). Le codage physique peut modifier la forme, la bande passante et le contenu harmonique d'un signal afin de synchroniser le récepteur et l'émetteur, d'éliminer les composants CC ou de réduire les coûts matériels.

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  Le système de codage de signal possède une hiérarchie à plusieurs niveaux.

  Codage physique

  Le niveau le plus bas dans la hiérarchie de codage est le codage physique, qui détermine le nombre de niveaux de signaux discrets (amplitude de tension, amplitude de courant, amplitude de luminosité).

  Le codage physique considère le codage uniquement au niveau le plus bas de la hiérarchie de codage - au niveau physique et ne prend pas en compte les niveaux supérieurs de la hiérarchie de codage, qui incluent le codage logique de différents niveaux.

  D'un point de vue physique, un signal numérique peut avoir deux, trois, quatre, cinq, etc. niveaux d'amplitude de tension, d'amplitude de courant, d'amplitude de lumière.

  Aucune des versions de la technologie Ethernet n'utilise le codage binaire direct du bit 0 avec une tension de 0 volt et du bit 1 avec une tension de +5 volts, car cette méthode conduit à une ambiguïté. Si une station envoie la chaîne de bits 00010000, alors l'autre station peut l'interpréter comme 10000 ou 01000, car elle ne peut pas distinguer « aucun signal » du bit 0. Par conséquent, la machine réceptrice a besoin d'un moyen pour déterminer de manière unique le début, la fin et le bit 0. et le milieu de chaque bit sans l'aide d'une minuterie externe. Le codage de couche physique du signal permet au récepteur de se synchroniser avec l'émetteur lorsque la tension change au milieu d'une période binaire.

  Codage logique

  Le deuxième niveau de la hiérarchie de codage est le niveau le plus bas de codage logique ayant des objectifs différents.

  Ensemble, le codage physique et le codage logique forment le système de codage de niveau le plus bas.

  Formats de codes

  Chaque bit du mot de code est transmis ou enregistré à l'aide de signaux discrets, tels que des impulsions. La façon dont le code source est représenté par certains signaux est déterminée par le format du code. Un grand nombre de formats sont connus, chacun présentant ses propres avantages et inconvénients et étant destiné à être utilisé dans des équipements spécifiques.

  • Format BVN (sans retour à zéro) correspond naturellement au mode de fonctionnement des circuits logiques. Un seul bit est transmis dans un cycle d'horloge ; le niveau ne change pas. Un front positif signifie une transition de 0 à 1 dans le code source, un front négatif signifie de 1 à 0. L'absence de fronts indique que les valeurs des bits précédents et suivants sont égales. Pour décoder les codes au format BVN, des impulsions d'horloge sont nécessaires, car son spectre ne contient pas de fréquence d'horloge. Le signal correspondant au code au format BVN contient des composantes basse fréquence (lors de la transmission de longues séries de zéros ou de uns, aucune chute ne se produit).
  • Format BVN-1 (sans retour à zéro avec différence lors de la transmission 1) est une variante du format BVN. Contrairement à ce dernier, dans BVN-1, le niveau ne transmet pas de données, puisque les chutes positives et négatives correspondent à des bits uniques. Des chutes de signal se forment lors de la transmission de 1. Lors de la transmission de 0, le niveau ne change pas. Le décodage nécessite une impulsion d'horloge.
  • Format BVN −0 (sans retour à zéro avec une différence lors de la transmission de 0) est complémentaire de BVN-1 (les gouttes correspondent aux bits zéro du code source). Dans les systèmes multipistes d'enregistrement de signaux numériques, les impulsions d'horloge doivent être enregistrées avec le code au format BVN. Une option possible consiste à enregistrer deux signaux supplémentaires correspondant à des codes aux formats BVN-1 et BVN-0. Dans l'un des deux signaux, des changements se produisent à chaque cycle d'horloge, ce qui permet d'obtenir des impulsions de fréquence d'horloge.
  • Format VN (retour à zéro) nécessite la transmission d'une impulsion qui n'occupe qu'une partie de l'intervalle d'horloge (par exemple la moitié), avec un seul bit. Lorsque le bit est nul, aucune impulsion n'est générée.
  • Format VN-P (avec pause active) signifie transmettre une impulsion de polarité positive avec un bit et de polarité négative avec un bit zéro. Un signal de ce format possède des composantes d'horloge dans son spectre. Il est utilisé dans un certain nombre de cas pour transmettre des données via des lignes de communication.
  • Format DF-0 (biphasé avec saut de phase lors de la transmission du 0) correspond à un mode de présentation dans lequel des arêtes sont formées au début de chaque mesure. Avec des bits simples, le signal dans ce format change avec une fréquence d'horloge, c'est-à-dire qu'au milieu de chaque cycle d'horloge, il y a une baisse de niveau. Lors de la transmission d'un bit zéro, aucune chute au milieu du cycle d'horloge ne se forme, c'est-à-dire qu'un saut de phase se produit. Le code dans ce format est auto-synchronisé et ne nécessite pas la transmission de signaux d'horloge.

  La direction de la chute lors de la transmission d'un signal unitaire n'a pas d'importance. Par conséquent, changer la polarité du signal codé n’affecte pas le résultat du décodage. Il peut être transmis sur des lignes symétriques sans composante continue. Cela facilite également son enregistrement magnétique. Ce format est également connu sous le nom de Manchester 1. Il est utilisé dans le code d'adresse temporelle SMPTE, largement utilisé pour synchroniser les médias audio et vidéo.

  Systèmes de codage à deux niveaux

  Pas de retour à zéro

  Encodage potentiel, également appelé encodage sans retour à zéro (NRZ) (Anglais) russe).

  Lors de la transmission d'un zéro, il transmet le potentiel qui a été défini à l'horloge précédente (c'est-à-dire qu'il ne le modifie pas), et lors de la transmission d'un un, le potentiel est inversé vers celui opposé. Ce code est appelé code potentiel avec inversion unité (NRZI).

  NRZ

  Pour transmettre des uns et des zéros, deux potentiels systématiquement distinguables sont utilisés :

  • les bits 0 sont représentés par une tension nulle 0 (V) ;
  • les bits 1 sont représentés par la valeur U(V).

  NRZ (inversé) :

  • les bits 0 sont représentés par la valeur U (V) ;
  • les bits 1 sont représentés par une tension nulle 0 (V).

  Le code le plus simple, un signal numérique (discret) régulier (peut être converti en polarité inversée ou les niveaux correspondant à zéro et un modifiés).

  Avantages - mise en œuvre simple ; pas besoin d'encoder et de décoder aux extrémités. Vitesse de transmission élevée pour une bande passante donnée (pour assurer un débit de 10 Mbit/s, la bande passante sera de 5 MHz, puisqu'une oscillation équivaut à 2 bits). Un bit start-stop est utilisé pour synchroniser la transmission des octets.

  Inconvénients - La présence d'une composante constante, qui rend impossible la réalisation d'une isolation galvanique à l'aide d'un transformateur. Exigences élevées en matière de synchronisation de fréquence aux extrémités de réception et d'émission - lors de la transmission d'un mot (octet), le récepteur ne doit pas être décalé de plus d'un bit (par exemple, pour un mot d'une longueur d'octet avec un bit de démarrage et d'arrêt, c'est-à-dire seulement 10 bits d'information de canal, les fréquences de désynchronisation du récepteur et de l'émetteur ne peuvent pas dépasser 10 % dans les deux sens ; pour un mot de 16 bits, soit 18 bits d'information de canal, la désynchronisation ne doit pas dépasser 5,5 %, et encore moins dans les implémentations physiques).

  NRZI

  Lors de la transmission d'une séquence de uns, le signal, contrairement à d'autres méthodes de codage, ne revient pas à zéro pendant un cycle d'horloge. Autrement dit, un changement de signal se produit lorsqu'une unité est transmise et une transmission nulle n'entraîne pas de changement de tension.

  Avantages de la méthode NRZI :

  • Facilité de mise en œuvre.
  • La méthode a une bonne reconnaissance des erreurs (en raison de la présence de deux potentiels très différents).
  • L'harmonique fondamentale f0 a une fréquence assez basse (égale à N/2 Hz, où N est le débit binaire des données discrètes bit/s), ce qui conduit à un spectre étroit.

  Inconvénients de la méthode NRZI :

  • La méthode n'a pas la propriété d'auto-synchronisation. Même avec un générateur d'horloge de haute précision, le récepteur peut commettre une erreur lors du choix du moment de capture des données, car les fréquences des deux générateurs ne sont jamais complètement identiques. Par conséquent, à des débits de données élevés et de longues séquences de uns ou de zéros, une petite discordance d'horloge peut conduire à une erreur d'un cycle d'horloge entier et, par conséquent, à la lecture d'une valeur de bit incorrecte.
  • Le deuxième inconvénient majeur de la méthode est la présence d'une composante basse fréquence, qui se rapproche d'un signal constant lors de la transmission de longues séquences de uns et de zéros (peut être contournée en compressant les données transmises). Pour cette raison, de nombreuses lignes de communication qui n'assurent pas de connexion galvanique directe entre le récepteur et la source ne prennent pas en charge ce type de codage. Par conséquent, dans les réseaux, le code NRZ est principalement utilisé sous la forme de ses diverses modifications, dans lesquelles sont éliminées à la fois une mauvaise auto-synchronisation du code et des problèmes avec la composante constante.

  La transmission multiniveau MLT-3 - 3 (transmission multiniveau) - est légèrement similaire au code NRZI, mais contrairement à ce dernier, elle comporte trois niveaux de signal. L'un correspond à une transition d'un niveau de signal à un autre, et le changement de niveau de signal se produit séquentiellement, en tenant compte de la transition précédente. Lors de la transmission de « zéro », le signal ne change pas.

  Ce code, comme NRZI, nécessite un pré-codage. Utilisé dans Fast Ethernet 100Base-TX.

  Code hybride ternaire  (Anglais) russe

  Bit d'entrée	État précédent à la sortie	Bit de sortie
  0	+	−
  	0
  	−	0
  1	+
  	0	+
  	−

  4B3T[supprimer le modèle]

  Tableau de codage :

  Table de codage MMS 43

  Saisir	Décalage CC accumulé
  	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)

  Tableau de décodage.

  Conversion de signaux

  Erreurs de quantification et bruit.

  Quantification par niveau, quantification uniforme et non uniforme.

  Conversion des signaux.

  Canal il existe un ensemble de moyens techniques entre la source des messages et le consommateur. Les dispositifs techniques qui composent le canal sont conçus pour garantir que les messages parviennent au consommateur de la meilleure façon possible – à cet effet, les signaux sont convertis. Ces transformations de signaux utiles sont la modulation, évoquée précédemment, et la conversion de signaux continus en signaux discrets. En conséquence, les chaînes sont classées par état - continu Et discret.

  Les signaux qui véhiculent des informations sur l’état d’un objet ou d’un processus sont de nature continue, tout comme les processus eux-mêmes sont continus. Pour cette raison, ces signaux sont appelés analogiques, car ils sont un analogue des états de processus ou d’objet qu’ils représentent. Le nombre de valeurs qu'un signal analogique peut accepter est infini. En conséquence, les canaux par lesquels ces signaux sont transmis sont également analogiques.

  Dans un central téléphonique automatique, la tâche revient souvent à distinguer un nombre fini d'états d'un objet, par exemple si le circuit de voie est occupé ou libre. Pour transmettre ce nombre d'états, il suffit de comparer le signal reçu avec un signal de référence. S'il est supérieur à celui de référence, l'objet est dans un état, s'il est inférieur, dans un autre. Plus le nombre d’états d’objet est grand, plus il doit y avoir de niveaux de référence.

  En revanche, il suffit que le consommateur reçoive des informations sur l'état de l'objet non pas de manière continue dans le temps, mais périodiquement, et si la période d'enquête est liée au taux d'évolution de l'état de l'objet, alors le consommateur n'aura aucune perte d'informations.

  À la suite de transformations continues du signal appelées quantification Et échantillonnage obtenir des échantillons de signaux, considérés comme des nombres dans l'un ou l'autre système numérique. Ces échantillons sont des signaux discrets. Ces nombres sont convertis en combinaisons de codes de signaux électriques, qui sont transmis sur la ligne de communication en continu. Lorsqu'elle est utilisée comme porteuse à état constant, une séquence d'impulsions vidéo est obtenue. Lorsqu'elle est extrêmement importante, une oscillation harmonique est modulée avec cette séquence et une séquence d'impulsions radio est obtenue.

  Le codage fait référence à la conversion de signaux discrets en une séquence ou une combinaison de certains symboles. Symbole de code - signal élémentaire ϶ᴛᴏ , différent d'un autre caractère par code . Le nombre de valeurs des fonctionnalités du code est généralement appelé la base de code - m. Nombre de caractères dans la combinaison de codes n détermine la longueur du code. Si la longueur du code est constante pour toutes les combinaisons, le code est généralement appelé uniforme. Les plus couramment utilisés sont les binaires uniformes ( m=2) codes. Nombre maximum de combinaisons de codes pour un codage uniforme : N= min.

  La représentation de signaux continus par des échantillons, et d'échantillons par un ensemble de symboles, est généralement appelée types de modulation numérique. Parmi ceux-ci, les plus courants sont modulation par impulsions codées(ICM) et modulation delta(DM).

  Considérons le PCM. Supposons que nous devions transmettre un signal continu allant de zéro à 15 volts. Nous pensons qu'il nous suffit de transmettre 16 niveaux, ᴛ.ᴇ. N= 16. Par conséquent, si m= 2, alors n= 4. On code : 0 V – 0000, 1 V – 0001, 2 V – 0010, 3 V – 0011, etc. Ces nombres, sous forme d'impulsions et de pauses, entrent dans la ligne de communication, sont ensuite décodés dans le récepteur et, si nécessaire, sont reconvertis en un signal continu. La conversion d'un signal continu en signal discret est effectuée dans des dispositifs appelés convertisseurs analogique-numérique(ADC), conversions inverses - dans les appareils conversion numérique-analogique(CAD).

  
  
• - Encodage et décodage du signal

  Pendant le processus de codage, l'amplitude de chaque échantillon quantifiée par le niveau AIM est représentée sous la forme d'une séquence binaire contenant m symboles.



• Comme mentionné ci-dessus, pour une transmission de haute qualité d'un signal téléphonique avec une quantification uniforme et inégale... [en savoir plus]

  - Codage du signal en mode ATC.



• - Codage des signaux.

  Méthodes de formation et de transmission des signaux.

Trouver

Codage des signaux Le codage du signal sert à l'échange d'informations entre les composants individuels du système de contrôle (ACS ou ACS) (circuits, nœuds, appareils, blocs), à son traitement et à son stockage avec la précision et la fiabilité requises (immunité au bruit la plus élevée). Le codage consiste à utiliser code – une manière universelle d’afficher l’information lors de sa transmission, de son traitement et de son stockage. Code est un système de correspondances entre des éléments de message et des signaux à l'aide duquel ces éléments peuvent être enregistrés. Dans le code, différents types de signaux de même nature physique sont appelés symboles . Une collection finie de symboles choisis pour transmettre un message particulier messages , appelé en un mot

. Le signal de code (code) est un type spécial de signal (signal numérique). Le codage peut être effectué à partir de signaux analogiques ou discrets (Fig. 1.2). exemple

: 0 ou 1 – caractères dans un bit de code binaire (1 bit d'information) ;

un octet contient 8 bits d'information (8 bits), soit par exemple, mot de 1 000 1 001 octets. Dans ACS, comme dans tout système de mesure de l'information (IMS), deux méthodes de transmission sont utilisées messages (recueil de mots): code parallèle – tous les caractères d'un mot sont transmis simultanément via des canaux dont le nombre correspond au nombre de caractères, c'est-à-dire longueur du mot (8 canaux sont nécessaires pour transmettre un mot d'octet) ; code de série

- les caractères d'un mot sont transmis les uns après les autres sur un canal.

Le choix des codes est déterminé par les spécificités de perception et de transformation des informations caractéristiques d'un niveau donné du système de contrôle de processus automatisé et de ses composants. Exigences de base

, qui sont mis en avant lors du choix d'une méthode de codage, sont : la rentabilité de l'affichage des informations, la simplicité de mise en œuvre technique des dispositifs de codage, la facilité d'exécution des opérations de calcul et la fiabilité de la transmission des messages. Pour répondre à ces exigences, notamment celles liées avec la commodité d'effectuer des opérations de calcul

, le plus approprié est un code numérique (alphabet), dont le nombre de caractères dépend de la base du système numérique et ne dépasse généralement pas 10 ou 16. Cette approche permet de coder non seulement des nombres, mais aussi des concepts. n n'importe quel nombre peut être représenté comme suit :

Où N– nombre de chiffres ; un j– le nombre de caractères dans un chiffre.

Si vous oubliez nj, on obtient alors une notation plus compacte N– peu (de N–1 à 0) chiffre M :

. (1.2)

Exemple: M = 123 = 1×10 3-1 + 2 × 10 2-1 + 3 ×10° (n=10).

Des formules (1.1) et (1.2), il s'ensuit que le même nombre M. en fonction du socle n lors du codage, il est formé d'un nombre différent de caractères dans un chiffre ( un j) et le nombre de chiffres ( N). Par exemple, un voltmètre décimal numérique à 3 chiffres, représentant des informations dans un code base 10, comporte 10 chiffres différents (symboles) dans chaque chiffre et peut, avec une précision d'un chiffre le moins significatif, produire 1 000 (0, 1, ..., 999) différentes valeurs du paramètre mesuré (tension). pour effectuer la même opération en code binaire (code en base 2), vous aurez besoin de 10 chiffres avec deux chiffres significatifs dans chacun d'eux (2 10 = 1024).

Laisser n– le nombre maximum de caractères dans un chiffre (base de code), et N – nombre de chiffres.

Alors le nombre possible de messages différents est

Par exemple, 1024 = 2 10 ; En code binaire, en utilisant 10 bits, vous pouvez écrire le nombre maximum 1024, c'est-à-dire Pour transmettre le nombre 1024, vous aurez besoin de 10 canaux (bits) de code binaire.

Codage économique sera élevé, moins il faudra dépenser de caractères pour transmettre le même message. Lors de la transmission de messages sur un canal de communication, le nombre de caractères détermine également le temps nécessaire pour cela.

Pour des raisons simplicité de mise en œuvre technique net avantage côté code avec n= 2, dans lequel des éléments discrets avec deux états stables sont nécessaires pour stocker, transmettre et traiter les informations.

Exemple: fonctions logiques : « oui » - « non », état du bloc TOU : « activé » - « désactivé », action (opération) : « terminé » - « non terminé », état technique de l'unité TOU : « défectueux » - "défectueux", codé par les chiffres "1" - "0".

C'est pourquoi le code binaire s'est répandu dans les appareils de mesure numériques destinés à la surveillance, au contrôle et à l'automatisation.

Lors de la saisie d'informations codées en binaire dans un ordinateur pour un enregistrement compact, on utilise souvent des codes dont la base est une puissance entière de nombres 2:2 3 = 8 (octal) et 2 4 = 16 (hexadécimal).

Par exemple, considérons la formation des nombres dans divers systèmes numériques (tableau 1.1).

Tableau 1.1

Notation
Décimal n=10	Binaire n=2	Octal n = 8	Hexadécimal n=16
			UN
			B…F

Regardons les codes de position binaires. Parmi eux, des codes spéciaux sont largement utilisés : direct, inverse, supplémentaire. Dans tous ces codes entrés spécial chiffre de signe.

En code direct le signe est codé 0 pour les nombres positifs et 1 pour les nombres négatifs. Exemple 1100 (+12) en code direct 0.1100. Le code direct est pratique pour effectuer des opérations de multiplication, car le signe du produit est obtenu automatiquement. Cependant, la soustraction est difficile. Cet inconvénient est éliminé en utilisant inverse Et codes supplémentaires, différente de la manière directe de représenter les nombres négatifs. Code retour un nombre négatif est formé en inversant tous les chiffres significatifs (-1100 (- 12) en code inverse : 1,0011). Dans le code supplémentaire après avoir inversé les chiffres, 1 est ajouté à la taille mineure Exemple : - 1100 en complément à deux : 1,0100.

L'affichage d'informations (affichage numérique) a trouvé une application dans les systèmes et les appareils Codes DCB. Dans ces codes, chaque chiffre décimal est représenté par quatre chiffres binaires (tétrade).

Les systèmes de codage en 2 à 10 codes sont présentés dans le tableau 1.2.

Tableau 1.2

Sélection de la fréquence de quantification pour le convertisseur analogique-numérique (ADC). Lors de la quantification et du codage ultérieur des signaux, par exemple dans le cas de la quantification temporelle sous forme d'impulsions modulées en amplitude (Fig. 1.3, b), la conversion ultérieure des signaux en CAN consiste à représenter l'amplitude de l'impulsion sous forme de code binaire . Dans le même temps, l'établissement de la fréquence de quantification devient plus compliqué dans les cas où le signal analogique d'origine oui(f) est une fonction arbitraire du temps et ne peut être exprimée analytiquement. Ensuite, la fréquence de quantification est déterminée en fonction de théorèmes de V.A. Kotelnikov. Ce théorème considère une fonction continue qui a un spectre de fréquence limité, c'est-à-dire contient des fréquences de 0 à f m a x. Une telle fonction peut être représentée avec suffisamment de précision à l'aide de nombres se succédant à intervalles de temps

Par conséquent, sur la base de la formule (1.4), qui détermine le pas de quantification, à la fréquence de quantification

Normes de câblage ouvertes Normes de câblage ouvertes, mécanisme de codage http://www.site/lan/standarti_otkritih_kabeljnih_sistem http://www.site/@@site-logo/logo.png

Normes de câblage ouvertes

Normes de câblage ouvertes, mécanisme de codage

Concepts de base : méthodes de codage, schéma de transmission, spectre du signal, signaux à bande latérale simple et double bande latérale

Les systèmes d’information sur les réseaux locaux sont parfois comparés aux infrastructures de transport. Les câbles sont des autoroutes, les connecteurs sont des carrefours routiers, les cartes réseau et les appareils sont des terminaux. Les protocoles réseau sont associés aux règles de circulation, qui déterminent également le type, la conception et les caractéristiques des véhicules.

Les normes de câblage ouvertes, également appelées structurées, définissent les paramètres et les règles de construction d'un environnement de transmission de signaux. Le support de transmission est constitué de câbles électriques et de fibres optiques connectés dans des canaux à l'aide de connecteurs. Dans les communications sans fil, les signaux sont transmis via des ondes radio, notamment infrarouges. Cependant, l'espace libre n'est pas encore considéré comme un support pour les réseaux locaux.

Les normes définissent la fréquence et les plages dynamiques des éléments - câbles, connecteurs, lignes et canaux.

Un autre groupe de normes, développé par des organismes de normalisation tels que l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) et des organisations publiques telles que l'ATM Forum et la Gigabit Ethernet Alliance, définit les paramètres de la couche physique des protocoles réseau. Ceux-ci incluent la fréquence d'horloge, la méthode de codage, le schéma de transmission et le spectre du signal.

Le système ouvert d'échange d'informations OSI (Open System Interconnect), qui définit les normes de communication et de transfert de données dans n'importe quel réseau, divise toutes les fonctions d'interaction du système en sept niveaux.

La couche inférieure ou physique assure la conversion des données en signaux électromagnétiques destinés à un support de transmission spécifique, et vice versa. Les signaux transmis de la couche physique à la deuxième couche ou couche liaison de données sont indépendants du support de transmission. Les protocoles de réseau fonctionnant aux premier et deuxième niveaux définissent les paramètres des signaux envoyés le long des autoroutes.

Certaines analogies données dans l'article nous permettent de mieux comprendre la relation entre la fréquence d'horloge, le spectre du signal et le taux de transfert de données.

Si vous imaginez que la fréquence d'horloge est la vitesse du moteur de la voiture, alors la vitesse de transfert des données est la vitesse de déplacement. La conversion de l'un à l'autre est assurée par un codage ou une boîte de vitesses.

Mécanisme de codage

Le transfert de données numériques nécessite plusieurs opérations obligatoires :

• synchronisation de la fréquence d'horloge de l'émetteur et du récepteur ;
• convertir une séquence de bits en un signal électrique ;
• réduire la fréquence du spectre du signal électrique à l'aide de filtres ;
• transmission d'un spectre réduit sur un canal de communication ;
• amplification du signal et restauration de sa forme par le récepteur ;
• Conversion d'un signal analogique en signal numérique.

Considérons la relation entre la fréquence d'horloge et la séquence de bits. Le flux binaire est transmis à une vitesse déterminée par le nombre de bits par unité de temps. En d’autres termes, les bits par seconde correspondent au nombre de changements de signal discrets par unité de temps. La fréquence d'horloge, mesurée en hertz, est le nombre de changements sinusoïdaux d'un signal par unité de temps.

Cette correspondance évidente a donné lieu à une idée fausse sur l'adéquation des valeurs du hertz et des bits par seconde. En pratique, tout est plus compliqué. Le taux de transfert de données est généralement supérieur à la fréquence d'horloge. Pour augmenter la vitesse de transmission, le signal peut circuler en parallèle sur plusieurs paires. Les données peuvent être transmises en bits ou en octets. Le signal codé peut avoir deux, trois, cinq niveaux ou plus. Certaines méthodes de codage de signal nécessitent un codage ou une synchronisation de données supplémentaire, ce qui réduit la vitesse de transmission des signaux d'information.

Comme le montre le tableau, il n’existe pas de correspondance biunivoque entre MHz et Mbit/s.

Tableau 1. Relation entre la catégorie de canal, la plage de fréquences et le débit de données maximum

Chaque protocole nécessite une certaine largeur de spectre ou, si vous préférez, la largeur de l'autoroute de l'information. Les schémas de codage deviennent de plus en plus complexes afin de mieux utiliser les autoroutes de l'information. Comme dans l'analogie avec le moteur, il n'est pas du tout nécessaire de le faire tourner jusqu'au régime maximum, il est plus conseillé d'engager la vitesse.

Première vitesse - codes RZ et Manchester-II

Code RZ

RZ est un code à trois niveaux qui revient au niveau zéro après la transmission de chaque bit d'information. C’est ce qu’on appelle le codage Retour à Zéro. Un zéro logique correspond à une impulsion positive, un zéro logique à une impulsion négative.

La transition d'information s'effectue en début de bit, le retour au niveau zéro s'effectue au milieu du bit. Une particularité du code RZ est qu'il y a toujours une transition (positive ou négative) au centre du bit. Par conséquent, chaque bit est étiqueté. Le récepteur peut extraire du signal lui-même une impulsion d'horloge (stroboscope), qui a un taux de répétition des impulsions. La liaison est effectuée sur chaque bit, ce qui garantit que le récepteur est synchronisé avec l'émetteur. De tels codes, qui contiennent un stroboscope, sont appelés auto-synchronisés.

L'inconvénient du code RZ est qu'il n'apporte aucun avantage en termes de vitesse de transfert de données. Pour transmettre à 10 Mbps, une fréquence porteuse de 10 MHz est requise. De plus, la distinction entre les trois niveaux nécessite un meilleur rapport signal sur bruit à l'entrée du récepteur que pour les codes à deux niveaux.

L'utilisation la plus courante du code RZ concerne les réseaux de fibre optique. Lors de la transmission de la lumière, il n'y a pas de signaux positifs ou négatifs, c'est pourquoi trois niveaux de puissance d'impulsions lumineuses sont utilisés.

Code Manchester-II

Le code Manchester-II ou code Manchester est le plus répandu dans les réseaux locaux. Il appartient également aux codes auto-synchronisés, mais contrairement au code RZ, il n'a pas trois, mais seulement deux niveaux, ce qui offre une meilleure immunité au bruit.

Le zéro logique correspond à une transition vers le niveau supérieur au centre de l'intervalle binaire, et un un logique correspond à une transition vers le niveau inférieur. La logique de codage est clairement visible dans l'exemple de transmission d'une séquence de uns ou de zéros. Lors de la transmission de bits alternés, le taux de répétition des impulsions est réduit de moitié.

Les transitions d'informations au milieu du bit subsistent, mais les transitions limites (à la limite des intervalles binaires) sont absentes lors de l'alternance des uns et des zéros. Cela se fait à l'aide d'une séquence d'impulsions d'inhibition. Ces impulsions sont synchronisées avec les impulsions d'information et garantissent que les transitions de limites indésirables sont interdites.

Changer le signal au centre de chaque bit permet d'isoler facilement le signal d'horloge. L'autosynchronisation permet de transmettre de gros paquets d'informations sans perte due aux différences de fréquences d'horloge de l'émetteur et du récepteur.



Le grand avantage du code Manchester est l'absence de composante constante lors de la transmission d'une longue séquence de uns ou de zéros. Grâce à cela, l'isolation galvanique des signaux est réalisée de la manière la plus simple, par exemple à l'aide de transformateurs d'impulsions.

Le spectre de fréquences d'un signal avec codage Manchester ne comprend que deux fréquences porteuses. Pour un protocole de dix mégabits, cela représente 10 MHz lors de la transmission d'un signal composé uniquement de zéros ou de uns, et de 5 MHz pour un signal avec une alternance de zéros et de uns. Par conséquent, en utilisant des filtres passe-bande, vous pouvez facilement filtrer toutes les autres fréquences.

Le code Manchester-II a trouvé des applications dans les réseaux de fibre optique et électriques. Le protocole LAN le plus courant, Ethernet 10 Mbit/s, utilise ce code.

Deuxième vitesse - code NRZ

Le code NRZ (Non Return to Zero) est le code à deux niveaux le plus simple. Zéro correspond au niveau inférieur, un au niveau supérieur. Les transitions d'informations se produisent aux limites des bits. Option de code NRZI (Non Return to Zero Inverted) - correspond à l'inversion de polarité.

L'avantage incontestable du code est sa simplicité. Le signal n'a pas besoin d'être codé et décodé.

De plus, le taux de transfert de données est le double de la fréquence. La fréquence la plus élevée sera enregistrée en alternant les uns et les zéros. A une fréquence de 1 Hz, deux bits sont transmis. Pour les autres combinaisons, la fréquence sera plus faible. Lors de la transmission d'une séquence de bits identiques, la fréquence de changement de signal est nulle.

Le code NRZ (NRZI) n'a pas de synchronisation. C'est son plus gros inconvénient. Si la fréquence d'horloge du récepteur est différente de la fréquence de l'émetteur, la synchronisation est perdue, les bits sont convertis et les données sont perdues.



Pour synchroniser le début de la réception des paquets, un bit de service de démarrage, par exemple un, est utilisé. L'application la plus connue du code NRZI est la norme ATM155. Le protocole le plus courant, RS232, utilisé pour les connexions via le port série du PC, utilise également le code NRZ. Les informations sont transmises par octets de 8 bits, accompagnés de bits de démarrage et d'arrêt.

Quatrième vitesse - code MLT-3

Le code de transmission à trois niveaux MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) a beaucoup en commun avec le code NRZ. La différence la plus importante réside dans les trois niveaux de signal.

L'un correspond à une transition d'un niveau de signal à un autre. Le niveau du signal change séquentiellement, en tenant compte de la transition précédente. La fréquence maximale du signal correspond à la transmission d'une séquence de uns. Lors de la transmission de zéros, le signal ne change pas. Les transitions d'informations sont enregistrées à la limite du bit. Un cycle de signal contient quatre bits.



L'inconvénient du code MLT-3, ainsi que du code NRZ, est le manque de synchronisation. Ce problème est résolu en utilisant une transformation de données qui élimine les longues séquences de zéros et la possibilité de désynchronisation.

Boîte de vitesses - codage des données 4B5B

Les protocoles utilisant le code NRZ sont le plus souvent complétés par un codage de données 4B5B. Contrairement au codage du signal, qui utilise une fréquence d'horloge et passe des impulsions aux bits et vice versa, le codage des données convertit une séquence de bits en une autre.

Le code 4B5B utilise une base de cinq bits pour transmettre des signaux d'information de quatre bits. Le schéma à cinq bits produit 32 (deux au cinquième) caractères alphanumériques à deux chiffres ayant une valeur décimale de 00 à 31. Quatre bits ou 16 (deux au quatrième) caractères sont alloués aux données.

Le signal d'information à quatre bits est recodé en un signal à cinq bits dans le codeur de l'émetteur. Le signal converti comporte 16 valeurs pour la transmission d'informations et 16 valeurs redondantes. Dans le décodeur du récepteur, cinq bits sont déchiffrés en tant que signaux d'information et de service. Neuf symboles sont attribués aux signaux de service, sept symboles sont exclus.

Les combinaisons avec plus de trois zéros sont exclues (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000). Ces signaux sont interprétés par le symbole V et la commande du récepteur VIOLATION - échec. La commande indique une erreur due à des interférences élevées ou à une défaillance de l'émetteur. La seule combinaison de cinq zéros (00 - 00000) fait référence aux signaux de service, signifie le symbole Q et a le statut QUIET - aucun signal sur la ligne.

Le codage des données résout deux problèmes : la synchronisation et l'amélioration de l'immunité au bruit. La synchronisation se produit en éliminant les séquences de plus de trois zéros. Une immunité élevée au bruit est obtenue en surveillant les données reçues sur un intervalle de cinq bits.

Le coût du codage des données est une réduction de la vitesse de transmission des informations utiles. Grâce à l'ajout d'un bit redondant à quatre bits d'information, l'efficacité de l'utilisation de la fréquence dans les protocoles avec code MLT-3 et codage de données 4B5B est réduite de 25 %, respectivement.

Lorsque vous utilisez ensemble le codage de signal MLT-3 et les données 4B5B, la quatrième transmission fonctionne en fait comme la troisième - 3 bits d'information pour 1 hertz de fréquence porteuse du signal. Ce schéma est utilisé dans le protocole TP-PMD.

Cinquième vitesse - code PAM 5

Les schémas de codage de signal évoqués ci-dessus étaient basés sur les bits. Avec le codage binaire, chaque bit correspond à une valeur de signal déterminée par la logique du protocole.



Avec le codage par octets, le niveau du signal est déterminé par deux bits ou plus.

Le code PAM 5 à cinq niveaux utilise 5 niveaux d'amplitude et un codage sur deux bits. Pour chaque combinaison, le niveau de tension est défini. Avec un codage sur deux bits, quatre niveaux sont nécessaires pour transmettre des informations (deux à la puissance deux - 00, 01, 10, 11). La transmission de deux bits en même temps réduit la fréquence du signal de moitié.

Un cinquième niveau est ajouté pour créer une redondance dans le code utilisé pour corriger les erreurs. Cela donne une réserve supplémentaire de rapport signal sur bruit de 6 dB.

Le code PAM 5 est utilisé dans le protocole Ethernet Gigabit 1000 Base T (voir schéma de transmission Gigabit Ethernet). Ce protocole permet la transmission de données à une vitesse de 1 000 Mbit/s avec une largeur de spectre de signal de seulement 125 MHz.

Comment y parvient-on ? Les données sont transmises simultanément sur les quatre paires. Chaque paire doit donc offrir une vitesse de 250 Mbps. La fréquence maximale du spectre porteur lors de la transmission de symboles de code PAM 5 à deux bits est de 62,5 MHz. Compte tenu de la transmission de la première harmonique, le protocole 1000 Base T nécessite une bande de fréquence allant jusqu'à 125 MHz. Mais la porteuse, les harmoniques et la bande de fréquence doivent être discutées séparément.

Largeur du tronc - bande de fréquence requise

La vitesse de déplacement dépend non seulement des capacités de la voiture, mais également de la qualité de la route. Il en va de même pour la transmission de données. Considérons les possibilités des autoroutes de l'information.

Le codage du signal est une méthode de conversion de la fréquence d'horloge en débit de données. Quel est le but de la transformation ? Afin d'augmenter la vitesse sans modifier la gamme de fréquences du canal de communication. Le codage nécessite l’utilisation d’équipements de transmission et de réception plus complexes. C'est un moins. Mais lorsque vous passez à des protocoles plus rapides, vous pouvez utiliser les mêmes câbles. Et c'est déjà un gros plus.

Par exemple, Fast Ethernet 100 Base T4 offre des vitesses réseau de 100 Mbps sur des câbles de catégorie 3 (16 MHz). Le Gigabit Ethernet 1000 Base T est implémenté de telle sorte que, sur la base de canaux de catégorie 5 (100 MHz), qui disposent d'une certaine réserve, il peut transmettre 1000 Mbit/s.

Largeur du spectre du signal

Un signal qui a une forme sinusoïdale est appelé harmonique. Ses paramètres sont déterminés par la fréquence et l'amplitude. Plus la forme du signal diffère d’une sinusoïde, plus il transporte de composantes harmoniques. Les fréquences harmoniques sont des multiples de la fréquence porteuse. Les normes d'alimentation électrique, par exemple, exigent une évaluation de la qualité de la tension du signal jusqu'à la trentième harmonique.

La gamme de fréquences d’un signal complexe est appelée largeur spectrale du signal. Il comprend la composante fondamentale, qui détermine la porteuse, et les composantes harmoniques, qui déterminent la forme des impulsions.

La restauration de la forme des impulsions est effectuée au niveau matériel, de sorte que les composants harmoniques sont supprimés à l'aide de filtres.

La largeur spectrale d'un signal dépend de la fréquence d'horloge, de la méthode de codage et des caractéristiques du filtre de l'émetteur.



La figure 6 illustre comment la méthode de codage peut réduire la fréquence porteuse. Pour les trois méthodes de codage, des situations nécessitant la fréquence porteuse maximale sont indiquées. Une porteuse hertz transporte un bit (1) en codage Manchester, deux bits (01) en code NRZ et quatre bits (1111) en code MLT-3. Le facteur de codage (transmission) est respectivement de un, deux et quatre.

D'autres combinaisons de bits nécessitent des fréquences plus basses. Par exemple, lors de l'alternance de zéros et de uns, la fréquence porteuse du code MLT-3 est réduite d'un autre facteur deux ; une longue séquence de zéros réduit la fréquence porteuse à zéro ;

La largeur spectrale d'un signal ne doit pas être confondue avec la fréquence d'horloge. La fréquence d'horloge est un métronome qui fixe le tempo de la mélodie. Sur la figure 6, la fréquence d'horloge correspond au débit binaire. La largeur spectrale du signal dans cette analogie est l'enveloppe du signal, à condition qu'elle nous permette de restaurer le signal d'impulsion d'origine.

En transmission analogique, la largeur spectrale est la mélodie ayant un spectre beaucoup plus large. Si vous essayez de transmettre une mélodie par téléphone, vous devrez sacrifier le spectre. Une ligne de communication avec une bande passante étroite « coupera » les harmoniques supérieures. Dans le même temps, la qualité sonore de la mélodie à la sortie du canal de communication à bande étroite se détériorera.

La transmission numérique nécessite moins d'harmoniques pour restaurer le signal d'origine que la transmission analogique. La technologie de transmission et de réception de signaux numériques vous permet de restaurer le signal d'origine en utilisant la porteuse du spectre. Cependant, pour réduire le taux d’erreur, la première harmonique doit être présente, ce qui double la largeur spectrale ou la plage de fréquences.

Signaux simple face et double face

Un signal qui n’a pas d’énergie spectrale de fréquence nulle est à deux bandes latérales. Dans une bande bidirectionnelle, la largeur de la première harmonique est deux fois plus grande que dans une bande unidirectionnelle. Le spectre du signal après codage Manchester est à deux bandes. Le codage à l'aide des méthodes NRZ, MLT-3 et PAM 5 produit un signal à bande latérale unique.

Comme indiqué ci-dessus, le code Manchester-II fournit deux fréquences porteuses : 5 MHz et 10 MHz.



La fréquence 10 MHz est transmise avec une harmonique (la porteuse et les harmoniques sont indiquées en rouge sur la Fig. 7). La fréquence de 5 MHz (indiquée en vert) possède trois harmoniques dans la plage supérieure. Les harmoniques restantes sont coupées par des filtres.

Ainsi, lors de la transmission d'un signal codé NRZ à bande latérale unique à 10 Mbit/s, 10 MHz sont requis. Le signal bi-bande créé par le protocole Manchester dix mégabits nécessite 20 MHz de bande passante.

Le spectre porteur ATM 155, qui implémente la méthode de codage du signal NRZ et possède une fréquence d'horloge de 155,52 MHz, nécessite une bande passante de 77,76 MHz. En prenant en compte une porteuse, la bande passante du signal est de 155,52 MHz.

Un canal standard de catégorie 5 de longueur maximale fournit une bande passante de 100 MHz avec une marge signal/bruit de 3,1 dB. Dans ce cas, la marge nulle pour la puissance excessive du signal par rapport au bruit sera à une fréquence de 115 MHz. Ainsi, l’analyse spectrale permet de conclure que l’autoroute de l’information n’est pas suffisamment large.

Outre la largeur de la route, la qualité de la toile dépend des dénivelés. Par rapport aux chaînes câblées, il s'agit du rapport signal/bruit, qui dépend principalement de la qualité des joints - connexions détachables. La nature ondulatoire du bruit et la non-conformité de la catégorie 5 aux exigences des protocoles de classe D sont traitées en détail dans l'article Déficience de catégorie 5.

Conclusions

Les techniques de codage et les circuits complexes utilisant toutes les paires torsadées fournissent des débits de données accrus sans augmentation proportionnelle de la gamme de fréquences du support de transmission ou de la largeur des autoroutes de l'information.

L'analyse des méthodes de codage nous permet de conclure que les systèmes de catégorie 5 manquent de ressources même pour les applications de leur classe. Les autoroutes de l'information d'aujourd'hui nécessitent une plus grande préparation pour passer des applications de dix mégabits aux protocoles à haut débit.

Extraire des liens vers des images.

Opérations avec un document

Au sens large, sous codage des signaux comprendre le processus de conversion d'un message en signal. En règle générale, un message provenant d'une source d'information est émis sous forme analogique, c'est-à-dire comme un message continu. Cependant, tant lors de la réception et de la transmission d'informations que lors de leur traitement et de leur stockage, une forme discrète de représentation du signal offre un avantage significatif. Par conséquent, dans les cas où les signaux sources dans les systèmes d'information sont continus, il est nécessaire de les convertir d'abord en signaux discrets. À cet égard, le terme « codage » fait généralement référence à des signaux discrets, et le codage au sens étroit fait référence à la représentation de messages discrets par des signaux sous la forme de certaines combinaisons de symboles. L'ensemble des règles selon lesquelles ces opérations sont effectuées est appelé code .

Le processus de codage consiste à représenter les messages par des combinaisons conditionnelles constituées d'un petit nombre de signaux élémentaires (par exemple, envoi et pause en code Baudot, « point » et « tiret » en code Morse).

Selon les finalités du codage, on distingue les types suivants :

• codage de modèles - utilisé chaque fois que des informations sont saisies dans un ordinateur pour leur représentation interne ;
• codage cryptographique (cryptage) - utilisé lorsqu'il est nécessaire de protéger les informations contre tout accès non autorisé ;
• codage efficace (optimal) - utilisé pour éliminer la redondance des informations, c'est-à-dire réduire son volume (par exemple, dans les archiveurs) ;
• codage anti-bruit (résistant au bruit) - utilisé pour garantir une fiabilité donnée dans le cas où des interférences sont appliquées au signal (par exemple, lors de la transmission d'informations sur des canaux de communication).

Le processus de codage des informations atteint plusieurs objectifs. Premièrement, les messages sont présentés dans un système de symboles qui garantit la simplicité de la mise en œuvre matérielle des dispositifs d'information. La tâche de codage du message dans ce cas est représentée comme la conversion du message original dans le système numérique (généralement binaire) utilisé. Le nombre de signaux élémentaires différents utilisés dans ce cas est appelé base de code, et le nombre d'éléments formant la combinaison de codes est la signification du code. Si toutes les combinaisons d'un code ont la même signification, alors un tel code est appelé uniforme, sinon - inégal. L'opération de codage est utilisée pour les signaux numériques. Pour les signaux continus, une conversion préalable du signal analogique en numérique est requise.

Deuxièmement, le codage est utilisé pour faire correspondre au mieux les propriétés de la source du message avec les propriétés du canal de communication - codage statistique optimal. Il fait référence à des codes qui minimisent le nombre moyen de symboles de code par élément de message.

Troisièmement, le codage réduira l’influence des interférences sur le processus de transmission et de réception (codage résistant au bruit).

Quatrièmement, le codage protège les informations contre tout accès non autorisé.

Les codes comme moyen d'écriture secrète sont apparus dans l'Antiquité. Par exemple, l'historien grec Hérodote au Ve siècle. Colombie-Britannique a donné des exemples de lettres qui n'étaient compréhensibles que par le destinataire. L'alphabet secret était également utilisé par Jules César. Des scientifiques célèbres du Moyen Âge tels que F. Bacon, D. Cardano et d'autres ont travaillé à la création de chiffres.

Lors du codage dans le système de nombres binaires, deux signaux élémentaires sont utilisés, techniquement faciles à générer. Par exemple, un signal élémentaire peut être un signal de tension ou de courant qui représente deux fois le bruit, et un autre signal peut être l'absence de signal. La figure 2.1 montre la conversion du signal analogique original : d'abord en numérique puis en code binaire avec le nombre de caractères binaires n = 2 (codage binaire).

Riz. 2.1. Codage binaire : UN - signal analogique original ; b- signal numérique discret en temps et quantifié en niveau ; c - code binaire des échantillons avec le nombre de symboles binaires n = 2