William Stallings DDC
Rozdzial 5
Kodowanie danych
Techniki Kodowania
?Dane cyfrowe, sygnal cyfrowy
?Dane analogowe, sygnal cyfrowy
?Dane cyfrowe, sygnal analogowy
?Dane analogowe, sygnal analogowy
Dane cyfrowe, sygnal cyfrowy
?sygnal cyfrowy
?nieciagle impulsy napiecia
?kazdy impuls jest elementem sygnalu
?Dane binarne zakodowane jako elementy sygnalu
Pojecia podstawowe(1)
?jednobiegunowe
?wszystkie elementy sygnalowe maja ten sam znak
?dwubiegunowe
?stany logiczne sa odwzorowane na elementy sygnalowe dodatnie i ujemne
Pojecia podstawowe (2)
?Szybkosc modulacji
?szybkosc zmian stanów sygnalu
?Mierzona w baud = liczba elementów sygnalowych na sekunde
?Mark i Space
?binarne 1 i binarne 0
Rozpoznawanie sygnalów
?Co trzeba znac ?
?Polozenie w czasie - gdzie sie zaczynaja i gdzie koncza
?cechy sygnalów, np. poziomy
?Elementy decydujace o poprawnosci rozpoznawania sygnalów
?wspólczynnik sygnal/szum = S/N
?szybkosc transmisji
?pasmo sygnalu
Porównanie metod kodowania (1)
?Wykorzystane pasmo czestotliwosci
?eliminacje wysokich czestotliwosci ogranicza wymagane pasmo
?brak skladowej stalej pozwala stosowac transformatory i zapewniac izolacje
?skoncentrowac moc sygnalu w waskim pasmie
?przekazywanie sygnalu zegara
?Synchronizacja odbiornika z nadajnikiem osobnym sygnalem
?Zewnetrzny zegar
?Synchronizacja oparta na cechach samego sygnalu
Porównanie metod kodowania (2)
?Wykrywanie bledów
?moze byc elementem metody kodowania
?Odpornosc na zaklócenia i generowanie zaklócen
?indywidualne cechy kodów
?koszt i zlozonosc
Przyklady kodów
?Bez powrotu do zera - poziom (NRZ-L)
?Bez powrotu do zera - INV (NRZI)
?Dwubiegunowy -AMI
?Dwubiegunowy-MLT3
?Pseudoternary
?Manchester
?Manchester róznicowy
?B8ZS
?HDB3
Bez powrotu do zera - poziom (NRZ-L)
?Dwa rózne napiecia dla bitów 0 i 1
?Napiecie jest stale w czasie 1 bitu
?nie ma przejscia, powrotu do zera
?np. brak napiecia= 0, stale dodatnie= 1
?czesciej dodatnie napiecie dla jednego i przeciwne dla drugiego bitu
Bez powrotu do zera - odwrócone (NRZ-I)
?Bez powrotu do zera odwrócone przy bicie = 1
?Napiecie jest stale w czasie 1 bitu
?stan bitu jest odwzorowany jako zmiana sygnalu lub jej brak na poczatku okresu trwania bitu
?zmiana oznacza 1
?brak zmiany oznacza bit 0
?przyklady ...
NRZ
Kodowanie róznicowe
?Sygnal okresla róznice miedzy bitami a nie sam stan bitu
?Bardziej niezawodne wykrywanie zmian niz poziomów
?Przy zlozonych modelach kodowania jest niebezpieczenstwo calkowitej utraty znaczenia danych
NRZ wady i zalety
?Zalety
?Prostota realizacji
?dobre wykorzystanie pasma
?Wady
?skladowa stala
?brak mechanizmów synchronizacji
?Nie jest czesto stosowana w transmisji danych samodzielnie
?Czesto laczona z innymi technikami kodowania
Wielopoziomowe
?Uzycie wiecej niz dwóch poziomów
?Dwubiegunowy -AMI
?Bit 0 to brak napiecia
?Bit 1 to impuls dodatni lub ujemny
?Impulsy sa naprzemiennego znaku
?Dwubiegunowy - MLT3
?Bit 0 to sygnal bez zmian (kod róznicowy)
?Bit 1 to impuls cyklicznie +1,0,-1,0,+1,0...
?Cechy
?Synchronizacja przy ciagu zer jest tracona
?brak skladowej stalej w dlugich okresach
?niskie pasmo czestotliwosci
?latwe wykrywanie bledów
Pseudoternary
?Bit 1 to brak napiecia
?Bit 0 to impuls dodatni lub ujemny
?Impulsy sa naprzemiennego znaku
?porównywalny kod z dwubiegowym kodem -AMI
Dwubiegunowy-AMI i Pseudoternary
Ocena kodów dwubiegunowych
?Nie sa tak efektywne jak NRZ
?kazdy element reprezentuje tylko jeden bit
?w 3 poziomowym systemie moze reprezentowac log23 = 1.58 bitu
?Odbiornik musi odrózniac trzy poziomy (+A, -A, 0)
?Wymaga ok. 3dB wiecej mocy sygnalu przy tym samym prawdopodobienstwie bledu
?Uzywane wraz z kodowaniem szyfrujacym eliminujacym utrate synchronizacji
4B5B w IEEE 802.3x
Dwufazowe
?Manchester
?Przejscie zawsze w polowie bitu
?Zmiana oznacza dane i okresla zegar
?Zmiana w góre to bit 1
?Zmiana w dól to bit 0
?Uzywane u standardzie IEEE 802.3 10MB/s
?Manchester róznicowy
?Przejscie w polowie bitu do przekazania zegara nadajnika
?Zmiana na poczatku okresu oznacza bit 0
?Brak zmiany oznacza bit 1
?jest to rodzaj kodowania róznicowego
?Uzywane u standardzie IEEE 802.5
Kodowanie dwufazowe wady i zalety
?Wady
?Czeste zmiany sygnalu jedna lub dwie na kazdy bit
?Szybkosc modulacji dwa razy wieksza niz przy NRZ
?Wymaga szerokiego pasma
Szybkosc modulacji
Scrambling - Szyfrowanie
?Szyfrowanie wprowadzone jest po to, aby eliminowac niepozadane uklady bitów
?Idea szyfrowania i jej cel
?Musi wymuszac zmiany zapewniajace synchronizacje
?Musi byc rozpoznawana przez odbiornik w celu przywrócenia postaci pierwotnej
?Eliminacja skladowej stalej
?Eliminacja okresów stalosci sygnalu
?Nie moze zmieniac szybkosci transmisji
B8ZS
?Dwubiegunowe z zamiana 8-miu zer
?Oparte na dwubiegunowym-AMI
?oktet zer i ostatni impuls dodatni kod jest 000+-0-+
?oktet zer i ostatni impuls ujemny kod jest 000-+0+-
?Narusza kod AMI dwukrotnie
?Malo prawdopodobne postanie takich naruszen w wyniku zaklócen
?Odbiornik zamienia takie uklady na osiem bitów równych zeru
HDB3
?High Density Bipolar 3 Zeros
?Oparte na dwubiegunowym-AMI
?Ciag czterech zer zamieniony zostaje na jeden lub dwa impulsy
B8ZS and HDB3
Dane cyfrowe, sygnal analogowy
?System telefonii publicznej
?300Hz to 3400Hz
?zastosowanie modemu (modulator- demodulator)
?Modulacja Amplitudy, Amplitude shift keying (ASK)
?Modulacja czestotliwosci, Frequency shift keying (FSK)
?Modulacja Fazy, Phase shift keying (PK)
Techniki modulacji
Modulacja Amplitudy
?Wartosci sa reprezentowane przez zmienna amplitude nosnej
?wrazliwa na zmiany wzmocnienia
?nieefektywna
?do 1200bps w liniach telefonicznych
Modulacja czestotliwosci
?Wartosci sa reprezentowane przez rózne czestotliwosci, zblizone do nosnej
?Mniej wrazliwa na zaklócenia niz AM
?do 1200bps w liniach telefonicznych
?przekaz radiowy
?sygnaly sieci LAN
FM w liniach
telefonicznych
Modulacja fazy PM
?Kat fazy sygnalu odzwierciedla wartosci
?Róznicowa modulacja fazy
?faza sygnalu oddaje róznice miedzy dana wartoscia a poprzednia a nie sama wartosc
QPSK
?Kombinacja modulacji fazy i amplitudy
?Kazdy element sygnalowy reprezentuje wiecej niz jeden bit
?np. przesuwa faze o N * ?/2 (90o)
?Modemy 9600b/s wykorzystuja 12 katów fazowych, dla czterech z nich sa dwie
Performance of Digital to Analog Modulation
Schemes
?Bandwidth
?ASK and PSK bandwidth directly related to bit rate
?FSK bandwidth related to data rate for lower frequencies, but to offset of
modulated frequency from carrier at high frequencies
?(See Stallings for math)
?In the presence of noise, bit error rate of PSK and QPSK are about 3dB
superior to ASK and FSK
Dane analogowe, sygnal cyfrowy
?Digitization
?Conversion of Dane analogowe into Dane cyfrowe
?Dane cyfrowe can then be transmitted using NRZ-L
?Dane cyfrowe can then be transmitted using code other than NRZ-L
?Dane cyfrowe can then be converted to sygnal analogowy
?Analog to digital conversion done using a codec
?Pulse code modulation
Pulse Code
Modulation(PCM) (1)
?If a signal is sampled at regular
intervals at a rate higher than twice the highest signal frequency, the samples contain all the information of the original signal
?(Proof - Stallings appendix 4A)
?Voice data limited to below 4000Hz
?Require 8000 sample per second
?Analog samples (Pulse Amplitude Modulation, PAM)
?Each sample assigned digital value
Pulse Code
Modulation(PCM) (2)
?4 bit system gives 16 levels
?Quantized
?Quantizing error or noise
?Approximations mean it is impossible to recover original exactly
?8 bit sample gives 256 levels
Nonlinear Encoding
?Quantization levels not evenly spaced
?Reduces overall signal distortion
?Can also be done by companding
Delta Modulation
?Analog input is approximated by a staircase function
?Move up or down one level (?) at each sample interval
?Binary behavior
?Function moves up or down at each sample interval
Delta Modulation - example
Delta Modulation -
Operation
Delta Modulation - Performance
?Good voice reproduction
?PCM - 128 levels (7 bit)
?Voice bandwidth 4khz
?Should be 8000 x 7 = 56kbps for PCM
?Data compression can improve on this
?e.g. Interframe coding techniques for video
Dane analogowe, sygnal analogowy
?Why modulate sygnal analogowys?
?Higher frequency can give more efficient transmission
?Permits frequency division multiplexing (chapter 8)
?Types of modulation
?Amplitude
?Frequency
?Phase
Analog Modulation
Spread Spectrum
?Analog or Dane cyfrowe
?sygnal analogowy
?Spread data over wide bandwidth
?Makes jamming and interception harder
?Frequency hoping
Required Reading
?Stallings chapter 5
