Дифференциальная импульсно кодовая модуляция доклад

Обновлено: 02.07.2024

Исходным пунктом для развития общей концепции линейного адаптивного кодирования послужило изобретение Катлером [52] системы дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ). Катлер предложил применить интеграторы для предсказания уровня данного элемента на основании уровня предшествующего элемента строки, а разность между оценкой, полученной в результате предсказания, и фактической величиной уровня подвергать квантованию и кодированию для передачи по каналу связи.

Блок-схема системы кодирования изображений с ДИКМ приведена на рис. 22.5.6. В системе такого типа непрерывный сигнал, соответствующий изображению, дискретизируется по пространственным переменным, и разность между фактическим уровнем элемента и его оценкой квантуется и кодируется для передачи. Для квантования разности используют обычно 8 уровней с дальнейшим преобразованием в трех- или четырехразрядные двоичные комбинации [53, 54]. Таким образом, сокращение полосы частот определяется разницей между 6—8 дв. ед. и 3 дв. ед., затрачиваемыми на передачу элемента изображения соответственно с помощью ИКМ и ДИКМ. В типичном кодере системы ДИКМ предсказание для данного элемента основано на квантованном разностном сигнале, полученном для предшествующего элемента строки. На приемной стороне декодированный и восстановленный разностный сигнал комбинируется со своим приближением, полученным в результате предсказания точно тем же способом, что и на передающей стороне, и таким образом восстанавливается исходное изображение.

Рис. 22.5.6. Система ДИКМ для передачи изображений: а — передатчик; б — приемник.

В 1958 г. Грэхэм [55] предложил шкалу квантования с неравномерным расположением уровней. Представление о типичных шкалах такого рода, предназначенных для систем ДИКМ и дельта- модуляции, дает рис. 22.5.7. Применение неравномерной шкалы существенно повышает субъективную оценку качества восстанавливаемого изображения. Однако, как показали эксперименты, для большинства приложений при этом приходится сохранять по меньшей мере 8 уровней квантования.

Рис. 22.5.7. Шкала квантования для систем дельта-модуляции и ДИКМ.

Квантованные разностные сигналы, формируемые кодером в восьмиуровневой системе ДИКМ, различаются вероятностью своего появления — более многочисленны малые разности. Можно, следовательно, вместо трехразрядного равномерного кода применить статистический код с переменной длиной слова, например код Хаффмэна, что приводит к дальнейшему сокращению объема передаваемых данных. Как показывает моделирование, код Хаффмэна снижает удельный расход двоичных цифр до 2,5 дв. ед./эл. [158, 59]. Однако применение такого кода осложняется необходимостью использования буферного накопителя данных.

Рис. 22.5.9. Примеры кодирования изображений посредством ДИКМ с затратой 3 дв. ед./эл.

— наименьший уровень квантования; СКО — среднеквадратическая ошибка воспроизведения яркости: а) оригинал; б) , СКО = 1,31 %; в) ,CKO = 1.33 %; г) , CKO = 1,66 %.

На рис. 22.5.9 приведены фотоснимки, полученные в результате цифрового моделирования системы ДИКМ. В экспериментах использовалась неравномерная шкала квантования типа показанной на фиг. 22.5.7 в трех вариантах, различавшихся величиной наименьшего уровня квантования . По субъективным оценкам, при достигается наилучший компромисс между искажениями двух видов — перегрузкой и зернистостью.

Брэйнард и Кэнди [51, 60] провели исследования по применению кодера с непосредственной обратной связью для передачи изображений. Такой кодер, будучи упрощенным вариантом предложенного Киммом и Кью [61] кодера с шумовой обратной связью, содержит дифференцирующий фильтр для предварительного обострения перепадов сигнала, интегрирующий усилитель и сглаживающий (путем интегрирования с утечкой) оконечный фильтр. Предполагалось, что по сравнению с кодером системы ДИКМ преимущество кодера с непосредственной обратной связью будет определяться большей свободой его конструирования в связи с возможностью подбора частотных характеристик трех составляющих его фильтров таким образом, чтобы свести к минимуму шум квантования. Однако при моделировании такой системы [51] не обнаружилось сколько-нибудь значительного преимущества по сравнению с хорошо спроектированными кодерами, использующими неравномерную шкалу квантования.

При этом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ, рис.3 ) квантуются не отсчеты, а разности между предсказанными и истинными значениями отсчета.


РРис.3 Структурная схема с ДИКМ


В ДИКМ можно уменьшить значность кодовых комбинаций по сравнению с ИКМ и тем самым сократить скорость цифрового потока , уменьшить полосу частот сигнала и повысить помехоустойчивость. На приемной стороне (рис. 3) принятое значение отсчета разности добавляется к предсказанному и в результате формируется оценка отсчета.


Часто в качестве берут предыдущее значение отсчета


,


.

Из сказанного видно, что при разностных методах кодер и декодер сложнее. Дополнительные трудности возникают при построении многоканальных систем при ИКМ кодер и декодер могут быть общим для всех канал, а при ДИКМ они, как правило, индивидуальные.

Отсчеты сравниваются с квантованными отсчетами , полученными в результате суммирования в накопителе (интеграторе) всех предыдущих квантованных сигналов ошибок.


дискретный связь модуляция импульсный


Рис.4 Структурная схема системы с дельта-функцией (а) и диаграмма формирования сигнала на ее выходе (б)

Если , то квантователь формирует +1 (знак разности положителен), в противном случае получаем -1(знак разности отрицателен).


На выходе накопителя квантованный сигнал имеет вид ступенчатой функции (рис. 4б), причем каждый импульс +1 увеличивает, а -1 уменьшает ступенчатую функцию на один шаг квантования. В данном случае роль предсказателя играет накопитель (интегратор).

Шумы в дискретном канале связи не приводят к образованию аномальных ошибок, но накопление ошибок имеет место.


Скорость цифрового потока в рассмотренном варианте ДМ, как правило, получается больше, чем при ИКМ. Одним из способов показателей ДМ является использование в качестве накопителя дельта модулятора (рис. 4) не одиночного, а двойного интегратора.


Можно показать, что в этом случае формируемая копия сигнала состоит из отрезков, наклон которых соответствует импульсному сигналу на входе интегратора. Переход к двойному интегратору уменьшает мощность шума квантования (при том же ) на 6 .. 10 дБ.

При дельта-модуляции шаг квантования, с одной стороны, должен быть настолько мал, чтобы шум квантования не превысил допустимого значения, а с другой стороны – достаточно велик, чтобы не возникли шумы перегрузки. Если шаг квантования остается постоянным, необходимо увеличивать частоту дискретизации.

Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 10998
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 5

Различают три метода цифрового представления аналоговых сигналов (3 метода цифровой модуляции):

  1. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)
  2. Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ) т.е. разностная ИКМ. Данный вид цифровой модуляции называют как ИКМ с предсказанием.
  3. Дельта - модуляция (ДМ) - разностная модуляция с предсказанием.

Во всех случаях процедура цифровой модуляции состоит из трех операций: дискретизации, квантования и кодирования. Дискретизация и квантование осуществляются на основе ранее изложенных принципов, а именно, дискретизация с соблюдением условий теоремы Котельникова, а квантование - исходя из допустимого уровня шумов квантования.

В тоже время каждый метод цифровой модуляции обладает определенными особенностями, которые будут рассмотрены в данной и следующих лекциях.

Из принципа ИКМ следует, что при этом методе каждый отсчет сигнала кодируется отдельно и соответственно, каждая кодовая ipynna несет информацию об одном отсчете сигнала.

Принятый алгоритм предсказания при ДИКМ является достаточно простым, а техническая реализации его не вызывает затруднений, что объясняет наибольшее распространение ДИКМ среди методов кодирования с предсказанием. Особенности формирования разностного сигнала при ДИКМ объясняются на Рис. 1., 2.

Рис. 1. Формирование разностного сигнала при ДИКМ.

Рис. 2. (а, б) Принцип ДИКМ.

Осуществляя квантование и кодирование разностей соседних отсчетов, получают цифровой ДИКМ сигнал.

Как видно из рисунков, амплитуды разностей отсчетов меньше амплитуд самих отсчетом, поэтому при одинаковом шаге квантования число разрядов кодовой группы при ДИКМ меньше, чем при ИКМ. Уменьшение числа разрядов в кодовой группе при ДИКМ снижает скорость передачи цифрового по тока и, следовательно, уменьшает требуемую полосу частот линии передачи. Если же полоса частот линии передачи и скорость цифрового потока определяются параметрами ИКМ, то применение ДИКМ позволяет уменьшить ошибку квантования по сравнению с ИКМ за счет уменьшения шага квантования.

В настоящее время известно много вариантов технической реализации ДИКМ. Наиболее широкое распространение получила схема кодера ДИКМ с обратной связью, представленная на Ряс. 3.а

Рис. 3. Структурная схема кодека ДИКМ: а) - кодер б) - декодер

В этой схеме оценивается не разность между двумя соседними отсчетами передаваемого сигнала, а разность между значением данного отсчета квантованным значением предыдущего отсчета, что позволяет уменьшить ошибку квантования. Временные диаграммы, поясняющие принцип кодера, показаны на Рис. 4.

Структурная схема кодера включает в себя: ФНЧ, ограничивающим спектр частот входного сигнала частотой Fв, дифференциальный (разностный) усилитель ДУ, усиливающий разность двух сигналов, посыпающих на его входы; дискретизатор Дскр, осуществляющий дискретизацию разностного сигнала; кодер ИКМ, осуществляющий квантование и кодирование разностного сигнала; декодер ИКМ, в котором кодовые группы преобразуются в дискретные отсчеты разностного сигнала; интегратор Инт, преобразующий амплитудные отсчеты поступающие на его вход, в ступенчатую функцию.

Рис. 4. Временные диаграммы формирования сигнала при ДИКМ.
а - определение разностного сигнала
б - разностный сигнал
в - сформирование сигнала на выходе декодера

Рассмотрим принцип работы кодера (Рис. 4.а). В начальный момент времени t1 напряжение на выходе интегратора отсутствует и на выходе усилителя напряжение соответствует непрерывному сигналу. Дискретный отсчет с амплитудой U1 квантуется И кодируется в кодере ИКМ и затем через декодер поступает на интегратор, который запоминает его амплитуду до момента времени t2. В момент времени t2 напряжение на неинвертирующем входе ДУ (1) равно напряжению аналогового сигнала U2, а на инвертирующем входе (2) - напряжению на выходе интегратора U1. На выходе разностного усилителя получаем разность напряжений U1 = U2-U1. После квантования и кодирования этой разности в линию поступает кодовая группа, соответствующая разности двух соседних отсчетов. По цепи обратной связи через декодер амплитуда отсчета U2 поступает на интегратор и запоминается им до момента времени t3 В этот момент времени опять происходит определение разности U2, ее квантование, кодирование и т.д. Когда напряжение на выходе интегратора (в момент t4) больше напряжения аналогового сигнала, разность на выходе ДУ будет отрицательной. После квантования, кодирования и декодирования на выходе интегратора получится отрицательный скачок напряжения U3 на величину этой разности.

Структурная схема декодера ДИКМ (см. Рис. 3.б) состоит из декодера ИКМ, интегратора и ФНЧ. На выходе декодера ИКМ, получают сигнал, соответствующий разности соседних отсчетов (см. Рис. 4.б). Эти отсчеты интегратор преобразует в ступенчатое напряжение (см. Рис. 4.в), а ФНЧ "сглаживает" его, в результате чего опять получают непрерывный сигнал (штриховая линия на Рис. 4.в).В случае ДИКМ, как и при ИКМ, основным источником шумов является квантование. Но в отличии от ИКМ при этом методе отсутствуют шумы ограничения, поскольку результат процесса кодирования, не зависит от абсолютного значения входного сигнала, но зато возможно появление другого вида искажений - перегрузки по крутизне, когда приращение сигнала за тактовый интервал чрезмерно велико.

Итак, при ДИКМ кодируется не значение отсчетов сигнала, а разность соседних отсчетов. Квантование и кодирование разности позволяет уменьшить число уровней квантования разностей отсчетов по сравнению с необходимым числом уровней при квантовании самих отсчетов. Таким образом, уменьшается разрядность информационных символов, передаваемых по каналу передачи в единицу времени. ДИКМ целесообразно применять при передаче телевизионных и видеотелефонных сигналов, когда возможны резкие изменения напряжения сигнала, соответствующего границам между темными и яркими деталями изображения.

Передача данных осуществляется в виде физических сигналов различной природы (электрические, оптические, радиоволны) в зависимости от среды передачи. Для обеспечения качественной передачи используются различные способы преобразования данных, представляемых в виде непрерывных или дискретных первичных сигналов, в линейные физические сигналы (непрерывные или дискретные), передаваемые по линии связи.

Процесс преобразования непрерывных сигналов и их представление в виде физических сигналов для качественной передачи по каналам связи называется модуляцией.

Модуляция может осуществляться (рис.42):

• на основе непрерывного (аналогового) высокочастотного синусоидального сигнала, называемого несущей (аналоговая модуляция);

• на основе дискретного (цифрового) сигнала в виде импульсов (импульсная или цифровая модуляция).

Процесс преобразования дискретных данных, представляемых дискретными первичными сигналами, в физические линейные сигналы (непрерывные или дискретные), передаваемые по каналу (линии) связи, называется физическим кодированием.


Рис. 42

Основные типы физического кодирования (рис.43):

• на основе непрерывного (аналогового) синусоидального несущего сигнала (манипуляция);

• на основе последовательности прямоугольных импульсов (цифровое кодирование).


Рис. 43

Аналоговая модуляция - преобразование непрерывного низкочастотного сигнала x(t) (рис.44,а) в непрерывный высокочастотный сигнал y(t), называемый несущей и обладающий более высокими характеристиками в отношении дальности передачи и затухания. Аналоговая модуляция может быть реализована двумя способами:

1) амплитудная модуляция, при которой амплитуда высокочастотного сигнала y(t) изменяется в соответствии с исходной функцией x(t) так, как это показано на рис.44,б: огибающая амплитуды несущей повторяет форму исходной функции x(t) ;


Рис. 44

2) частотная модуляция (рис.44,в), при которой в соответствии с исходной функцией x(t) изменяется частота несущей - чем больше значение x(t), тем больше частота несущей y(t)

Аналоговая модуляция используется в радиовещании при работе множества радиостанций в одной общей среде передачи (радиоэфире): амплитудная модуляция для работы радиостанций в АМ-диапазоне (Amplitude Modulation) и частотная модуляция для работы радиостанций в FM — диапазоне (Frequence Modulatin).

Использование цифровых каналов связи для передачи телефонных данных (речевого сигнала) в начале 60-х годов прошлого века потребовало разработки методов преобразования непрерывных сигналов в дискретные, таких как:

1) амплитудно-импульсная модуляция;

2) импульсно-кодовая модуляция.

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) (Pulse Amplitude Modulation - РАМ) заключается в преобразовании непрерывного сигнала в совокупность дискретных сигналов (импульсов) с определенной амплитудой. Для этого исходная непрерывная функция x(t) подвергается дискретизации (квантуется) по времени так, как это показано на рис.45,а.

Частота дискретизации по времени определяется в соответствии с теоремой Котельникова, которая гласит, что для восстановления без потерь непрерывного сигнала, представленного в дискретном виде, частота дискретизации должна удовлетворять условию:, где - верхняя частота передаваемого сигнала x(t) . В полученные таким образом дискретные моменты времени передаются импульсы y(t) , амплитуда которых пропорциональна значениям функции x(t) в эти же моменты времени (рис.45,б).


Рис. 45

Существенным недостатком АИМ при передаче оцифрованных данных по каналу связи является сложность корректного восстановления функции x(t) на приёмном конце, что обусловлено непропорциональным изменением (затуханием) амплитуд разных импульсов y(t) в процессе передачи по каналу связи. В связи с этим, более широкое распространение получил другой метод передачи непрерывных данных в дискретном виде - импульсно-кодовая модуляция.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) (Pulse Code Modulation - РСМ) - метод модуляции, при котором аналоговый сигнал кодируется сериями импульсов, представляющими собой цифровые коды амплитуд в точках отсчета аналогового сигнала.

Для этого исходный сигнал подвергается дискретизации (квантуется) по двум координатам:

• по оси абсцисс - дискретизация по времени;

• по оси ординат - дискретизация по уровню.

Дискретизация по времени, как и в случае АИМ, выполняется в соответствии с теоремой Котельникова. Поскольку ИКМ первоначально разрабатывалась для передачи телефонных данных (голоса) по телефонным каналам, имеющим резко ограниченную полосу про пускания в интервале от 300 Гц до 3400 Гц, то в соответствии с теоремой Котельникова частота дискретизации должна быть больше, чем 6800 Гц. Стандартом была рекомендована частота дискретизации 8000 Гц. Таким образом, амплитуда аналогового сигнала измеряется 8000 раз в секунду, то есть каждые 125 мкс.

Таким образом, результирующий дискретный поток данных передается со скоростью 8000 [раз в секунду]*8 [бит] = 64 000 бит/с, то есть для передачи оцифрованного голоса требуется канал связи с пропускной способностью 64 кбит/с.

Для уменьшения требуемой для передачи оцифрованного голоса пропускной способности канала связи применяется модифицированный метод ИКМ - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ).

Поскольку скорость изменения исходного аналогового сигнала меньше частоты квантования, то вероятность большого различия между соседними амплитудами чрезвычайно мала, и для кодирования этой разности достаточно 4-х бит, позволяющих закодировать эту разность в интервале от О до 15. Тогда при условии, что частота квантования по времени составляет 8000 раз в секунду, получим скорость передачи 8000*4 =32 кбит/с, что вдвое меньше стандартной скорости ИКМ.

Более сложным вариантом дифференциальной импульсно-кодовой модуляции является кодирование с предсказанием, при котором кодируется и передаётся разница между реальным и предсказанным на основе нескольких предыдущих отсчётов значением сигнала. Это позволяет ещё больше уменьшить количество битов для кодирования одного замера сигнала и, следовательно, уменьшить требование к пропускной способности канала связи. Адаптивность модуляции заключается в динамической подстройке шага квантования разницы по предыдущим значениям.

Процесс представления дискретных (цифровых) данных в виде непрерывного высокочастотного синусоидального сигнала (несущей) по своей сути является аналоговой модуляцией дискретных данных. Однако, для того чтобы его отличать от аналоговой модуляции непрерывных данных, такое преобразование часто называют манипуляцией.

Манипуляция применяется для передачи дискретных данных (сигналов) в виде непрерывных сигналов по каналам с узкой полосой частот, например по телефонным каналам, имеющим ограниченную полосу про пускания в 3100 Гц, и реализуется с помощью модемов.

Такой метод представления двоичных данных является наиболее естественным и простым и называется потенциальным кодированием.


Рис. 46

При потенциальном кодировании скорость модуляции численно совпадает с пропускной способностью канала : [бод]= [бит/с].

Например, для канала связи с пропускной способностью =10 Мбит/с длительность битового интервала = 100 нс, а скорость модуляции =10 Мбод.

Для передачи двоичных данных могут использоваться следующие методы манипуляции:

На практике обычно используются комбинированные методы модуляции, обеспечивающие более высокие скорости передачи и лучшую помехозащищённость. Например, метод квадратурной амплитудной модуляции ( Quаdrаturе Аmрlitudе Моdulаtiоn , QAМ) основан на сочетании фазовой модуляции с 8 значениями величин сдвига фазы и амплитудной модуляции с 4 уровнями амплитуды. Распознавание ошибок при передаче осуществляется за счёт избыточности кодирования, заключающейся в использовании не всех 32-х возможных комбинаций сигнала.

• низкая частота основной гармоники: Гц ( - битовая скорость передачи данных), которая меньше, чем у других методов кодирования;

• наличие только двух уровней потенциала и, как следствие, простота и низкая стоимость.

• не обладает свойством самосинхронизации: при передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал не изменяется и возможна рассинхронизация часов приёмника и передатчика;

• наличие низкочастотной составляющей не позволяет использовать этот вид кодирования в каналах связи, не обеспечивающих прямого гальванического соединения между приемником и источником.

По этим причинам в компьютерных сетях код NRZ в чистом виде не используется. Тем не менее, используются его модификации, в которых устраняют постоянную составляющую и отсутствие самосинхронизации.

Кроме потенциальных кодов в компьютерных сетях используются импульсные коды, в которых данные представлены полным импульсом или же его частью - фронтом. Наиболее простым является биполярный импульсный код , называемый также кодированием с возвратом к нулю ( Return to Zero, RZ), в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль - импульсом другой полярности (рис. 47 ,б). Каждый импульс длится половину такта (битового интервала). В середине каждого битового интервала происходит возврат к нулевому потенциалу.


Рис. 47

• обладает свойством самосинхронизации - возврат в середине каждого битового интервала к нулевому потенциалу служит признаком (стробом) для синхронизации часов приёмника.

• наличие трех уровней сигнала, что требует увеличения мощности передатчика для обеспечения достоверности приема и, как следствие, большая стоимость реализации;

• спектр сигнала шире, чем у потенциальных кодов; так, при передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода будет равна Гц, что в два раза выше основной гармоники кода NRZ.

Из-за слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

• ликвидируется проблема постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации при передаче длинных последовательностей единиц, поскольку сигнал в этом случае представляет собой последовательность разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть с частотой основной гармоникой Гц;

• в целом, использование кода AМl приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит и к более высокой пропускной способности канала связи, в частности, при передаче чередующихся единиц и нулей частота основной гармоники Гц;

• предоставляет возможность распознавать ошибочные сигналы при нарушении чередования полярности сигналов; сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом.

• наличие трёх уровней сигнала, что требует увеличения мощности передатчика;

• наличие постоянной составляющей в сигнале в случае длинных последовательностей нулей.

В локальных сетях (ЛВС Ethernet и Token Ring) до недавнего времени применялся манчестерский код (рис.47,г), в котором для кодирования двоичных единиц и нулей используется переход сигнала в середине каждого битового интервала:

Если данные содержат подряд несколько единиц или нулей, то в начале каждого битов ого интервала происходит дополнительный служебный переход сигнала.

• обладает свойством самосинхронизации, так как значение потенциала всякий раз изменяется в середине битового интервала, что может служить сигналом для синхронизации приёмника с передатчиком;

• имеет только два уровня потенциала;

• спектр манчестерского кода меньше, чем у биполярного импульсного, в среднем в 1,5 раза: основная гармоника при передаче последовательности единиц или нулей имеет частоту Гц, а при передаче чередующихся единиц и нулей она равна Гц, как и у кода NRZ;

• нет постоянной составляющей.

• спектр сигнала шире, чем у кода NRZ и кода AМI.

Дифференциальный или разностный манчестерский код используется в сетях Token Ring FDDI и представляет собой разновидность манчестерского кода с двумя уровнями потенциала:

В середине каждого битового интервала обязательно присутствует переход с одного уровня потенциала на другой (рис.47,д).

Код трехуровневой передачи МLТ-З (Multi Level Тrаnsmissiоn-З) имеет много общего с кодом AМl. Единице соответствует последовательный переход на границе битового интервала с одного уровня сигнала на другой. При передаче нулей сигнал не меняется (рис. 47 ).

Максимальная частота сигнала достигается при передаче длинной последовательности единиц. В этом случае изменение уровня сигнала происходит последовательно с одного уровня на другой с учетом предыдущего перехода.

МLТ-З используется в сетях FDDI на основе медных проводов, известных как CDDI, и Fast Ethernet стандарта 1 00B ase-ТХ совместно с избыточным методом логического кодирования 4В/5В.

• отсутствие свойства самосинхронизации;

• наличие трех уровней сигнала;

• наличие постоянной составляющей в сигнале в случае длинной последовательности нулей.

В пятиуровневом коде РАМ-5 используется 5 уровней амплитуды сигнала и двухбитовое кодирование (рис. 47 ,ж), означающее наличие четырёх уровней, соответствующих двум битам передаваемых данных: 00, 01, 1 0 , 11, то есть в одном битовом интервале передаются сразу два бита.

Пятый уровень добавлен для создания избыточности кода, используемого для исправления ошибок .

• при одной той же скорости модуляции (длительности битового интервала) по каналу связи можно передавать данные в два раза быстрее по сравнению с AМl или NRZI, так как в одном битовом интервале передаются сразу два бита.

• длинные последовательности одинаковых пар бит приводят к появлению в сигнале постоянной составляющей;

• наличие 4-х уровней требует большей мощности передатчика, чтобы уровни четко различались приемником на фоне помех.

Код РАМ-5 используется в сетях 1000Base -Т (Gigabit Ethernet ).

Д ля улучшения потенциальных кодов типа AМl, NRZI или МLТ-З - ликвидацию длинных последовательностей единиц или нулей, приводящих к постоянному потенциалу - применяется избыточное кодирование, при котором исходный двоичный код рассматривается как совокупность символов, представляющих собой последовательность нескольких битов, каждый из которых заменяется новым символом, содержащим большее количество бит, чем исходный.

Количество результирующих символов больше количества исходных символов. Так, в коде 4B/5B результирующих символов может быть , в то время как исходных символов только . Поэтому среди результирующих символов можно отобрать 16 таких, любое сочетание которых не содержит длинных последовательностей нулей или единиц (в худшем случае 3 нуля или 8 единиц). Остальные 16 символов рассматриваются как запрещенные, появление которых означает ошибку в передаваемых данных. Избыточность кода 4В/5В составляет 25%. Это означает, что реальная пропускная способность канала будет на 25% меньше номинальной. Для обеспечения заданной пропускной способности канала передатчик должен работать с повышенной тактовой частотой. В частности, для передачи кодов 4В/5В со скоростью 100 Мбит/с передатчик должен работать с тактовой частотой 125 МГц. При этом спектр сигнала увеличивается по сравнению со случаем, когда передается не избыточный код. Тем не менее, спектр избыточного кода меньше спектра манчестерского кода, что оправдывает использование логического кодирования.

• код становится самосинхронизирующимся, так как прерываются длинные последовательности нулей и единиц;

• исчезает постоянная составляющая, а значит, сужается спектр сигнала;

• появляется возможность обнаружения ошибок за счёт запрещённых символов;

• простая реализация в виде таблицы перекодировки.

• уменьшается полезная пропускная способность канала связи, так как часть пропускной способности тратится на передачу избыточных бит;

• дополнительные временные затраты в узлах сети на реализацию логического кодирования.

Читайте также: