Kody transmisyjne

Co to są kody liniowe?

Konwersję kodów sygnałów cyfrowych do innej postaci, bardziej efektywnej przy przesyłaniu przez szeregowe łącza cyfrowe i uwzględniającej fizyczne aspekty transmisji, zapewniają kody liniowe. Przy małych szybkościach transmisji (np. do 2400 b/s) konwersja kodowa zwykle nie jest potrzebna, a transmitowane sygnały w łączu fizycznym odpowiadają oryginalnym kodom przesyłanej informacji. Duże szybkości transmisji wymagają konwersji sygnałów do postaci i poziomów wymaganych przez konkretne medium transmisyjne (skrętka, koncentryk, światłowód), z uwzględnieniem bardziej efektywnego wykorzystania dostępnego pasma transmisji.

Wśród wielu liniowych kodów transmisyjnych do najczęściej spotykanych należą: dwustanowe NRZ, NRZI, kody Manchester i ich modyfikacje (światłowód), trójstanowe AMI (ISDN), CMI, HDB3, 4B/3T, 4B/5B i pochodne, 2B1Q i inne.

Sygnalizacja tonowa DTMF

Generacja sygnałów klawiatury DTMF

Sygnalizacja tonowa DTMF (Dual Tone Multifrequency Signaling) jest stosowana w aparatach telefonicznych z klawiaturą przyciskową. W tej metodzie każdemu numerycznemu przyciskowi odpowiadają dwie częstotliwości akustyczne, po jednej z każdej grupy:

• grupa dolna: 697 Hz, 770 Hz, 852 Hz, 94Hz;
• grupa górna: 1209 Hz, 1336 Hz, 1477 Hz i 1633 Hz.

Kodowanie QAM

Modulacja kwadraturowa QAM (Quadrature Amplitude Modulation) stosowana w modemach zapewnia wysokosprawne kodowanie informacji cyfrowej przez tory analogowe. Połączenie dwóch technik modulacji: amplitudy ASK i różnicowej modulacji fazy DPSK, daje 16 możliwych wartości binarnych sygnału wejściowego, przy jednej zmianie sygnału nośnej. Każda zmiana stanu sygnału nośnej koduje czterobitową informację (quadbits) wejściową, zatem przy maksymalnej szybkości modulacji 2400 bodów można przesyłać dane z szybkością 9600 b/s.

Sposób kodowania jest określony standardem V.29 i polega na równoczesnej zmianie amplitudy i fazy sygnału nośnego o częstotliwości 1700 Hz. Czterobitowa wartość binarna jest reprezentowana przez miejsce, w którym następuje zmiana fazy sygnału — podobnie jak położenie wskazówek zegara jest wskazaniem czasu. Stosując różne szybkości modulacji nośnej (600, 1200, 1600, 2400 bodów) oraz wielowartościową interpretację bitów sygnału wejściowego, można zaadaptować parametry modemu i szybkości transmisji do fizycznych warunków toru telefonicznego (retraining), zwykle zmiennych w trakcie transmisji.

Kodowanie CAP

W szybkich i szerokopasmowych sieciach transmisyjnych stosuje się popularny dwuwymiarowy kod liniowy CAP64 (Carierless Amplitude and Phase 64-point). Do kodowania są wykorzystane dwa ciągi ortogonalnych symboli (wzajemnie nie interferujące, a więc rozpoznawalne przy odbiorze) przedstawiane w postaci macierzy dwuwymiarowej, zwanej konstelacją. Kodowanie CAP64 stosuje 8 symboli, co oznacza, że dwuwymiarowa macierz o wymiarach 8×8 reprezentuje 64 zespolone punkty konstelacji. Każdy punkt konstelacji przedstawia 6-bitowy transmitowany znak danych i przyporządkowaną mu parę zespolonych symboli ortogonalnych. Za pomocą CAP64 są osiągane przepływności do 622 Mb/s (Bell Laboratories, AT&T — obecnie Lucent Technologies) przez nieekranowaną skrętkę miedzianą UTP kategorii 5 stosowaną w systemach okablowania strukturalnego, a w przekazach asymetrycznych ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) przepływności do 8 Mb/s.

Kodowanie DMT

Najnowszym sposobem kodowania sygnałów cyfrowych w torach szerokopasmowych jest technika wieloczęstotliwościowego kodowania informacji DMT (Discrete Multitone Technology) w całym dostępnym pasmie kanału transmisyjnego. W odróżnieniu od CAP technika kodowania dzieli dostępne spektrum transmisyjne (około 1, MHz w sieciach ADSL) na 256 podkanałów, każdy o szerokości 4,3 kHz. Przekaz informacji przebiega równocześnie na wszystkich podnośnych z maksymalnym przyporządkowaniem do 16 bitów danych w każdym podkanale. Liczba bitów danych kodowana w kolejnych podkanałach może być zmieniana w zależności od ich jakości, na którą wpływają fizyczne warunki transmisji, takie jak: długość pętli abonenckiej, tłumienie kanałowe, nieciągłość impedancji, zakłócenia interferencyjne, szum tła kanału, a także zakłócenia wnoszone przez system zasilania.

Porównanie kodowania CAP i DMT

Z trzech skutecznych technik kodowania informacji w torach szerokopasmowych (2B1Q, CAP i DMT) coraz większą popularność zdobywają dwie: CAP i DMT.

Technika kodowania CAP jest stosowana w różnych odmianach od około 20 lat w zwykłych modemach wąskopasmowych (do 56 kb/s), a najnowsza DMT jest dopiero oferowana komercyjnie w sieciach asymetrycznych ADSL. Proste procedury kodowania stosowane w technice CAP, zwłaszcza adaptacyjnego typu, umożliwiają osiąganie najwyższych przepływności w konkretnym medium transmisyjnym. Skuteczność kodowania CAP wynika również z kilkunastoletnich doświadczeń eksploatacyjnych prowadzonych w modemach wąskopasmowych, ciągłego wprowadzania ulepszeń w tych modemach i podnoszenia ich wydajności kodowej.

Technika kodowania DMT wymaga na ogół większych mocy obliczeniowych niż CAP (procesory DSP), także wyższej mocy pobieranej i traconej w specjalizowanych układach scalonych. Ponieważ w technice DMT stosuje się relatywnie wąskie pasma przenoszenia, korekcja charakterystyki widmowej nie jest tak istotna jak przy kodowaniu CAP — często nawet niestosowana. Do niewątpliwych zalet DMT należy jednak stosowania krótszych programowych pętli adaptacyjnych, co usprawnia szybkie podwyższanie przepływności w miarę poprawy parametrów fizycznych łącza.