Comunicazione digitale - Codici di linea

UN line codeè il codice utilizzato per la trasmissione dei dati di un segnale digitale su una linea di trasmissione. Questo processo di codifica è scelto in modo da evitare la sovrapposizione e la distorsione del segnale come l'interferenza tra simboli.

Proprietà della codifica di linea

Di seguito sono riportate le proprietà della codifica di riga:

• Poiché la codifica viene eseguita per far trasmettere più bit su un singolo segnale, la larghezza di banda utilizzata è molto ridotta.

• Per una data larghezza di banda, la potenza viene utilizzata in modo efficiente.

• La probabilità di errore è molto ridotta.

• Il rilevamento degli errori viene eseguito e anche il bipolare ha una capacità di correzione.

• La densità di potenza è molto favorevole.

• Il contenuto temporale è adeguato.

• Lunghe stringhe di 1s e 0s viene evitato per mantenere la trasparenza.

Tipi di codifica di linea

Esistono 3 tipi di codifica di linea

• Unipolar
• Polar
• Bi-polar

Segnalazione unipolare

La segnalazione unipolare è anche chiamata come On-Off Keying o semplicemente OOK.

La presenza del polso rappresenta a 1 e l'assenza di polso rappresenta a 0.

Esistono due varianti nella segnalazione unipolare:

• Non ritorno a zero (NRZ)
• Ritorno a zero (RZ)

Non ritorno a zero unipolare (NRZ)

In questo tipo di segnalazione unipolare, un alto in dati è rappresentato da un impulso positivo chiamato come Mark, che ha una durata T₀uguale alla durata del bit di simbolo. Un ingresso dati basso non ha impulsi.

La figura seguente lo illustra chiaramente.

Advantages

I vantaggi di Unipolar NRZ sono:

• È semplice.
• È richiesta una larghezza di banda inferiore.

Disadvantages

Gli svantaggi di NRZ unipolare sono:

• Nessuna correzione degli errori eseguita.

• La presenza di componenti a bassa frequenza può causare la caduta del segnale.

• Nessun orologio è presente.

• È probabile che si verifichi una perdita di sincronizzazione (specialmente per stringhe lunghe di file 1s e 0s).

Ritorno unipolare a zero (RZ)

In questo tipo di segnalazione unipolare, un alto contenuto di dati, sebbene rappresentato da a Mark pulse, la sua durata T₀è inferiore alla durata del bit di simbolo. La metà della durata del bit rimane alta ma ritorna immediatamente a zero e mostra l'assenza di impulsi durante la restante metà della durata del bit.

È chiaramente compreso con l'aiuto della figura seguente.

Advantages

I vantaggi di Unipolar RZ sono:

• È semplice.
• La linea spettrale presente al symbol rate può essere utilizzata come orologio.

Disadvantages

Gli svantaggi di Unipolar RZ sono:

• Nessuna correzione degli errori.
• Occupa il doppio della larghezza di banda di NRZ unipolare.
• Il calo del segnale è causato nei punti in cui il segnale è diverso da zero a 0 Hz.

Segnalazione polare

Esistono due metodi di segnalazione polare. Sono -

• Polar NRZ
• Polar RZ

Polar NRZ

In questo tipo di segnalazione polare, un dato alto è rappresentato da un impulso positivo, mentre un dato basso è rappresentato da un impulso negativo. La figura seguente lo illustra bene.

Advantages

I vantaggi di Polar NRZ sono:

• È semplice.
• Non sono presenti componenti a bassa frequenza.

Disadvantages

Gli svantaggi di Polar NRZ sono:

• Nessuna correzione degli errori.

• Nessun orologio è presente.

• Il calo del segnale è causato nei punti in cui il segnale è diverso da zero 0 Hz.

Polar RZ

In questo tipo di segnalazione polare, un alto nei dati, sebbene rappresentato da a Mark pulse, la sua durata T₀è inferiore alla durata del bit di simbolo. La metà della durata del bit rimane alta ma ritorna immediatamente a zero e mostra l'assenza di impulsi durante la restante metà della durata del bit.

Tuttavia, per un ingresso basso, un impulso negativo rappresenta i dati e il livello zero rimane lo stesso per l'altra metà della durata del bit. La figura seguente lo illustra chiaramente.

Advantages

I vantaggi di Polar RZ sono:

• È semplice.
• Non sono presenti componenti a bassa frequenza.

Disadvantages

Gli svantaggi di Polar RZ sono:

• Nessuna correzione degli errori.

• Nessun orologio è presente.

• Occupa il doppio della larghezza di banda di Polar NRZ.

• Il calo del segnale è causato nei punti in cui il segnale è diverso da zero 0 Hz.

Segnalazione bipolare

Questa è una tecnica di codifica che ha tre livelli di tensione vale a dire +, - e 0. Tale segnale è chiamato comeduo-binary signal.

Un esempio di questo tipo è Alternate Mark Inversion (AMI). Per un1, il livello di tensione ottiene una transizione da + a - o da - a +, con alternanza 1sessere di uguale polarità. UN0 avrà un livello di tensione zero.

Anche in questo metodo, abbiamo due tipi.

• Bipolare NRZ
• Bipolare RZ

Dai modelli fin qui discussi, abbiamo appreso la differenza tra NRZ e RZ. Anche qui va allo stesso modo. La figura seguente lo illustra chiaramente.

La figura sopra ha entrambe le forme d'onda Bipolar NRZ e RZ. La durata dell'impulso e la durata del bit simbolo sono uguali nel tipo NRZ, mentre la durata dell'impulso è la metà della durata del bit simbolo nel tipo RZ.

Vantaggi

Di seguito sono riportati i vantaggi:

• È semplice.

• Non sono presenti componenti a bassa frequenza.

• Occupa una larghezza di banda ridotta rispetto agli schemi NRZ unipolari e polari.

• Questa tecnica è adatta per la trasmissione su linee accoppiate in CA, poiché qui non si verifica la caduta del segnale.

• In questo è presente una singola capacità di rilevamento degli errori.

Svantaggi

Di seguito sono riportati gli svantaggi:

• Nessun orologio è presente.
• Lunghe stringhe di dati causano la perdita di sincronizzazione.

Densità spettrale di potenza

La funzione che descrive come la potenza di un segnale è stata distribuita a varie frequenze, nel dominio della frequenza è chiamata come Power Spectral Density (PSD).

PSD è la trasformata di Fourier dell'autocorrelazione (similarità tra osservazioni). Ha la forma di un impulso rettangolare.

Derivazione PSD

Secondo il teorema di Einstein-Wiener-Khintchine, se è nota la funzione di autocorrelazione o densità spettrale di potenza di un processo casuale, l'altra può essere trovata esattamente.

Quindi, per derivare la densità spettrale di potenza, useremo l'auto-correlazione temporale $ (R_x (\ tau)) $ di un segnale di potenza $ x (t) $ come mostrato di seguito.

$ R_x (\ tau) = \ lim_ {T_p \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {T_p} \ int _ {\ frac {{- T_p}} {2}} ^ {\ frac {T_p} {2}} x (t) x (t + \ tau) dt $

Poiché $ x (t) $ è composto da impulsi, $ R_x (\ tau) $ può essere scritto come

$ R_x (\ tau) = \ frac {1} {T} \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_n \ delta (\ tau - nT) $

Dove $ R_n = \ lim_ {N \ rightarrow \ infty} \ frac {1} {N} \ sum_ka_ka_ {k + n} $

Imparando a sapere che $ R_n = R _ {- n} $ per segnali reali, abbiamo

$ S_x (w) = \ frac {1} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Poiché il filtro a impulsi ha lo spettro di $ (w) \ leftrightarrow f (t) $, abbiamo

$ s_y (w) = \ mid F (w) \ mid ^ 2S_x (w) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (\ displaystyle \ sum \ limits_ {n = - \ infty} ^ \ infty R_ne ^ {- jnwT_ {b}}) $

$ = \ frac {\ mid F (w) \ mid ^ 2} {T} (R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits_ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT) $

Quindi, otteniamo l'equazione per la densità spettrale di potenza. Usando questo, possiamo trovare il PSD di vari codici di linea.