Digit aln vysl an. PV 169 Z aklady prenosu dat. Jan Staudek Verze : podzim 2018

Transkript

1 Digit aln vysl an PV 169 Z aklady prenosu dat Jan Staudek Ð Û Å«Æ ±²³ µ ¹º»¼½¾ Ý Verze : podzim 2018

2 K odov an spoje Proces konverze dat do digit alnho sign alu Pren asen a informace se nejprve k oduje do posloupnosti bit u { Analogov a informace se k oduje do bin arnch dat vzorkov anm { Digit aln informace, napr. text, se vyj adr ve vhodn em k odu (ASCII) pot e se posloupnosti bit u k oduj do prvk u digit alnho sign alu Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 1

3 Prvek sign alu, prvek dat, stupe n sign alu Clem prenosu dat je prenos rozlisiteln ych prvk u dat { nejmensm rozlisiteln ym prvkem dat je bit Nejmens rozlisiteln y element sign alu je prvek sign alu Prenos prvk u dat (bit u) je clem, prenos prvk u sign alu je prostredkem. Prvky dat (bity) se pren as, prvky sign alu jsou jejich nositel e Pocet r uzn ych rozlisiteln ych hodnot prvku sign alu vymezuje mocnost mnoziny prvk u sign alu { stupe n sign alu nekter e hodnoty prvk u sign alu lze pouzt pro reprezentaci prvk u dat ostatn hodnoty prvk u sign alu lze pouzt pro jin e ucely (napr. signalizacn, rdic) Pomer poctu prvk u dat pren asen ych pri dan em k odov an kazd ym prvkem sign alu oznacme symbolem r Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 2

4 Stupe n dat, baudov a / bitov a rychlost Pocet rozlisiteln ych hodnot prvku sign alu pouzit ych pro reprezentaci dat vymezuje stupe n dat stupe n sign alu stupe n dat bin arn data, {0, 1} { stupe n dat = 2, stupe n sign alu mus b yt 2 Baudov a (sign alov a) rychlost = pocet prvk u sign alu / s, bitov a (datov a) rychlost = pocet bit u / s Jestlize 1 prvek sign alu k oduje 1 bit, baudov a rychlost = bitov a rychlost Jestlize 1 prvek sign alu k oduje n (n > 1) bit u, napr. vce hodnotami amplitudy, baudov a rychlost < bitov a rychlost Jestlize m (m > 1) prvk u sign alu k oduje 1 bit, baudov a rychlost > bitov a rychlost Dals synonyma pro,,baudov a"{ modulacn, pulsn,... Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 3

5 Stupe n dat, baudov a / bitov a rychlost Necht' se data k oduj do sign alu se stupnem sign alu 2 a a necht' stupe n dat je rovnez 2 sign alem jsou napr. pulsy s hodnotami amplitud 0, 0 nebo +A, A s dobu trv an napr. 1 ms (srka p asma 1 khz) Plat r = 1 (pocet bit u / puls), jeden dvouhodnotov y puls pren as hodnotu jednoho bitu (0 nebo 1) bitov a rychlost = log 2 2 b/s = b/s baudov a rychlost = Baud Necht' se k oduj data do sign alu se stupnem sign alu a dat 4 { napr. pulsy se 4 hodnotami amplitud s dobu trv an 1 ms. Nyn r = 2 (pocet bit u / puls) bitov a rychlost = log 2 4 b/s = b/s baudov a rychlost = Baud Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 4

6 Prvek sign alu, prvek dat, Baudov a / bitov a rychlost Jak dosahovat co nejvyss efektivnost prenosu dat? Zvysovat bitovou rychlost { rychleji se pren as data Snizovat baudovou rychlost { kles a pozadavek na srku p asma Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 5

7 Stupe n sign alu, stupe n dat, prklady Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 6

8 Baudov a bitov a rychlost srka p asma Vztah mezi bitovou (N) a baudovou (S) rychlost je d an predevsm pomerem r, S = N/r Zvysov an r pri dan e bitov e rychlosti N snizuje baudovou rychlost S Clem je zvysov an bitov e rychlosti (zrychluje se prenos dat) a snizov an baudov e rychlosti (kles a pozadavek na srku p asma) Potrebnou baudovou rychlost ovliv nuje rovn ez pren asen y datov y vzorek potrebn a baudov a rychlost pri prenosu vzork u dat , je nizs nez pri prenosu vzorku dat , vztah oznacme faktorem c, je z intervalu mezi 0 a 1 Pak plat S = c N 1, pro pr umern y vzorek dat je c = 1/2 r pokud bude platit r = 1 a N = 100 kb/s, pak odpovdajc baudov a rychlost bude S = 50 kbaud (coz je z aver souhlasn y s Nyuiqistovou vetou pro 2 hodnotov y sign al, N = 2B, kde B = S, minim alne potrebnou s. p. ud av a baud. rychlost) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 7

9 Baudov a bitov a rychlost srka p asma (Aperiodick y) digit aln sign al m a teoreticky nekonecnou srku p asma, s nekonecn ym poctem slozkov ych frekvenc, jeho efektivn srka p asma je vsak konecn a Potrebn a srka p asma prenosov eho syst emu je dan a baudovou rychlosti, pro kterou plat S = c N 1 r Minim aln e pozadovan a srka p asma (B) odpovd a aktu aln baudov e rychlosti, tj. pri dan em N, r, c je B min = c N 1 r Maxim alne dosaziteln a bitov a rychlost v kan alu pri dan em B, r, c je N max = 1 c B r pro pr umern y vzorek dat plat c = 1/2 a pokud jeden sign alov y prvek o L hodnot ach nese log 2 L bit u, pak vztah pro N max odpovd a Nyquistove formuli N max = 2 B log 2 L Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 8

10 Efektivita prenosov eho p asma b/s/hz v srce p asma 4 khz vysl a vyslac trvale b/s Efektivita prenosov eho p asma = b/s / 4000 Hz = 2 b/s/hz Pri dan e bitov e rychlosti cm vce hodnot nab yv a sign alov y prvek, tm mens je potrebn a baudov a rychlost, tj. tm mens je potrebn a srka p asma, efektivita prenosov eho p asma roste cm vce hodnot nab yv a sign alov y prvek, tm mens je odolnost vysl ani proti sumu a tm slozit ejs ms b yt vyslac a prijmac. Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 9

11 Stejnosm ern a slozka sign alu direct-current component, dc, slozka s nulovou frekvenc nez adouc slozka, dobr e k odov an ji eliminuje neprenese se napr. pres indukcn prvky je to energie sdlc v m ediu dlouhodobe a m edium neuzitecne zatezuje Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 10

12 Probl em synchronizace vyslace a prijmace Vyslac vysl a , prijmac prijm a Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 11

13 Probl em synchronizace vyslace a prijmace Necht' prijmaci b ez cas o 0,1 % rychleji nez vyslaci Pri rychlosti prenosu dat 1 Kb/s prijmac prijm a b/s msto b/s Pri rychlosti prenosu dat 1 Mb/s prijmac prijm a b/s msto b/s Samosynchronizujc k odov an Napr. kazd y 1 bit se k oduje 2 prvky sign alu (opacn e pulsy apod.) Prechod mezi pulsy synchronizuje hodiny prijmace Resen pouzit e v k odov an Manchester (viz pozd eji) Cena: bitov a rychlost je polovicn ve srovn an s baudovou rychlost, pri zachov an srky p asma polovicn prenosov a kapacita proti k odov an jednoho bitu jednm sign alov ym prvkem Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 12

14 K odovac sch emata, orientacn klasikace Klasikace z hlediska polarity prvk u sign alu unipol arn k odov an { NRZ vsechny prvky sign alu maj stejnou polaritu (bi)pol arn k odov an { NRZ-L, NRZ-I, RZ, AMI, pseudoternary, Manchester, diferenci aln Manchester dva (nebo vce) prvky( u) sign alu maj r uznou polaritu Klasikace z hlediska tvorby prvk u sign alu vceprechodov e, multitransition, k odov an { MLT-3 vce urov nov e, multilevel, k odov an { 2B/1Q, 8B/6T,... blokov e k odov an { 4B/5B,... Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 13

15 Unipol arn k odov an Unipol arn k odov an, jeden z typ u NRZ, Non Return to Zero 1 { kladn a hodnota amplitudy, 0 - nulov a hodnota amplitudy NRZ { sign al se uprostred b itov eho intervalu nevrac k 0 negativa: z adn a samosynchronizovatelnost, generuje se stejnosm ern a slozka pro prenos dat se v soucasnosti nepouzv a typick e k odov an na paralelnm rozhran Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 14

16 Pol arn k odov an, Non Return to Zero (L: Level / I: Invert) NRZ-L: 1 / 0 { z aporn a / kladn a hodnota amplitudy NRZ-I (M): 1 { zmena hodnoty amplitudy, 0 { z adn a zmena amplitudy NRZ-I (S): 0 { zmena hodnoty amplitudy, 1 { z adn a zmena amplitudy k ody NRZ-I nemus b yt nutne pol arn { aplikace v optice Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 15

17 Pol arn k odov an, Non Return to Zero (L: Level / I: Invert) NRZ-L probl em autosynchronizace pro posloupnosti opakov an u obou hodnot bit u probl em existence dc slozky se neres, v etsina energie je pren asen a slozkami blzk ymi nulov e frekvenci NRZ-I probl em autosynchronizace pro posloupnost opakov an pouze u jedn e hodnoty bit u probl em existence dc slozky se neres, v etsina energie je pren asen a slozkami blzk ymi nulov e frekvenci Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 16

18 Pol arn k odov an, Return to Zero 0/1 = z aporn a / kladn a amplituda v 1. polovine bitov eho intervalu, 2. polovina bitov eho intervalu z adn y sign al autosynchronizace, eliminace stejnosm ern e slozky v pr um eru baudov a rychlost > bitov a rychlost, 1 bit = 2 sign alov e prvky { dvojn asobn a srka p asma slozit e k odov an (3 hodnoty amplitudy), v soucasnosti je vytlacovan e k odov anm Manchester, diferenci aln Manchester Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 17

19 Pol arn k odov an, Manchester, diferenci aln Manchester Manchester (ideov a b aze { RZ a NRZ-L) kazd y 1 bit se k oduje 2 prvky sign alu smer prechodu v polovine bitov eho intervalu k oduje 1/0 a prechod zajist'uje autosynchronizaci a eliminaci dc slozky baudov a rychlost > bitov a rychlost, 1 bit = 2 sign alov e prvky { dvojn asobn a srka p asma diferenci aln Manchester (ideov a b aze { RZ a NRZ-I) kazd y 1 bit se k oduje 2 prvky sign alu { inverze amplitudy v polovin e bitov eho intervalu zajist'uje autosynchronizaci a eliminaci dc slozky 0 = inverze sign alu na poc atku bitov eho intervalu 1 = z adn a zmena pr ubehu sign alu na poc atku bit. intervalu baudov a rychlost > bitov a rychlost, 1 bit = 2 sign alov e prvky { dvojn asobn a srka p asma Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 18

20 Pol arn k odov an, diferenci aln Manchester Jin y n azev { biphase schemes Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 19

21 Bipol arn k odov an, AMI, Alternate Mark Inversion 1 { alternujc zmena polarizace amplitudy, 0 { z adn y sign al alternativa k NRZ, v etsina energie je okolo N/2, eliminace stejnosm ern e slozky moznost ztr aty synchronizace pri posloupnostech 0 K odov an pseudoternary { varianta AMI, alternuje 0, nulov a intenzita reprezentuje 1 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 20

22 Bipol arn k odov an, CMI, Coded Mark Inversion 1 { alternujc zm ena polarizace amplitudy (idea AMI) 0 { analogicky jako 0 v Manchester k odov an 1 bit = 2 sign alov e prvky { dvojn asobn a srka p asma nez AMI eliminace mozn e ztr aty synchronizace pri posloupnostech 0 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 21

23 Vce urov nov a k odovac sch emata, mbnl mbnl m { d elka vstupnho bin arnho vzoru, 2 m datov ych vzor u B { Binary L { pocet urovn sign alu, L n sign alov ych vzor u, prvk u. Msto L se casto pouzv a psmeno indikujc pocet urovn: B pro L=2, binary T pro L=3, ternary, Q pro L=4, quaternary Mus platit 2 m L n prvky sign alu nevyuzit e pro prenos dat lze vyuzt pro eliminaci stejnosm ern e slozky, synchronizaci, pro detekci chyb apod. Vce urov nov a k odovac sch emata patr mezi blokov a k odovac sch emata, viz d ale Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 22

24 Vce urov nov a k odovac sch emata, k od 2B1Q 2B1Q, (Two Binary, One Quaternary) 4 urovne napet, kazd y sign alov y prvek reprezentuje 2 bity pouzv a se v stch ISDN na z akladn urovni (basic rate interface) a v technologii DSL (Digital Subscriber Line) bitov a rychlost je dvakr at vyss nez baudov a rychlost, S=N/4, dvakr at rychlejs proti NRZ-L ve stejn e srce p asma Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 23

25 Vce urov nov a k odovac sch emata, k od 8B4Q Idea pouzit a v gigabitov em ethernetu blok 8 bit u dat (byte) se k oduje do 4 4-hodnotov ych sign alov ych prvk u kazd y ze 4 sign alov ych prvk u je vyslan y samostatn ym vodicem vsechny 4 sign alov e prvky se pren asej soucasn e kazd y vodic pren as rychlost 250 Mb/s, resp. 125 MBd v ysledn y tok m a rychlost 1Gb/s Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 24

26 Vce urov nov a k odovac sch emata, k od 8B6T 8B6T, pouzv a LAN typu 100BASE-4T blok 8 bit u dat se k oduje do 6 3-hodnotov ych sign alov ych prvk u, kazd y byte (8B) m a jedinecn y 6T k od, 6-prvkov y 3-stavov y sign alov y prvek 8 bit u, 2 8, 256 mozn ych bitov ych retezc u 6 tern arnch symbol u, 3 6, 729 mozn ych sign alov ych prvk u bohat a redundance se vyuzv a pro synchronizaci a opravy chyb pr umern a baudov a rychlost je 1 2 N 6 8 v re ale se silne blz k 6N 8 vhodnou volbou zobrazen datov ych prvk u na sign alov e prvky se eliminuje se stejnosm ern a slozka Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 25

27 Vce urov nov a k odovac sch emata, k od 8B6T Jednotliv e sign alov e prvky mohou mt v ahu stejnosmern e slozky 0 nebo +1 Z adn y sign alov y prvek nem a v ahu {1 stejnosmern e slozky Pokud by se mely po sobe vyslat dva sign alov e prvky s vahou stejnosmern e slozky +1, druh y sign alov y prvek se vysl a invertovan y, m a v ahu stejnosmern e slozky {1, prijmac podle v ahy pozn a inverzi a stejnosm ern a slozka se pritom eliminuje Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 26

28 Vceprechodov a k odovac sch emata { k od MLT-3 MLT-3 (Multi-Level Transmit, three Level) pouzv a jedna z variant 100Mb Ethernet, 100BASE-TX analogie NRZ-I, 3 urovne sign alu (+1, 0, {1) prechod z jedn e urovne na prst urove n se deje na zac atku bitu 1: pokud st avajc urove n nen 0, je prst urove n 0, pokud st avajc urove n je 0, je prst urove n opacn a v uci posledn nenulov e urovni z adn y prechod na zac atku bitu 0 pri dlouh e posloupnosti 0 se ztr ac vlastnost samosynchronizace emitace mensho mnozstv energie nez bipol arn k odov an (Manchester, AMI) nizs n aroky na srku p asma nez bipol arn k odov an pri stejn e bitov e rychlosti Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 27

29 Vceprechodov a k odovac sch emata { k od MLT-3, vlastnosti Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 28

30 Vceprechodov a k odovac sch emata { k od MLT-3, vlastnosti Proc se Pouzv a MLT-3, kdyz m a Baudovou rychlost shodnou s NRZ-I (1:1) a je slozitejs (3 urovne, slozit a pravidla prechodu)? tvar sign alu redukuje potrebnou srku p asma v nejhorsm prpad e, pri vysl an posloupnosti sam ych 1, se upln y cyklus +1, 0, -1, +1 opakuje po kazd ych 4 bitech, vznik a periodick y sign al s periodou 4x vets nez bitov y interval, coz odpovd a analogov emu sign alu s frekvenc 1/4 bitov e rychlosti lze pren aset rychlost 100 Mb/s vodici, kter e podporuj srku p asma pouze do 32 MHz (pak doch az k vyzarov an) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 29

31 Prehled vlastnost dosud probran ych k odov an spoj u Kategorie Sch ema Srka Charakteristika (cd { stejnosm ern a slozka) p asma Unipolar NRZ B=N/2 drah e, ne autosynchronizace pri /111..., cd Bipolar NRZ-L B=N/2 ne autosynchronizace pri /111..., cd NRZ-I B=N/2 ne autosynchronizace pri , cd Manch. B=N autosynchronizace, ne cd, velk a srka p asma AMI B=N/2 ne autosynchronizace pri , cd Vceprech. MLT-3 B=N/3 ne autosynchronizace pri Vce urov. 2B1Q B=N/4 ne autosynchronizace pri stejn ych 2bitech 8B6T B=3N/4 autosynchronizace, ne cd Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 30

32 Scrambling (mch an), vlastnosti clem scramblingu je odstran en nedostatku NRZ k od u { posloupnosti stejn ych bit u zp usobuj ztr atu synchronizace Dvouprvkov e k ody (napr.manchester) jsou vhodn e pro LAN, nejsou vhodn e pro velk e vzd alenosti pozaduj dvojn asobnou modulacn (Baudovou) rychlost nez je datov a rychlost Princip scramblingu posloupnost stejn ych hodnot bit u ve vyslan ych datech se nahrad posloupnost speci alnch sign alov ych prvk u s dostatecn ym poctem prechod u pro udrzen synchronizace a eliminaci stejnosm ern e slozky (casov a) d elka posloupnosti nahrazovan ych bit u mus b yt nahrazujc posloupnost sign alov ych prvk u zachovan a prijmac mus b yt schopen nahrazovac posloupnost sign alov ych prvk u vr atit do p uvodnho tvaru vyslan ych dat Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 31

33 Bipol arn k odov an, BnZS, Bipolar n-zero Substitution Alternativa AMI { BnZS, Bipolar n-zero Substitution 1 { alternujc zmena polarizace amplitudy, 0 { z adn y sign al posloupnosti n 0 se nahrazuj specikovan ymi vzorky 1 a 0 narusujcmi pravidlo AMI, kter e prijmac nezam en s posloupnostmi 0 a 1 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 32

34 Scrambling (mch an), k od B8ZS B8ZS, Bipolar with 8-Zeros Substitutions pouzvaj US/japonsk e digit aln prenosov e syst emy T1 modikace k odov an AMI, res nedostatek k odov an AMI { ztr ata synchronizace pri vysl an dlouh e posloupnosti 0 nahrazuje posloupnost 8 nul posloupnost sign alov ych prvk u s 2 porusenmi k odu AMI,,t emer jiste" nezp usoben ymi sumem Pokud se vyskytne oktet nul a posledn predch azejc puls pred nm byl pozitivn, pak se oktet nul zak oduje oktetem 000+{0{+ { prvn + reprezentuje porusen denice AMI Pokud se vyskytne oktet nul a posledn predch azejc puls pred nm byl negativn, pak se oktet nul zak oduje oktetem 000{+0+{ { prvn { reprezentuje porusen denice AMI pocet + a { v nahrazovac posloupnosti je sud y, nekumuluje se stejnosm ern a slozka Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 33

35 Scrambling (mch an), k od B8ZS Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 34

36 Scrambling (mch an), k od HDB3 HDB3, High-Density Bipolar-3 zeros, pouzvaj evropsk e digit aln prenosov e syst emy E1 modikace k odov an AMI, res nedostatek k odov an AMI { ztr ata synchronizace pri vysl an dlouh e posloupnosti 0 na v ystup se poust nejv yse 3 po sobe jdouc nuly, HDB3 je konzervativn ejs technika nez B8ZS Pokud ve vyslan ych datech n asleduj za sebou 4 nuly, vysl a 4-bitov e k odov e slovo 000V nebo B00V Jestlize byl pocet nenulov ych puls u od posledn n ahrady lich y, vysl a se vzorek 000V, kter y ucin pocet puls u sud y Jestlize byl pocet nenulov ych puls u od posledn n ahrady sud y, vysl a se vzorek B00V, kter y ucin pocet puls u sud y vyslac i prijmac mus pouzvat vyrovn avac pam eti, vyslac mus zn at 4 vyslan e bity, aby k odoval co vyslat, prijmac mus zn at 4 prijat e bity aby dek odoval co prijal Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 35

37 Scrambling (mch an), k od HDB3 V, violation, je puls +/ A (ekvivalent 1), kter y { porusuje pravidlo alternace bipolarity ve spojen s B, { alternuje v kazd em n asledn em k odov em slovu B00V { pricemz prvn V m uze b yt libovolne +/ A B, balancing, je 0 nebo puls +/ A, vol se tak, aby n asledujc puls V porusil pravidlo alternace bipolarity = 0, pokud V v t emze k odov em slovu porusuje pravidlo alternace = V, pokud V v t emze k odov em slovu neporusuje pravidlo alternace, aby k narusen alternace v tomto k odov em slovu doslo jinak popsan y princip urcov an B v k odu HDB3: { B = 0, jestli se od v yskytu poslednho k odov eho slova B00V vyskytl lich y pocet,,1" { B = +/ A, jestli se od v yskytu poslednho k odov eho slova B00V vyskytl sud y pocet,,1"a +/ A = V Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 36

38 Scrambling (mch an), k od HDB3 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 37

39 Blokov e k odov an, mb/nb Do k odov an lze zabudovat redundanci, posloupnost m bit u dat se men na vyslan y blok n bit u, n > m prnos pro synchronizaci a detekci chyb, eliminuje se stejnosm ern a slozka sign alu Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 38

40 Blokov e k odov an, k od 4B/5B pouzv a jedna z variant 100Mb Ethernet navrzen a pro pouzit v kombinaci s AMI a s NRZ-I AMI a NRZ-I postacuje polovicn srka p asma ve srovn an s Manchester k odov anm ale probl em jim cin dlouh e posloupnosti 0 4B/5B pomoc um ele zaveden e redundance zabezpecuje synchronizaci, ale neres probl em stejnosm ern e slozky umoz nuje zad av an protokol arnch povel u (prkaz u pro prijmac) umoz nuje detekci chyb Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 39

41 Blokov e k odov an, k od 4B/5B 2 4 = 16 prvk u dat (ctveric bit u) se k oduje na petice bit u a ve vyslan ych datech se nikdy po sob e nevyskytnou vce nez tri nuly { kazd y byte se vysl a jako 2 petice bit u 2 5 = 32 prvk u vyslan ych dat d av a +16 bitov ych kombinac pro protokol arn zpr avy zaveden redundance 20 % u 4B/5B proti AMI/NRZ-I je m ene nez zdvojn asoben sign alov e rychlosti u Manchester Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 40

42 Blokov e k odov an, k od 4B/5B Prklad { pozaduje se prenos dat rychlost 1 Mb/s. Jak a srka p asma je potreba pro k odov an 4B/5B, NRZ-I a pro k odov an Manchester? 4B/5B: vysl a se 1,25 Mb/s, NRZ-I bude pozadovat srku p asma N/2 = 625 khz Manchester bude pozadovat srku p asma N = 1 MHz Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 41

43 Blokov e k odov an, 8B/10B varianta 4B/5B, nahrazuj se osmice bit u deseticemi bit u lze ucinn eji implementovat opravy chyb, existuje = 768 redundantnch desetic Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 42

44 Blokov e k odov an, k od 3B/4B Prklad posloupnost bit u se vysl a jako posloupnost puls u (sign alov ych prvk u) disparita: Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 43

45 K odov an analogov ych dat do digit alnch sign al u Vzorkov an, Sampling { inici aln podn et k A-D prevodu: Prenos telefonnch hovor u na velk e vzd alenosti Analogov e sign aly se mus zesilovat { vc. zkreslen, sumu,... Digit aln sign aly se opakuj, obnovuj v p uvodn podob e Vzorkov an PAM, Pulse Amplitude Modulation PAM pulsy jsou st ale analogov y sign al, nikoli digit aln sign al Pro prenos digit alnmi sign aly se mus PAM sign al digitalizovat Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 44

46 Modulace k odov anm puls u, PCM (Pulse Code Modulation) PAM pulsy se kvantuj (quantizing), napr. prmo: v r amci rozsahu mozn ych amplitud <127, 127> lze denovat intervaly <127,126),<126,125),...,( 126, 127> a PAM puls um s amplitudou z jist eho intervalu se pridelit t az hodnota, napr. horn/doln mez intervalu pridelovan e hodnoty se vyj adr digit alne { bin arne, (Encoding) (napr. 8 bity, znam enko + 7 bit u dat) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 45

47 Modulace k odov anm puls u, PCM (Pulse Code Modulation) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 46

48 Modulace k odov anm puls u, PCM (Pulse Code Modulation) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 47

49 Rychlost vzorkov an, Nyqiustova v eta o vzorkov an Presnost digit aln reprodukce analogov eho sign alu z avis na poctu vzork u nekonecn e mnoho vzork u { presn a reprodukce,,minimum"vzork u { napr. pouh a reprodukce smeru zmen,... Nyquistova v eta o vzorkov an Pro presnou reprodukci analogov eho sign alu z PAM puls u mus b yt rychlost vzorkov an alespo n dvojn asobek nejvyss frekvence p uvodnho sign alu Rychlost vzorkov an mus alespo n dvojn asobn a v uci nejvyss frekvenci ve vzorkovan em sign alu Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 48

50 Rychlost vzorkov an, Nyqiustova v eta o vzorkov an Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 49

51 Rychlost vzorkov an Telefonn kan al maxim aln srka p asma sign alu je Hz sign al je tudz nutn e vzorkovat kr at/s, tj. kazd ych 125 µs Kan al barevn e televize efektivn srka p asma sign alu je 4,6 MHz sign al je tudz nutn e vzorkovat kr at za sekundu Jak casto se mus vzorkovat sign al zskan y doln propust s srkou p asma 200 khz? f max = = 200 KHz, f s = = vzork u/s zskan y p asm. propust s srkou p asma 200 khz s doln mez 100 khz? fmax = = 300 KHz, f s = = vzork u /s Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 50

52 Presnost vzorkov an pri PCM kvantov anm se narusuje vzorkovac teor em, p uvodn sign al nelze obnovit uplne presne, lze odvodit vztah pro kvantovac chybu, resp. pro kvantovac sum (n { bitov a srka vzorku): SNR db = 20 log 2 n + 1, 76 = 6, 02 n + 1, 76 [db] D usledek existence kvantovacho sumu { kazd y dodatecn y bit pouzit y pro bin arn popis urovn kvantov an (a tomu odpovdajc zv ysen poctu kvantovacch urovn) zvysuje pomer SNR o 6 db, tj. cca 4-kr at dals zv ysen SNR (napr. o 24 db az o 30 db) lze dos ahnout neline arnm kvantov anm { { v ysky urovn se zvetsuj se vzd alenost od od 0. hodnoty, { na nzko urov nov e (slab e) sign aly se dost av a vce urovn Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 51

53 Presnost vzorkov an pri PCM Telefonn kan al (hlas) vzorek se kvantizuje typicky do 256 urovn vzorky se k oduj do osmic bit u pro prenos je nutn a rychlost 8 b 8 000/s = 64kb/s Kan al barevn e televize pro dosazen rozumn e kvality se vzorky kvantizuj do urovn vzorky se k oduj do desetic bit u pro prenos je nutn a rychlost 10 b 9, 2 M/s = 92 Mb/s Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 52

54 Normalizovan e kvantov an a k odov an vzorkovan eho sign alu Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 53

55 Rezimy digit alnho vysl an S eriov e vysl an Asynchronn vysl an Synchronn vysl an Isochronn vysl an v 1-prvkov em intervalu se vysl a 1 sign alov y prvek jednm vodicem Paraleln vysl an v 1.prvkov em intervalu se vysl a n, n > 1, sign alov ych prvk u n vodici typicky n = 8 vodic u v 1 kabelu drazs resen, obvykle na kr atk e vzd alenost Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 54

56 Rezimy digit alnho vysl an Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 55

57 Asynchronn vysl an Seriov e vysl an po skupin ach bit u s libovoln ymi prodlevami mezi skupinami { typick a skupina: byte, 8 bit u Asynchronnost na urovni skupin bit u, bity ve skupine se pren asej synchronne Synchronizace prijmace na vyslac se obnovuje na skupinu Synchronizaci spoust prex skupiny { start bit (obvykle 0) Synchronizaci prijmace lze znovu spustit po minim aln prodlev e, minim aln prodlevu zajist'uje postx skupiny { 1 nebo vce stop bit u (obvykle 1) 1 start bit, 1 stop bit { byte (8 bit u) se vysl a jako 10-ice bit u vyss prenosov a rezie Vhodn y rezim pro pomal e spoje + asynchronn aplikace (kl avesnice,... ) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 56

58 Asynchronn vysl an Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 57

59 Asynchronn vysl an Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 58

60 Synchronn vysl an S eriov e vysl an proudu bit u bez start/stop bit u mezi slabikami, slucovan ych do delsch r amc u Prijmac se mus po celou dobu prjmu r amce udrzet synchronn s vyslacem Prednost je nulov a rezie, technika se pouzv a pro vysokorychlostn spoje (prenos dat mezi poctaci) Dekompozici na slabiky zajist'uje datov a vrstva v prijmaci Prodlevy mezi vyslan ymi d avkami jsou vypln en e speci alnmi synchronizacnmi posloupnostmi 0 a 1 (prostoj, idle), prodlevy mohou b yt r uzne dlouh e Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 59

61 Synchronn vysl an Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 60

62 Isochronn vysl an Pri vysl an real-time audio/video nejsou r uzn e dlouh e prodlevy mezi r amci akceptovateln e TV obr azky se vyslaj 30x / s a mus b yt zobrazovan e stejnou rychlost kazd y obr azek je vyslan y v jednom nebo ve vce r amcch, mezi r amci nesm b yt prostoje Cel y proud bit u mus b yt vyslan y xn rychlost, cel y mus b yt synchronizovan y Dky konstantn prenosov e rychlosti pritom ani na stran e odeslajcho, ani na stran e prjemc u nepotrebujeme prakticky z adn e vyrovn avac pam eti. Isochronn prenos je tedy nejen efektivn, ale tak e { z hlediska koncov ych zarzen - velmi levn y Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 61

63 Cvicen Pro bit. rychlost N = 1 Mb/s vypoctete pr umernou baud. rychlost (s = c N (1/r)) sign al u: a. r = 1, s=(1/2) (1M bps) 1/1=500 Kbaud b. r = 1/2, s=(1/2) (1M bps) 1/(1/2)=1 M baud c. r = 2, s=(1/2) (1M bps) 1/2=250 Kbaud d. r = 4/3, s=(1/2) (1M bps) 1/(4/3)=375 Kbaud Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 62

64 Cvicen Nakreslete graf k odov an NRZ-L pro kazd y z techto proud u dat a , b , c , d Necht' byla posledn urove n sign alu kladn a. Z grafu odhadnete srku p asma pomoc pr umern ych poct u zmen urovn sign al u Srka p asma je umern a 3/8 N Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 63

65 Cvicen Nakreslete graf k odov an Manchestr pro kazd y z techto proud u dat a , b , c , d Necht' byla posledn urove n sign alu kladn a. Z grafu odhadnete srku p asma pomoc pr umern ych poct u zmen urovn sign al u Srka p asma je umern a 12,5/8 N Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 64

66 Cvicen Nakreslete graf k odov an 2B1Q pro kazd y z techto proud u dat a , b , c , d Necht' byla posledn urove n sign alu kladn a. Z grafu odhadnete srku p asma pomoc pr umern ych poct u zmen urovn sign al u Srka p asma je umern a 5.25 / 16 N Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 65

67 Cvicen Urcete datov e proudy reprezentovan e kodov anm Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 66

68 Cvicen Kn al v z akladnm p asmu m a srku p asma 1 MHz. Urcete mozn e bitov e rychlosti pro n asledujc k odov an: NRZ: N = 2 B = 2 1 MHz = 2 Mb/s Manchester: N = 1 B = 1 1 MHz = 1 Mb/s MLT-3: N = 3 B = 3 1MHz = 3 Mb/s 2B1Q: N = 4 B = 4 1 MHz = 4 Mb/s Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Digit aln vysl an 67