC-ve është se ato nuk mund të zbulojnë gabime. Prandaj, standardi GSM për zbulimin e gabimeve të jashtme përdor një kod blloku të bazuar në një kod konvolucional (2, 1, 5) me një normë r = 1/2. Fitimi më i madh i SC siguron vetëm gabime të vetme (të rastësishme) në kanal.
Në kanalet me zbehje, që ndodh në GSM PLMN, është e nevojshme të përdoret CK në lidhje me ndërthurjen.
Në GSM PLMN, vetitë themelore të kanaleve të zërit dhe të kontrollit ndryshojnë ndjeshëm nga njëra-tjetra. Kanalet zanore kërkojnë komunikim në kohë reale me vonesa të shkurtra me kërkesa relativisht të ulëta për gabime në kanal. Kanalet e kontrollit kërkojnë integritet absolut të të dhënave dhe zbulim të gabimeve, por lejohen kohë më të gjata transmetimi dhe vonesa.
Në përputhje me strukturën e përgjithshme të kornizës në standardin GSM, mesazhet e informacionit dhe sinjalet e kontrollit transmetohen në një interval kohor normal (NB) të një kornize TDMA. Struktura NB (dy pako me nga 57 bit informacioni secila) kërkon që numri i biteve të koduar m që korrespondon me n - bit të pakoduar në skemën e përgjithshme të kodimit dhe ndërthurjes të jetë një shumëfish i plotë i 19-shit. Këto bit më pas kodohen dhe kombinohen në grupet I . Numri i biteve në këto grupe gjithashtu duhet të jetë 19, grupet I hyjnë në lojëra elektronike I. Numri I quhet shkalla e ndërthurjes.
Kanale të ndryshme logjike përdorin kode të ndryshme konvolucioniste sepse normat e transmetimit dhe kërkesat për mbrojtjen e gabimeve janë gjithashtu të ndryshme. Për të thjeshtuar mekanizmat e kodimit dhe dekodimit, përdoren vetëm disa polinome për të gjeneruar kodet. Kjo lejon përdorimin e një kodi konvolucional me një normë r = 1/2. Sidoqoftë, për të përmbushur kërkesat e formimit të një kanali komunikimi me shpejtësi të plotë, si dhe për të sjellë strukturën e shpërndarjes së biteve në përputhje me strukturën e kornizës, kërkohet norma r = 244/456 = 0,535. Për të barazuar shkallën në kanalin e të folurit në r = 1/2, përdoret decimation, domethënë, kapërcimi periodik i disa simboleve të koduara. Ky operacion quhet punching, dhe kodet e krijuara në këtë mënyrë quhen punched. Gjatë marrjes, dekoderi, duke ditur algoritmin e decimimit, interpolon të dhënat e marra.
Gjurmimi nuk përdoret kur transmetohet kanali logjik i kontrollit të përbashkët të shpejtë FACCH.
Kodimi konvolucional dhe ndërthurja në kanalin e të folurit me shpejtësi të plotë
Kodeku i të folurit transmeton çdo 260 bit sekuencë informacioni me një shpejtësi prej 13 kbps në një skemë të kodimit të kanalit. 182 bitet e para te kesaj kornize, te quajtura bite e klasit 1 ne standardin GSM, mbrohen me nje kod blloku te dobet per te zbuluar gabimet ne marres.
Kodimi kryhet si më poshtë: bitet e klasës 1 ndahen gjithashtu në kontrolle të barazisë. Kodi i bllokut është një 50 bit sistematik i cunguar i klasës 1a dhe 132 bit i klasës 1b. Bitët e klasës 1a plotësohen nga tre bit kodi ciklik (53, 50).
Në përputhje me rregullin e pranuar për gjenerimin e një kodi sistematik, çelësi Sw mbyllet për kohëzgjatjen e pesë deri në dhjetë impulseve të para të orës, dhe pjesët e informacionit që vijnë në hyrjen e koduesit futen njëkohësisht në bllok për rirenditje dhe gjenerim. copat e barazisë. Pas pesëdhjetë pulseve të orës, çelësi Sw aktivizohet dhe bitet e barazisë merren nga koduesi. Në këtë fazë, kryhet hapi i parë i ndërthurjes. Bitët me numra çift mblidhen në pjesën e parë të fjalës së informacionit, të ndjekur nga tre bit barazie. Bitët e indeksuar me teke më pas ruhen në memorien e tamponit dhe shkëmbehen. Kjo pasohet nga katër bit zero, të cilët janë të nevojshëm për funksionimin e koduesit, i cili gjeneron një kod që korrigjon gabimet e rastësishme në kanal. Më pas, 189 bit të klasës 1 kodohen me një kod konvolucionist (2,1,5) me shpejtësi r = 1/2.
Pas kodimit konvolucional, gjatësia totale e kornizës është 2x189 + 78 = 456 bit. Më pas, korniza 456-bit ndahet në tetë nënblloqe 57-bitësh, të cilët janë të ndërthurur diagonalisht dhe brenda kornizës. Më konkretisht, nënblloqet B0 dhe B4 formohen në pako 114-bitësh, të cilat janë rezultat i ndërthurjes bllok-diagonale (DI/B). Bitët B0 dhe B4 të nën-blloqeve ndërthuren në çifte për të formuar një proces të ndërthurjes së biteve brenda kornizës (IBI / B). Paketa që rezulton përfshin dy flamuj kryesorë h1, h0, të cilët përdoren për të klasifikuar paketa të ndryshme transmetimi.
Kodimi dhe ndërthurja e kanalit me shpejtësi të plotë
transmetimin e të dhënave
Për të përmirësuar efikasitetin e kodimit konvolucional në kanalet e transmetimit të të dhënave me shpejtësi të plotë, kërkohet një periudhë e gjatë ndërthurjeje. Në këto kanale, ndërlidhja brenda kornizës (IBI / B) zbatohet për shkallën e ndërthurjes I = 19, e cila çon në një vonesë të transmetimit të të dhënave prej 19x116 = 2204 bit. Nëse bitet e paketës së I-të (intervali kohor) para ndërthurjes shënohen si C (Km), m = 1 ... 116, atëherë skema e ndërthurjes, domethënë pozicionet e biteve pas ndërthurjes, përcaktohen nga sa vijon formula:
I (K + j, j + 19t) = C (K, m) për të gjithë K j = m mod 19, t = m mod 6.
). Kodimi fizik mund të ndryshojë formën, gjerësinë e brezit dhe përbërjen harmonike të sinjalit në mënyrë që të sinkronizojë marrësin dhe transmetuesin, të eliminojë komponentin DC ose të zvogëlojë kostot e harduerit.
YouTube kolegjial
-
1 / 5
Sistemi i kodimit të sinjalit ka një hierarki me shumë nivele.
Kodimi fizik
Niveli më i ulët në hierarkinë e kodimit është kodimi fizik, i cili përcakton numrin e niveleve diskrete të sinjalit (amplituda e tensionit, amplituda e rrymës, amplituda e ndriçimit).
Kodimi fizik e konsideron kodimin vetëm në nivelin më të ulët të hierarkisë së kodimit - nivelin fizik dhe nuk merr parasysh nivelet më të larta në hierarkinë e kodimit, të cilat përfshijnë kodimin logjik të niveleve të ndryshme.
Nga pikëpamja e kodimit fizik, një sinjal dixhital mund të ketë dy, tre, katër, pesë, etj. nivele të amplitudës së tensionit, amplitudës së rrymës, amplitudës së dritës.
Asnjë nga versionet e teknologjisë Ethernet nuk përdor kodim binar të drejtpërdrejtë të bitit 0 me një tension prej 0 volt dhe bitit 1 me një tension prej +5 volt, pasi kjo metodë çon në paqartësi. Nëse një stacion dërgon vargun e bitit 00010000, atëherë stacioni tjetër mund ta interpretojë atë si 10000 ose 01000, pasi nuk mund të dallojë "pa sinjal" nga biti 0. Prandaj, makina marrëse ka nevojë për një mënyrë për të përcaktuar në mënyrë unike fillimin, fundin dhe në mes të çdo biti pa ndihmën e një timer të jashtëm. Kodimi fizik i sinjalit lejon marrësin të sinkronizohet me transmetuesin në një ndryshim të tensionit në mes të periudhës së bitit.
Kodimi logjik
Niveli i dytë në hierarkinë e kodimit është niveli më i ulët i kodimit logjik me qëllime të ndryshme.
Së bashku, kodimi fizik dhe kodimi logjik formojnë sistemin e kodimit të nivelit më të ulët.
Formatet e kodit
Çdo pjesë e një fjale kodi transmetohet ose shkruhet duke përdorur sinjale diskrete siç janë pulset. Mënyra se si kodi burim përfaqësohet nga sinjale të caktuara përcaktohet nga formati i kodit. Njihen një numër i madh formatesh, secila prej të cilave ka avantazhet dhe disavantazhet e veta dhe është menduar për përdorim në pajisje specifike.
- Formati BVN (nuk ka kthim në zero) natyrshëm korrespondon me mënyrën e funksionimit të qarqeve logjike. Një bit i vetëm transmetohet brenda një cikli, niveli nuk ndryshon. Një skaj pozitiv nënkupton një kalim nga 0 në 1 në kodin burimor, një skaj negativ - nga 1 në 0. Mungesa e skajeve tregon që vlerat e biteve të mëparshme dhe të mëvonshme janë të barabarta. Për të deshifruar kodet në formatin BVN, kërkohen impulse të orës, pasi spektri i tij nuk përmban një frekuencë të orës. Sinjali që korrespondon me kodin e formatit BVN përmban komponentë me frekuencë të ulët (nuk ndodhin rënie kur transmetohen seri të gjata zero ose njësh).
- Formati BVN-1 (nuk ka kthim në zero me rënie në transmetim 1)është një lloj formati BVN. Ndryshe nga kjo e fundit, niveli BVN-1 nuk transmeton të dhëna, pasi si pikat pozitive ashtu edhe ato negative korrespondojnë me bit të vetëm. Rënia e sinjalit formohet gjatë transmetimit 1. Me transmetimin 0, niveli nuk ndryshon. Ora kërkohet për dekodim.
- Formati BVN −0 (nuk ka kthim në zero me rënie kur transmetohet 0)është plotësuese me BVN-1 (pjerrët korrespondojnë me zero bit të kodit burimor). Në sistemet multitrack për regjistrimin e sinjaleve dixhitale, impulset e orës duhet të regjistrohen së bashku me kodin në formatin BVN. Një opsion i mundshëm është regjistrimi i dy sinjaleve shtesë që korrespondojnë me kodet në formatet BVN-1 dhe BVN-0. Në një nga dy sinjalet, rëniet ndodhin në çdo cikël të orës, gjë që bën të mundur marrjen e impulseve të orës.
- Formati VN (kthimi në zero) kërkon transmetimin e një pulsi që zë vetëm një pjesë të intervalit të orës (për shembull, gjysmën), me një bit të vetëm. Me një bit zero, nuk gjenerohet asnjë impuls.
- Formati VN-P (me pauzë aktive) nënkupton transmetimin e një impulsi me polaritet pozitiv me një bit të vetëm dhe negativ - me një bit zero. Një sinjal i këtij formati ka komponentë të frekuencës së orës në spektrin e tij. Përdoret në një sërë rastesh për transmetimin e të dhënave përmes linjave të komunikimit.
- Formati DF-0 (dyfazor me një kërcim fazor kur transmetohet 0) Korrespondon me metodën e paraqitjes në të cilën kërcimet formohen në fillim të çdo mase. Me bit të vetëm, sinjali në këtë format ndryshon me frekuencën e orës, domethënë në mes të çdo cikli ka një rënie të nivelit. Kur transmetohet një bit zero, një ndryshim në mes të ciklit nuk formohet, domethënë ka një kërcim fazor. Kodi në këtë format ka aftësinë të vetësinkronizohet dhe nuk kërkon transmetimin e sinjaleve të orës.
Drejtimi i diferencialit kur transmetohet një sinjal 1 është i parëndësishëm. Prandaj, ndryshimi i polaritetit të sinjalit të koduar nuk ndikon në rezultatin e dekodimit. Mund të transmetohet përmes linjave të balancuara pa një komponent DC. Gjithashtu e bën më të lehtë regjistrimin magnetik. Ky format njihet edhe si Manchester 1. Përdoret në kodin e adresës së kohës SMPTE, i cili përdoret gjerësisht për sinkronizimin e mediave audio dhe video.
Sistemet e kodimit me dy nivele
Nuk ka kthim në zero
Kodimi i mundshëm, i quajtur gjithashtu kodim pa kthim në zero (NRZ (anglisht) rusisht).
Kur transferoni zero, ai transferon potencialin që ishte vendosur në ciklin e mëparshëm (d.m.th., nuk e ndryshon atë), dhe kur transferoni një, potenciali përmbyset në të kundërtën. Ky kod quhet kodi i përmbysjes së një potenciali (NRZI).
NRZ
Për transmetimin e njësheve dhe zeros, përdoren dy potenciale të dallueshme në mënyrë të qëndrueshme:
- bitet 0 përfaqësohen nga një tension zero 0 (V);
- bitet 1 përfaqësohen me vlerën U (B).
NRZ (i përmbysur):
- bitet 0 përfaqësohen nga vlera U (B);
- bitet 1 përfaqësohen nga 0 (V) tension zero.
Kodi më i thjeshtë, një sinjal i zakonshëm dixhital (diskret) (mund të konvertohet në polaritet të kundërt ose nivele që korrespondojnë me zero dhe një mund të ndryshohet).
Përparësitë - Zbatim i thjeshtë; nuk ka nevojë të kodohet dhe deshifrohet në skajet. Shpejtësia e lartë e transmetimit për një gjerësi brezi të caktuar (për të siguruar një gjerësi brezi prej 10 Mbps, gjerësia e brezit do të jetë 5 MHz, pasi një lëkundje është 2 bit). Një bit start-stop përdoret për të sinkronizuar transferimin e bajtit.
Disavantazhet - Prania e një komponenti konstant, i cili e bën të pamundur sigurimin e izolimit galvanik duke përdorur një transformator. Kërkesa të larta për sinkronizimin e frekuencës në skajet marrëse dhe transmetuese - gjatë transmetimit të një fjale (bajt), marrësi nuk duhet të humbasë më shumë se një bit (për shembull, për një fjalë të gjatë bajt me bit fillimi dhe ndalimi, d.m.th. vetëm 10 bit informacion kanali, frekuencat e desinkronizimit të marrësit dhe transmetuesit nuk mund të kalojnë 10% në të dy drejtimet, për një fjalë 16 bit, domethënë 18 bit informacion kanali, desinkronizimi nuk duhet të kalojë 5.5%, dhe aq më pak në implementimet fizike).
NRZI
Kur transmetohet një sekuencë njësh, sinjali, ndryshe nga metodat e tjera të kodimit, nuk kthehet në zero gjatë ciklit të orës. Kjo do të thotë, ndryshimi i sinjalit ndodh kur njësia transmetohet, dhe transferimi i zeros nuk çon në një ndryshim në tension.
Përparësitë e metodës NRZI:
- Lehtësia e zbatimit.
- Metoda ka njohje të mirë të gabimeve (për shkak të pranisë së dy potencialeve të ndryshme).
- F0 themelore ka një frekuencë mjaft të ulët (e barabartë me N / 2 Hz, ku N është shpejtësia e bitit të bitit / s të të dhënave diskrete), e cila çon në një spektër të ngushtë.
Disavantazhet e metodës NRZI:
- Metoda nuk ka vetinë e vetësinkronizimit. Edhe në prani të një gjeneratori të orës me precizion të lartë, marrësi mund të bëjë një gabim me zgjedhjen e momentit të marrjes së të dhënave, pasi frekuencat e dy oshilatorëve nuk janë kurrë plotësisht identike. Prandaj, me shpejtësi të lartë të të dhënave dhe sekuenca të gjata njësh ose zero, një mospërputhje e vogël e frekuencës së orës mund të çojë në një gabim në një cikël të tërë dhe, në përputhje me rrethanat, në leximin e një vlere të pasaktë të bitit.
- Pengesa e dytë serioze e metodës është prania e një komponenti me frekuencë të ulët, i cili i afrohet një sinjali konstant kur transmeton sekuenca të gjata të njësheve dhe zerove (mund të kaloni duke kompresuar të dhënat e transmetuara). Për shkak të kësaj, shumë linja komunikimi që nuk ofrojnë një lidhje të drejtpërdrejtë galvanike midis marrësit dhe burimit nuk e mbështesin këtë lloj kodimi. Prandaj, në rrjete, kodi NRZ përdoret kryesisht në formën e modifikimeve të ndryshme të tij, në të cilat eliminohen si vetësinkronizimi i dobët i kodit ashtu edhe problemet e komponentit konstant.
Transmetimi me shumë nivele MLT-3 - 3 (transmetim me shumë nivele) - pak i ngjashëm me kodin NRZI, por ndryshe nga ky i fundit, ai ka tre nivele sinjali. Njësia korrespondon me kalimin nga një nivel sinjali në tjetrin, dhe ndryshimi në nivelin e sinjalit ndodh në mënyrë sekuenciale duke marrë parasysh tranzicionin e mëparshëm. Kur transmetoni "zero", sinjali nuk ndryshon.
Ky kod, si NRZI, duhet të kodohet paraprakisht. Përdoret në Fast Ethernet 100Base-TX.
Kodi tresh hibrid (anglisht) rusisht
Biti i hyrjes Gjendja e mëparshme
në daljeBiti i daljes 0 + − 0 − 0 1 + 0 + − 4B3T[hiq shabllonin]
Tabela e kodimit:
Tabela e kodimit MMS 43
Input Kompensimi i akumuluar DC 1 2 3 4 0000 + 0 + (+2) 0−0 (−1) 0001 0 − + (+0) 0010 + − 0 (+0) 0011 0 0 + (+1) − − 0 (−2) 0100 − + 0 (+0) 0101 0 + + (+2) − 0 0 (−1) 0110 − + + (+1) − − + (−1) 0111 − 0 + (+0) 1000 + 0 0 (+1) 0 − − (−2) 1001 + − + (+1) − − − (−3) 1010 + + − (+1) + − − (−1) 1011 + 0 − (+0) 1100 + + + (+3) − + − (−1) 1101 0 + 0 (+1) − 0 − (−2) 1110 0 + − (+0) 1111 + + 0 (+2) 0 0 − (−1) Tabela e dekodimit.
Konvertimi i sinjalit
Gabimet e kuantizimit dhe zhurma.
Kuantizimi i nivelit, kuantizimi uniform dhe jo uniform.
Konvertimi i sinjalit.
Kanali ekziston një grup mjetesh teknike midis burimit të mesazheve dhe konsumatorit. Pajisjet teknike që përbëjnë kanalin janë krijuar për të siguruar që mesazhet të arrijnë te konsumatori në mënyrën më të mirë të mundshme - për këtë, sinjalet konvertohen. Transformime të tilla të dobishme të sinjalit janë modulimi i diskutuar më parë dhe shndërrimi i sinjaleve të vazhdueshme në ato diskrete. Prandaj, kanalet klasifikohen sipas gjendjeve - e vazhdueshme dhe diskrete.
Sinjalet që bartin informacion për gjendjen e një objekti ose procesi janë për nga natyra e tyre të vazhdueshme, ashtu si vetë proceset janë të vazhdueshme. Prandaj, sinjalet e tilla quhen analoge, sepse ato janë analoge me gjendjet e procesit ose objektit që përfaqësojnë. Numri i vlerave që një sinjal analog mund të pranojë është i pafund. Prandaj, kanalet në të cilat transmetohen këto sinjale janë gjithashtu analoge.
Në centralet telefonike automatike, detyra shpesh reduktohet në dallimin midis një numri të kufizuar gjendjesh objektesh, për shembull, nëse një qark hekurudhor është i zënë apo i lirë. Për të transmetuar këtë numër gjendjesh, mjafton të krahasohet sinjali i marrë me ndonjë sinjal referimi. Nëse është më shumë se ai referues, objekti është në një gjendje, më pak - në një tjetër. Sa më i madh të jetë numri i gjendjeve të objektit, aq më shumë nivele referencë duhet të jenë.
Nga ana tjetër, mjafton që konsumatori të marrë informacion për gjendjen e objektit jo vazhdimisht në kohë, por periodikisht, dhe nëse periudha e votimit lidhet me shkallën e ndryshimit të gjendjes së objektit, atëherë konsumatori nuk do të ketë asnjë humbje informacioni.
Si rezultat i transformimeve të një sinjali të vazhdueshëm, i quajtur kuantizimi dhe marrjen e mostrave marr numërimet e sinjaleve, të konsideruara si numra në një ose një sistem tjetër numrash. Këto mostra janë sinjale diskrete. Këta numra shndërrohen në kombinime kodesh të sinjaleve elektrike, të cilat transmetohen në linjën e komunikimit si të vazhdueshme. Kur përdoret si një bartës i gjendjes konstante, merret një sekuencë pulsesh video. Nëse është e nevojshme, kjo sekuencë modulon një lëkundje harmonike dhe merr një sekuencë pulsesh radio.
Kodimi kuptohet si shndërrimi i sinjaleve diskrete në një sekuencë ose kombinim të disa simboleve. Simboli i kodit është sinjali elementar , të ndryshme nga një karakter tjetër sipas pikës së kodit . Numri i vlerave të veçorive të kodit quhet baza e kodit - m... Numri i karaktereve në një kombinim kodi P përcakton gjatësinë e kodit. Nëse gjatësia e kodit është konstante për të gjitha kombinimet, kodi quhet uniform. binare uniforme ( m= 2) kodet. Numri maksimal i kombinimeve të kodeve për kodim uniform: N= m n.
Përfaqësimi i sinjaleve të vazhdueshme nga mostrat, dhe mostrat - nga një grup simbolesh quhet modulimi dixhital... Nga këto, më të zakonshmet janë modulimi i kodit të pulsit(PCM) dhe modulimi delta(DM).
Konsideroni PCM. Supozoni se duhet të transmetojmë një sinjal të vazhdueshëm me një gamë ndryshimi nga zero në 15 volt. Besojmë se na mjafton të transferojmë 16 nivele, d.m.th. N= 16. Prandaj, nëse m= 2, atëherë n= 4. Ne kodojmë: 0 V - 0000, 1 V - 0001, 2 V - 0010, 3 V - 0011, etj. Këta numra në formën e pulseve dhe pauzave futen në linjën e komunikimit, më pas deshifrohen në marrës dhe shndërrohen, nëse është e nevojshme, përsëri në një sinjal të vazhdueshëm. Shndërrimi i një sinjali të vazhdueshëm në një sinjal diskret kryhet në pajisjet e quajtura konvertuesit analog në dixhital(ADC), konvertimet e anasjellta - në pajisje konvertimi dixhital në analog(DAC).
Kur kodimi dixhital i informacionit diskret, përdoren kodet potenciale dhe pulsi.
Në kodet e mundshme, për të paraqitur ato logjike dhe zero, përdoret vetëm vlera e potencialit të sinjalit dhe nuk merren parasysh pikat e tij, të cilat formojnë impulse të plota. Kodet e pulsit lejojnë që të dhënat binare të përfaqësohen ose si impulse të një polariteti të caktuar, ose si pjesë e një pulsi - një rënie e mundshme në një drejtim të caktuar.
Kërkesat për metodat e kodimit dixhital
Kur përdorni impulse drejtkëndëshe për të transmetuar informacion diskrete, është e nevojshme të zgjidhni një metodë kodimi që do të arrinte njëkohësisht disa qëllime:
Kishte gjerësinë më të vogël të spektrit të sinjalit që rezulton në të njëjtën shpejtësi bit;
Ofron sinkronizim ndërmjet transmetuesit dhe marrësit;
Zotëronte aftësinë për të njohur gabimet;
Zotëronte një kosto të ulët zbatimi.
Një spektër më i ngushtë sinjalesh lejon shpejtësi më të larta të të dhënave në të njëjtën linjë (me të njëjtën gjerësi bande). Për më tepër, shpesh kërkohet që spektri i sinjalit të mos ketë asnjë komponent DC, domethënë praninë e rrymës DC midis transmetuesit dhe marrësit. Në veçanti, përdorimi i qarqeve të ndryshme të izolimit galvanik të transformatorëve parandalon kalimin e rrymës direkte.
Sinkronizimi i transmetuesit dhe marrësit është i nevojshëm në mënyrë që marrësi të dijë saktësisht se në cilën pikë kohore është e nevojshme të lexoni informacione të reja nga linja e komunikimit. Ky problem në rrjete është më i vështirë për t'u zgjidhur sesa kur shkëmbeni të dhëna midis pajisjeve të vendosura afër, për shembull, midis njësive brenda një kompjuteri ose midis një kompjuteri dhe një printeri. Në distanca të shkurtra, një qark i bazuar në një linjë të veçantë komunikimi të kohës funksionon mirë (Fig), kështu që informacioni hiqet nga linja e të dhënave vetëm në momentin e mbërritjes së pulsit të orës. Në rrjete, përdorimi i kësaj skeme shkakton vështirësi për shkak të johomogjenitetit të karakteristikave të përçuesve në kabllo. Në distanca të gjata, shpejtësia e pabarabartë e përhapjes mund të bëjë që ora të arrijë shumë më vonë ose më herët se sinjali përkatës i të dhënave, saqë një bit i të dhënave anashkalohet ose rilexohet. Një arsye tjetër pse rrjetet po braktisin përdorimin e impulseve të orës është ruajtja e përçuesve në kabllot e shtrenjta.
Prandaj, në rrjete përdoren të ashtuquajturat kode vetë-sinkronizuese, sinjalet e të cilave barten në transmetues duke treguar se në cilën pikë kohore është e nevojshme të njihet biti tjetër (ose disa bit, nëse kodi është të orientuar drejt më shumë se dy gjendjeve sinjalizuese). Çdo rënie e papritur e sinjalit - e quajtur front - mund të jetë një tregues i mirë për sinkronizimin e marrësit me transmetuesin.
Kur përdorni sinusoidet si sinjal bartës, kodi që rezulton ka vetinë e vetë-sinkronizimit, pasi një ndryshim në amplituda e frekuencës së bartësit i lejon marrësit të përcaktojë momentin kur shfaqet kodi i hyrjes.
Njohja dhe korrigjimi i të dhënave të shtrembëruara është i vështirë për t'u zbatuar me anë të shtresës fizike, prandaj, më së shpeshti këtë punë e ndërmarrin protokollet që qëndrojnë më lart: kanali, rrjeti, transporti ose aplikacioni. Nga ana tjetër, njohja e gabimit në shtresën fizike kursen kohë, pasi marrësi nuk pret që korniza e plotë të vendoset në tampon, por e refuzon atë menjëherë me njohjen e biteve të gabuara brenda kornizës.
Kërkesat për metodat e kodimit janë reciproke kontradiktore, prandaj, secila nga metodat e njohura të kodimit dixhital të konsideruara më poshtë ka avantazhet dhe disavantazhet e veta në krahasim me të tjerët.
Kodi i mundshëm pa u kthyer në zero
Në fig. 2.16, a tregon metodën e kodimit të mundshëm të përmendur më parë, e quajtur gjithashtu kodim pa kthim në zero (NonReturntoZero, NRZ). Mbiemri pasqyron faktin se kur transmetohet një sekuencë e njësheve, sinjali nuk kthehet në zero gjatë një cikli orari (siç do të shohim më poshtë, në metodat e tjera të kodimit, në këtë rast ndodh një kthim në zero). Metoda NRZ është e thjeshtë për t'u zbatuar, ka njohje të mirë të gabimeve (për shkak të dy potencialeve të ndryshme), por nuk ka vetinë e vetë-sinkronizimit. Kur transmetohet një sekuencë e gjatë njësh ose zero, sinjali në linjë nuk ndryshon, kështu që marrësi nuk është në gjendje të përcaktojë nga sinjali i hyrjes kohën kur është e nevojshme të lexohen përsëri të dhënat. Edhe me një gjenerator të orës me precizion të lartë, marrësi mund të bëjë një gabim kur merr të dhëna, pasi frekuencat e dy oshilatorëve nuk janë kurrë plotësisht identike. Prandaj, me ritme të larta të shkëmbimit të të dhënave dhe sekuenca të gjata njësh ose zero, një mospërputhje e vogël e frekuencës së orës mund të çojë në një gabim në një cikël të tërë dhe, në përputhje me rrethanat, në leximin e një vlere të pasaktë të bitit.
Një tjetër pengesë serioze e metodës NRZ është prania e një komponenti me frekuencë të ulët, i cili i afrohet zeros kur transmeton sekuenca të gjata njësh ose zero. Për shkak të kësaj, shumë kanale komunikimi që nuk ofrojnë një lidhje të drejtpërdrejtë galvanike midis marrësit dhe burimit nuk e mbështesin këtë lloj kodimi. Si rezultat, kodi NRZ nuk përdoret në rrjete në formën e tij të pastër. Sidoqoftë, përdoren modifikimet e tij të ndryshme, në të cilat eliminohen si vetë-sinkronizimi i dobët i kodit NRZ ashtu edhe prania e një komponenti konstant. Atraktiviteti i kodit NRZ, për shkak të të cilit ka kuptim përmirësimi i tij, qëndron në frekuencën mjaft të ulët të harmonisë themelore fo, e cila është e barabartë me N / 2 Hz, siç tregohet në seksionin e mëparshëm. Metodat e tjera të kodimit, si Manchester, kanë një frekuencë më të lartë themelore.
Metoda bipolare e kodimit të përmbysjes alternative
Një nga modifikimet e metodës NRZ është metoda e kodimit bipolar me inversion alternativ (BipolarAlternateMarkInversion, AMI). Kjo metodë (Fig. 2.16, b) përdor tre nivele të potencialit - negativ, zero dhe pozitiv. Për të koduar një zero logjike, përdoret një potencial zero, dhe një logjik kodohet ose nga një potencial pozitiv ose negativ, ndërsa potenciali i secilës njësi të re është i kundërt me potencialin e një të mëparshmi.
Kodi AMI eliminon pjesërisht problemet DC dhe jo-kohore të qenësishme në kodin NRZ. Kjo ndodh kur transmetohen sekuenca të gjata të tyre. Në këto raste, sinjali në linjë është një sekuencë pulsesh bipolare me të njëjtin spektër si kodi NRZ, i cili transmeton zero dhe njëshe të alternuara, domethënë pa një komponent DC dhe me një harmoni themelore prej N / 2 Hz (ku N është shpejtësia bit e transmetimit të të dhënave). Sekuencat e gjata të zerove janë gjithashtu të rrezikshme për kodin AMI, si dhe për kodin NRZ - sinjali degjeneron në një potencial konstant me amplitudë zero. Prandaj, kodi AMI kërkon përmirësim të mëtejshëm, megjithëse detyra është thjeshtuar - gjithçka që mbetet është të merret me sekuencat e zerove.
Në përgjithësi, për kombinime të ndryshme të biteve në linjë, përdorimi i kodit AMI rezulton në një spektër më të ngushtë sinjali sesa për kodin NRZ, dhe rrjedhimisht xhiros më të lartë të linjës. Për shembull, kur transmetohen ato dhe zero të alternuara, frekuenca themelore fo ka një frekuencë prej N / 4 Hz. Kodi AMI ofron gjithashtu disa mundësi për njohjen e sinjaleve të gabuara. Pra, shkelja e alternimit të rreptë të polaritetit të sinjaleve tregon një impuls të rremë ose zhdukjen e pulsit të saktë nga linja. Një sinjal me polaritet të pasaktë quhet shkelje e sinjalit.
Kodi AMI përdor jo dy, por tre nivele sinjali në linjë. Shtresa shtesë kërkon një rritje të fuqisë së transmetuesit prej rreth 3 dB për të siguruar të njëjtën besueshmëri të marrjes së bitit në linjë, gjë që është një disavantazh i zakonshëm i kodeve me gjendje të shumëfishta sinjali në krahasim me kodet që dallojnë vetëm dy gjendje.
Kodi i mundshëm me përmbysje në një
Ekziston një kod i ngjashëm me AMI, por me vetëm dy nivele sinjali. Kur transferoni zero, ai transferon potencialin që ishte vendosur në ciklin e mëparshëm (d.m.th., nuk e ndryshon atë), dhe kur transferoni një, potenciali përmbyset në të kundërtën. Ky kod quhet kod potencial me përmbysje në një.
(NonReturntoZerowithonesInverted, NRZI). Ky kod është i përshtatshëm në rastet kur përdorimi i nivelit të tretë të sinjalit është shumë i padëshirueshëm, për shembull, në kabllot optike, ku dy gjendje sinjali - të lehta dhe të errëta - njihen në mënyrë të qëndrueshme. Dy metoda përdoren për të përmirësuar kodet e mundshme si AMI dhe NRZI. Metoda e parë bazohet në shtimin e biteve të tepërta që përmbajnë njësi logjike në kodin burimor. Natyrisht, në këtë rast, sekuencat e gjata të zerove ndërpriten dhe kodi bëhet vetë-sinkronizues për çdo të dhënë të transmetuar. Komponenti konstant gjithashtu zhduket, që do të thotë se spektri i sinjalit ngushtohet edhe më shumë. Por kjo metodë zvogëlon gjerësinë e dobishme të brezit të linjës, pasi njësitë e tepërta të informacionit të përdoruesit nuk mbartin. Një metodë tjetër bazohet në "përzierjen" paraprake të informacionit fillestar në mënyrë që probabiliteti i shfaqjes së njësheve dhe zeros në linjë të bëhet afër. Pajisjet, ose blloqet, që kryejnë një veprim të tillë quhen scramblers (scramble). Gjatë gërvishtjes, përdoret një algoritëm i njohur, kështu që marrësi, pasi ka marrë të dhënat binare, i transmeton ato në deskrambler, i cili rikthen sekuencën origjinale të biteve. Bitët e tepërta nuk transmetohen përmes linjës. Të dyja metodat lidhen me kodimin logjik, jo fizik, pasi ato nuk përcaktojnë formën e sinjaleve në linjë. Ato shqyrtohen më në detaje në seksionin vijues.
Kodi i pulsit bipolar
Përveç kodeve të mundshme, kodet e pulsit përdoren gjithashtu në rrjete kur të dhënat përfaqësohen nga një impuls i plotë ose një pjesë e tij - nga një front. Rasti më i thjeshtë i kësaj qasjeje është një kod pulsi bipolar, në të cilin njëri përfaqësohet nga një impuls i një polariteti, dhe zero përfaqësohet nga një tjetër (Fig. 2.16, c). Çdo impuls zgjat gjysmë rrahje. Një kod i tillë ka veti të shkëlqyera vetë-sinkronizuese, por një komponent konstant mund të jetë i pranishëm, për shembull, kur transmeton një sekuencë të gjatë njësh ose zero. Për më tepër, spektri i tij është më i gjerë se ai i kodeve të mundshme. Pra, kur transmetohen të gjitha zerot ose njësitë, frekuenca e harmonikës themelore të kodit do të jetë e barabartë me N Hz, e cila është dy herë më e lartë se harmonika themelore e kodit NRZ dhe katër herë më e lartë se harmonia themelore e kodit AMI. kur transmetohen ato dhe zero të alternuara. Për shkak të spektrit shumë të gjerë, kodi i pulsit bipolar përdoret rrallë.
Kodi i Mançesterit
Në rrjetet lokale, deri vonë, metoda më e zakonshme e kodimit ishte e ashtuquajtura kodi i Mançesterit (Fig. 2.16, d). Përdoret në teknologjitë Ethernet dhe TokenRing.
Kodi i Mançesterit përdor rënien e mundshme, domethënë pjesën e përparme të pulsit, për të koduar njësitë dhe zerot. Në kodimin e Mançesterit, çdo shirit ndahet në dy pjesë. Informacioni është i koduar nga rënie të mundshme që ndodhin në mes të çdo cikli të orës. Njëra është e koduar nga pjerrësia nga niveli i ulët në të lartë të sinjalit, dhe zero është koduar nga pjerrësia e kundërt. Në fillim të çdo cikli, një rënie e sinjalit të sipërm mund të ndodhë nëse disa njëshe ose zero do të përfaqësohen në një rresht. Meqenëse sinjali ndryshon të paktën një herë në cikël të transmetimit të një biti të të dhënave, kështu. Kodi i Mançesterit ka veti të mira vetë-kohore. Gjerësia e brezit të kodit të Mançesterit është më e ngushtë se ajo e pulsit bipolar. Ai gjithashtu nuk ka një komponent konstant, dhe harmoniku themelor në rastin më të keq (kur transmeton një sekuencë njësh ose zero) ka një frekuencë prej N Hz, dhe në rastin më të mirë (kur transmeton ato dhe zero alternative) është e barabartë me N / 2 Hz, si në kodet AMI ose NRZ. Mesatarisht, gjerësia e brezit të kodit të Mançesterit është një herë e gjysmë më e ngushtë se ajo e kodit të pulsit bipolar, dhe themeli lëkundet rreth 3N / 4. Kodi i Mançesterit ka një avantazh tjetër ndaj kodit të pulsit bipolar. Në këtë të fundit, tre nivele sinjalesh përdoren për transmetimin e të dhënave, dhe në Mançester, dy.
Kodi i mundshëm 2B1 P
Në fig. 2.16, e tregon një kod potencial me katër nivele sinjali për kodimin e të dhënave. Ky është një kod 2B1Q, emri i të cilit pasqyron thelbin e tij - çdo dy bit (2B) transmetohen në një cikël orësh nga një sinjal që ka katër gjendje (1Q). Një palë bitesh 00 korrespondon me një potencial prej -2,5 V, një palë bit 01 korrespondon me një potencial prej -0,833 V, një çift 11 korrespondon me një potencial prej +0,833 V, dhe një çift 10 korrespondon me një potencial prej + 2.5 V. Kjo metodë kodimi kërkon masa shtesë për të luftuar sekuencat e gjata të çifteve të njëjta të biteve, pasi në këtë rast sinjali kthehet në një komponent konstant. Me ndërthurjen e rastësishme të biteve, spektri i sinjalit është dy herë më i ngushtë se ai i kodit NRZ, pasi me të njëjtën shpejtësi bit koha e ciklit dyfishohet. Kështu, duke përdorur kodin 2B1Q, është e mundur të transmetohen të dhëna në të njëjtën linjë dy herë më shpejt sesa përdorimi i kodit AMI ose NRZI. Sidoqoftë, për zbatimin e tij, fuqia e transmetuesit duhet të jetë më e lartë në mënyrë që të katër nivelet të dallohen qartë nga marrësi në sfondin e ndërhyrjes.
