Leitungscodierung-Zusammenfassung PDF

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Leitungscodierung Zuordnung der digitalen (logischen) Zustände „0“ und „1“auf physikalische Signale bzw. Pegel. Durch einen Leitungscode werden digitale Signale also so verändert, dass sie für die Übertragung auf langen Leitungen geeignet sind. Anforderungen an den Leitungscode   

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Gleichstromfreiheit (Signal gleichspannungsfrei, Maß für Gleichstromfreiheit ist die RDS) Bandbreiteneffizienz (Bandbreite Übertragungskanal soll optimal sein ohne Bitfehlerrate zu beeinflussen) Taktrückgewinnung (lange Leitungen keine eigen getrennt geführte Taktleitung, Nutzsignal möglichst viele Flankenwechsel enthalten damit Empfänger Takt ableiten und Empfangsdaten zum richtigen Zeitpunkt bewerten kann) Transparenz (alle Bitkombinationen ohne Einschränkung möglich)

NRZ- Codes (Non-Return-to-Zero) Bei serieller Datenübertragung, im Gegensatz zu einem RZ-Signal nicht in regelmäßigen Intervallen auf Nullpotential zurückfällt. Sehr einfache Codes. NRZ- Signal enthält nur die reinen binär codierten Nutzdaten. Taktrückgewinnung bei langen 0 bzw. 1 Folgen nicht möglich. Verwendung auf elektrischen Übertragungsleitungen und auch bei magnetischen Datenaufzeichnungsverfahren. Nachteile NRZ- Signale benötigen zum Auslesen der Daten einen externen Taktgeber. Es ist möglich, dass lange 0- oder 1-Serien keinen Signalwechsel zur Synchronisation des Empfängers auslösen. Aufgrund des Gleichanteils auf der nicht idealen Leitung wird die Pegelerkennung (logisch 1 oder 0) je nach Vorgeschichte erschwert. Damit verringert sich der SignalStörabstand (Verhältnis zwischen erkannten Nutzsignal und ungewollten Störsignalen). Vorteile Gegenüber RZ- Signalen ist die Bandbreiteneffizienz höher, da das Signal nur aus Nutzdaten besteht aber keine Taktinformationen enthält. NRZ- Verfahren sind sehr einfach. Werden bei vielen seriellen Schnittstellen verwendet (zB. RS232). Um lange Sequenzen mit gleichem Signalpegel zu umgehen, werden manchmal so genannte Stopfbits eingesetzt. NRZ-L Das Basis-Format, das prinzipiell in allen digitalen Schaltungen vorkommt, ist die NRZL(NonReturn-to-Zero-Level)-Codierung.

NRZI- Code (Non Return to Zero Invert) Unterscheidung zwischen NRZ-M-(NonReturn-to-Zero Mark) und NRZ-S-Codierung (NonReturn-to-Zero Space). Verwendung bei USB-Bus, bei Ethernet über Glasfaser und bei FDDI. Um einen Pegelwechsel zu erkennen, wird der Leitungszustand des vorhergehenden Bittaktes gespeichert. NRZ-M-Codierung Methode, um Bitmuster auf einer Leitung zu übertragen. Bei logisch "0" Status auf der physikalischen Leitung nicht verändert. Bei logischen "1" erfolgt ein Wechsel des Status auf der physikalischen Leitung

Beispiel 1: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

11111111 01010101 10101010

Beispiel 2: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

00000000 11111111 00000000

Beispiel 3: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

1111101010110001 0101001100100001 1010110011011110

NRZ-S-Codierung Das auf der physikalischen Leitung übertragene Muster ist vom Ausgangsstatus der Leitung abhängig. NRZ-S ist das Gegenstück zu NRZ-M.

Beispiel 1: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

11111111 11111111 00000000

Beispiel 2: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

00000000 01010101 10101010

Beispiel 3: Datenbits (logisch): phys. Leitung bei Ausgangszustand "1": phys. Leitung bei Ausgangszustand "0":

1111101010110001 1111100110001011 0000011001110100

RZ-Code(Return-to-zero) Es handelt sich um einen Leitungscode mit dem es möglich ist Binärzahlen über ein Medium zu übertragen, indem der Sender dessen Zustand zwischen zwei Pegelwerten wechseln lässt.

Die zwei Pegelstände sind gleichbedeutend mit dem Dualwert der zu übertragenden Ziffer. Um gewisse Pegeländerungen zu gewährleisten wird beim Übertragen einer Eins der Pegel nach dem halben Takt zum Null-Pegel zurückkehren. Dadurch gibt es ständig Pegeländerungen. Nachteile Doppelt so hohe Bandbreite benötigt wie bei NRZ. Bei Übertragung mehrerer Nullen trotzdem keine Taktrückgewinnung möglich. Lösung wäre das „einstopfen“ von Einsen in längeren 0- Serien. AMI- Code (Alternate Mark Inversion)

Ist pseudoternär. Drei Signalwerte (−, 0, +) um die 2 logischen Zustände eines Bits zu codieren. Logische „0“ als physikalische 0, eine „1“ abwechselnd durch – und + Pegel. Dadurch wird eine Gleichstromkomponente vermieden. Keine Taktrückgewinnung bei langen 0 Folgen. Wenn eine logische „1“ durch denselben Zustand wie die vorherige „1“ übertragen wird, spricht man von einer Coderegelverletzung. Gezielte Coderegelverletzung für zusätzliche Flankenwechsel. Modifizierte AMI-Code die Pegel umgekehrt („0“ als + und - , „1“ als phys. 0). Verwendung bei S0- Bus bei ISDN. Manchester- Code Der Manchester-Code ist ein Leitungscode, der bei der Codierung das Taktsignal erhält. Dabei moduliert eine Bitfolge binär die Phasenlage eines Taktsignals. Der Manchester-Code stellt damit eine Form der digitalen Phasenmodulation dar.

Flanken des Signals tragen bezogen auf das Taktsignal, die Information. 2 Definitionen: -fallende Flanke eine logisch 1, steigende Flanke eine logische 0 (G.E. Thomas) -fallende Flanke logisch 0, steigende Flanke logisch 1 (IEEE 802.3) Eine Flanke pro Bit. Manchester-Code ist selbstsynchronisierend und unabhängig vom Gleichspannungspegel. Zur Erkennung welche Definition verwendet wird beginnt die Übertragung mit einem Header(Präambel). Nachteil Bandbreite doppelt so hoch wie bei Binär. Grund: für Codierung eines Bits werden zwei Signale benötigt. Bitrate halb so groß wie Baudrate. Differentieller Manchester-Code Bei einem bestimmten Bit (meist logisch „1“) findet ein Phasenwechsel statt. Bei „0“ nicht. feste Zuordnung zwischen Richtung des Flankenwechsels und logischem Signalzustand geht verloren. Dadurch auch bei invertiertem Signal die Information richtig interpretiert.

4B3T-Code Fasst jeweils 4 Bit (4B) eines Binären Signals zu einem Block zusammen und codiert ihn in drei ternäre Signalelemente (3T). Zuordnung via Codetabelle.

Wie ein 4B-Wort jeweils codiert wird, hängt von der Codierung des vorherigen 4B-Wortes ab. Auf diese Weise wird die Gleichstromfreiheit hergestellt. Durch die Umcodierung von 4 Bit auf 3 Pegel, beträgt die Schrittgeschwindigkeit nur noch 75% gegenüber der Übertragungsgeschwindigkeit. Für die Taktrückgewinnung ist ein sog. „Scrambler“ nötig. Verwendung im Nationalen ISDN und im Euro-ISDN auf der UK0-Schnittstelle. 2B1Q-Code 2 Binäre Signale (2B) in ein Quaternäres Signal umgewandelt (1Q). 4 Zustände (00, 01, 10, 11). Die Schrittgeschwindigkeit vS beträgt nur 50% der Übertragungsgeschwindigkeit. Störung benachbarter Adern durch die Übertragung ist niedrig weil sich das Frequenzspektrum verringert.

Verwendung auf Euro-ISDN auf der UK0-Schnittstelle als Leitungscode. HDB3-Code (High Density Bipolar) Hohe Störunempfindlichkeit. Abgewandelte Form des AMI-Codes. "3" sagt aus, dass bei diesem Leitungscode nicht mehr als 3 Nullen in Folge auftreten.

Bitgruppe mit 4 Nullen in Folge wird das vierte Bit durch ein Verletzungsbit (V) ersetzt. Nimmt immer die gleiche Polarität an, wie das letzte vorangegangene „1“-Bit. Weitere Bitgruppe mit 4 Nullen und es liegt eine gerade Anzahl von „1“-Bits zwischen den letzten und den aktuellen „4-Nullen-Block“, wird die erste Null durch ein Zusatzbit ersetzt. Dieses Bit hat die umgekehrte Polarität zum vorangegangenen V-bit. Vorteile sichere Taktrückgewinnung ohne Scrambler, durch häufige Polaritätswechsel und ein gleichstromfreier Spannungsverlauf. Verwendung in der Festnetztelefonie auf PCM30-Übertragungsstrecken. MLT-3 (Multilevel Transmission Encoding - 3 levels) Ist ebenfalls ternär. Bei einer logischen Eins im Datenstrom den Signalpegel. Dabei wird stets der nächste Pegel in der Folge 0,+,0,-,0,+,0,-,... verwendet. Dadurch werden der Gleichstromanteil und die Bandbreite verringert. Bei einer logischen Null bleibt der Signalpegel gleich.

Oft wird aber ein anderer Leitungscode vor MLT-3 verwendet. Der Ethernet Standard 100Base-TX codiert z.B. erst mit 4B5B und dann mit MLT-3, wodurch eine Bandbreitenreduktion und die Taktrückgewinnung möglich werden. codiert z.B. erst mit 4B5B Leitungscodes Leitungscodes.doc Seite 8 von 9 mo@2009 und dann mit MLT-3, wodurch eine Bandbreitenreduktion und die Taktrückgewinnung möglich werden. 4B5B-Code Lange "0"- oder "1"-Folgen, die die Taktrückgewinnung erschweren könnten werden vermieden. 4 Daten-Bit in 5 Signal-Bit umcodiert. Nicht mehr als eine führende "0" und nicht mehr als 2 abschließende "0". Durch dieses Einfügen von Redundanz erreicht man nur mehr eine Effizienz von 80%. Codiert wird wieder mit Hilfe einer Codierungstabelle. Verwendung bei FDDI oder 100 Mbit/s-Ethernet. Codebits werden jedoch hierbei nicht direkt

in Spannungspegel umgesetzt. Stattdessen werden sie weitercodiert und mit NRZ-I (bei Glasfaser) oder MLT-3 (bei Twisted-Pair-Kabeln) übertragen....