Basic Line Coding. Overview-Зміст n Common Pulse Shapes- загальні форми імпульса n Unipolar / Polar Coding - уніполярне/полярне кодування

Basic Line CodingBasic Line Coding

Overview-Overview-ЗмістЗміст

Common Pulse Shapes- загальні форми імпульса Unipolar / Polar Coding-уніполярне/полярне кодування

Bipolar Coding- біполярне кодування Binary N Zero Substitution Coding- двійкове кодування з

поверненням до нуля Pair Selected Ternary / Ternary Coding -трійкове кодування Digital Biphase Coding- цифрове двухфазне кодування Differential Encoding - диференційне кодування Coded Mark Inversion - інверсійне кодування міток

1

Common Pulse Shapes- Common Pulse Shapes- загальні форми імпульса There are two main types of pulse shapes in transmission systems that will be covered in this presentation.

Those being: Return to Zero (RZ), and Non Return to Zero (NRZ) pulses. Є два основних типи форм імпульса в системах передач. Це є: З поверненням

до Нуля (RZ), і без поверненням до Нуля (NRZ) .

T

t

T

t

Return to Zero Non Return to Zero

0 0

2

Comparison of Common Pulse Shapes-Comparison of Common Pulse Shapes- порівняння загальних форм імпульсупорівняння загальних форм імпульсу

Return to Zero Signal pulse has a 50 % duty cycleІмпульс Сигналу має 50% робочого циклу DC Value - ј Voltage level for digital

‘1’DC Значення -j- рівень напруги, який

відповідає цифровій 1 Changes for each 1 pulse - strong

timing componentЗміни для кожного 1-го імпульса - сильний

компонент синхронізації Bandwidth - Max.: Data rateШирина смуги частот - Максимальна:

Швидкість передачі даних

Non Return to Zero Signal pulse lasts for the duration of the signaling

periodІмпульс сигналу триває на протязі періоду передачі сигналів

DC Value - Ѕ Voltage level for digital 1DC Значення - S- рівень напруги, який відповідає цифровій 1

No change for strings of 1’s -weak timing component.

Ніяких змін для послідовності з 1-ць - слабкий компонент синхронізації.

Bandwidth -

Max.: Ѕ of the data rate Min.: 0 HertzШирина смуги частот- Максимальна: S- швидкість

передачі даних Мін.: 0 Герц

DC Wander - Gradual decay in amplitude during long strings of 1’s or 0’s

DC Вандер - “дребізжання” амплітуди на протязі довгих рядків з 1-ць або 0-ів

3

Frequency Spectrum ComparisonFrequency Spectrum Comparison

f

Xs ( f ) Tsin fT

fT

1/T 2/T 3/T 4/Tf

X f

T f

fs

T

T( )sin

2

2

2

2/T 4/T 6/T 8/T

T

t

Return to Zero

0

T

t

Non Return to Zero

0

Note: Return to Zero has twice as much bandwidth as Non Return to ZeroЗверніть увагу:З поверненням до Нуля, має вдвічі більше ширину смуги частот, ніж Без повернення

до Нуля4

Common Pulse Waveforms Common Pulse Waveforms Return to Zero Non Return to Zero

Transition for each 1 перехід для кожної 1 50 % Duty Cycle

50 % робочого циклу

No transition for strings of 1’s без переходу для строчної 1-ці Pulse duration = Signaling period

довжина імпульсу =сигн.періоду 5

Non Return to Zero - Non Return to Zero - DC WanderDC WanderБез повернення до Нуля - DБез повернення до Нуля - DС С ВандерВандер

Problems caused by DC Wander : Проблеми, викликані DC -Вандером :

Loss of amplitude references for long strings 1’s and 0’s Втрати амплітуди для довгих рядків з 1-ць і 0-ів

- Strings of 1’s: increase probability for 1 to 0 errors - Рядки з 1-ць: ймовірність збільшення від 1 до 0 помилок

- Strings of 0’s: increase probability for 0 to 1 errors - Рядки з 0-ів: ймовірність збільшення від 0 до 1 помилок

Loss of time reference Втрати привязки до часу

Due to AC coupling and removal of DC components in transmission lines.

6

Unipolar / Polar CodingUnipolar / Polar Coding Уніполярне/полярне кодуванняУніполярне/полярне кодування

The simplest of all line coding types. Utilize Non Return to Zero pulses to encode data to be transmitted.

Самий простий зі всіх типів кодів. Використання імпульсів Без повернення до Нуля, для кодування передачі.

T

t

Polar Coding

0t

Unipolar Coding

0

T

7

Comparison of Unipolar / Polar CodingComparison of Unipolar / Polar CodingПорівняння Уніполярного/Полярного кодуванняПорівняння Уніполярного/Полярного кодування

Unipolar Coding Also known as Unbalalanced

Coding

Також відомий як незбалансоване кодування

Represents a logical ‘1’ as a positive voltage +V, and a logical ‘0’ as ~0V

Представляє логічну 1 як додатню напругу +V, і логічний 0 як ~0V

Affected by DC Wander Підлягає впливу DC Вандера

Polar Coding Also known as Balanced Coding Також відомий як збалансоване кодування

Represents a logical ‘1’ as a positive voltage +V, and logical ‘0’ as -V

Представляє логічну 1 як додатню напругу +V, і логічну 0 як -V

Affected by DC Wander Підлягає впливу DC Вандера

8

Unipolar / Polar Coding - WaveformsUnipolar / Polar Coding - Waveforms

1 0 1 1 1 10000

Unipolar Non Return to Zero

1 0 1 1 1 10000

Polar Non Return to Zero

Both of these coding schemes use Non Return to Zero pulses which are affected by DC Wander for long strings of 1’s or 0’s. There are many techniques that are used to offset the negative effects of DC Wander. Two of these are:

DC Restoration Quantized Feedback Equalization

Обидва види кодів імпульсу Без повернення до Нуля,підлягають вплливу DC Вандераь для довгих рядків 1-ць або 0-ів. Є багато способів це побороти. Два з них: DC Відновлення Квантування

9

Unipolar / Polar Coding - Unipolar / Polar Coding - DC RestorationDC Restoration

Switch Off

Switch On

Detector Circuit

Advantage - The input is stored on a capacitor, detected, and then removed from the capacitor before the next pulse arrives. All charge on the capacitor is removed before the next pulse comes, therefore the reference level for ‘0’ and ‘1’ remain unchanged at the beginning of each pulse.

Disadvantage - Input must have 0 ampiltude during restoration time.

Received Pulse

10

Unipolar / Polar Coding - Unipolar / Polar Coding - Quantized Feedback EqualizationQuantized Feedback Equalization

-квантуєме вирівнювання зворотнього зв’-квантуєме вирівнювання зворотнього зв’язкуязку

Locally generates the unreceived data, and adds it to the received signal. This is accomplished by taking the reconstucted input, and passing that through a low-pass filter. The output of the filter then equals the droop (intersymbol interference) caused by the transmission link. The input and this droop, are then added. The final output is the reconstructed output.

This is used in ISDN lines to counteract DC Wander.

Filter

Detector Circuit

Input Output

11

Bipolar Coding- Bipolar Coding- Біполярне кодуванняБіполярне кодування

A signaling method that uses Return to Zero pulses to represent a digital ‘1’ by alternating positive and negative pulses, and a digital ‘0’ by the absence of pulses.

Спосіб передачі сигналів, що використає код З поверненням до нуля, який представляє цифрову 1, чередуючи позитивні і негативні імпульси, і цифровий 0 відсутністю імпульса.

t0

T

12

Bipolar CodingBipolar Coding Also known as Alternate Mark

Inversion Також відомий, як код АМІ

No DC Value - uses 3 levels to encode data Значення DC - використовує 3 рівня для кодування

No DC Wander Не підлягає впливу DC Вандера

Timing Information:Інформація Синхронізації:

Strong timing component for strings of 1’s; No timing information for strings of 0’s Сильний компонент синхронізації для рядків з 1-ць; не синхронізовані рядки з 0-ів

Maintains timing information for strings of 15 or less 0’s Підтримує синхронізацію для рядків з 15 або меньшої кількості 0 -ів

50 % Duty Cycle (50 % робочого циклу)

Used in T1 network lines Використовується в Т1 мережевих потоках

13

Bipolar Coding -Bipolar Coding -WaveformWaveform & & Spectral DensitySpectral Density --форма сигналу та спектральна густинаформа сигналу та спектральна густина

50 % Duty Cycle

Spectral Density

[ p = probability of a ‘1’ ]Alternate polarity 1’s

p = 0.6

p = 0.5

p = 0.4

0.5/T 1/T

S()

f

Frequency 14

Unipolar to Bipolar ConversionUnipolar to Bipolar ConversionПеретворення уніполярного до полярного кодуПеретворення уніполярного до полярного коду

Counter(mod 2)

&

&

Explanation - The above circuit will take a unipolar signal as an input and output the bipolar signal. Пояснення - вищезгадана схема має вході уніполярний сигнал і на виході- біполярний сигнал.

Unipolar Bipolar

15

Binary N Zero SubstitutionBinary N Zero SubstitutionБінарна заміна НуляБінарна заміна Нуля

Behaves exactly like Bipolar Coding when the data to be encoded are 1’s, or single 0’s, but different when the data to be encoded are N length strings of 0’s. When there are N strings of 0’s, BNZS replaces the N string of 0’s with N symbols having a special characteristic so as to produce bipolar violations.

Подібно до біполярного коду, коли дані кодуються 1-ми, або 0-ми, але відмінні, коли дані, що будуть закодовані мають N рядків з довгими 0-ми. Коли є N- рядок з 0-ми, BNZS замінює N рядок з 0 s на N- символи з спеціальною характеристикою, щоб не було порушення біполярного коду.

16

Binary N Zero SubstitutionBinary N Zero Substitution

Data recovered by recognizing bipolar violations

Eliminates problem with having a string of 15 or more 0’s

All strings of 0’s are replaced with combinations of 0’s, +’s, and -’s

Small Bandwidth DC value ~0V

No DC Wander

Used in:

B3ZSB3ZS - North American DS-3

B6ZSB6ZS - T2 lines

B8ZSB8ZS - T1 lines

HDB3HDB3 - (High Density Bipolar 3 Substitution) CCITT standard [ CCITT - The Consultative Committee

for International Telegraph and Telephony ]

17

Binary N Zero Substitution - Binary N Zero Substitution - B3ZS AlgorithmB3ZS Algorithm Двійкова заміна Нуля N - B3ZS Алгоритм

Each string of three zeros in the source data is encoded with either 00V or B0V. A 00V line code consists of 2 bit intervals with no pulse (00) followed by a pulse representing a bipolar violation (V). A B0V line code consists of a single pulse in keeping with the bipolar alteration (B), followed by no pulse (0), and ending with a pulse with a violation (V).

If an odd number of ones has been transmitted since the last substitution, 00V is chosen to replace three zeros.

If the intervening number of ones is even, BOV is chosen. Every purposeful violation is preceded by a zero.

18

Binary N Zero Subsitution - Binary N Zero Subsitution - Substitution RulesSubstitution RulesПравила заміни НуляПравила заміни Нуля

Number of Bipolar Pulses (1’s)Since Last Substitution

Odd EvenPolarity of the

Preceding Pulse

–+

0 0 –0 0 +

+ 0 +– 0 –

B3ZS

SubstitutionPolarity of the

Preceding Pulse–+

0 – + 0 + –0 + – 0 – +B6ZS

–+

0 0 0 –0 0 0 +

+ 0 0 +– 0 0 –HDB3

–+

0 – + 0 + –0 + – 0 – +B6ZS

19

Substitution - Substitution - Examples Examples Заміна - Приклади

Binary Input Signal 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1

B3ZS (last 1 +) (last 1 -)

- 0 + - + 0 + - 0 - + 0 - 0 + -+ 0 - + - 0 - + 0 + - 0 + 0 - +

Binary Input Signal 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1

B6ZS (last 1 +) (last 1 -)

- 0 + - 0 - + 0 + - + 0 - 0 + -+ 0 - + 0 + - 0 - + - 0 + 0 - +

Binary Input Signal 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1

PST (+ mode) (- mode)

+ 0 + - - + - + - + + 0 + 0 - +- 0 + - - + - + - + - 0 - 0 - +

20

Pair Selected Ternary / Ternary CodingPair Selected Ternary / Ternary CodingТрійкове кодуванняТрійкове кодування

Groups binary input into code or binary words, of either 2 or 4 bits depending on the scheme being used, then translates the code words into ternary words of either 2, or 3 bits. By changing blocks of 2 or more bits at the same time, problems with DC wander, and with loss of timing reference are solved. They are resolved because there is a strong timing component, and 0V DC.

Групує двійкові знаки в код або двійкові слова з 2 або 4 біт, в залежності від схеми, що використається, після цього транслює кодові слова в трійкові слова з 2, або 3 біт. Замінюючи блоки 2-ма або більшою кількістью біт, в той же час, вирішені проблеми з DC Вандером, і з втратами синхронізації. Вони вирішені, тому що є сильний компонент синхронізації, і 0V DC.

21

Comparison of Pair Selected Ternary / Ternary Coding Comparison of Pair Selected Ternary / Ternary Coding

Pair Selected Coding (PST) Groups input into groups of 2

bit binary words

Groups output into groups of 2 ternary digits

Ternary Coding Groups input according to type

4B3T 4B3T - groups input into groups of 4 bit binary words

Groups output according to type

4B3T 4B3T - groups output into groups of 3 ternary digits

Used is DS-1 Systems

22

Comparison of Pair Selected Ternary / Ternary CodingComparison of Pair Selected Ternary / Ternary Coding

Pair Selected Coding Algorithm

Code words are selected from one mode until a single pulse is transmitted. After that pulse the encoder switches modes and selects codes words from the other mode until another single pulse of the opposite polarity is transmitted.

Ternary Coding Algorithm

Code words from the 1st and 3rd columns are selected alternately to maintain DC balance. When more positive pulses than negative pulses have been transmitted, the 1st column is selected. When the difference between positive and negative pulses changes, column 3 is chosen.

23

Pair Selected Ternary / Ternary Coding - Pair Selected Ternary / Ternary Coding - Line CodesLine Codes

Pair Selected TernaryLine Code

+ Mode – ModeBinaryInput0 00 11 01 1

– +0 ++ 0+ –

– +0 –– 0+ –

BinaryWord – 0 +

Ternary Word

Ternary Line Code

24

Frequency Spectrum ComparisonFrequency Spectrum Comparison

Bipolar

Pair SelectedTernaryB6ZS

S()

f1/2T 1/T

Frequency

Spectral Density for Bipolar, PST, and B6ZS for equally likely probabilities of 1’s and 0’s

25

Digital BiphaseDigital Biphase

Utilizes set NRZ pulse shapes to encode the input binary data. Uses one cycle of a NRZ Polarized pulse at a certain phase to encode a ‘1’, and one cycle of opposite phase to encode a ‘0’. Використовується набір NRZ форм імпульсів для кодування вхідних двійкових данних. Використовує один цикл NRZ поляризованний імпульс в де-якій фазі, щоб кодувати ‘1’, і один цикл противофази, щоб кодувати ‘0’.

t0

T‘1’

t0

T ‘0’

26

Digital BiphaseDigital Biphase

Also known as Diphase, Phase, or

Manchester Coding -відоме також як діфазне або Манчестер кодування

Strong timing component- сильний компонент синхронізації

Large Bandwidth-Велика ширина полоси частот

No DC Value

‘0’ and ‘1’ signals have equal amounts of positive and negative polarity ‘0’ и ‘1’ сигнали мають рівну кількість додатньої і від’ємної полярності

No DC Wander

Mid-bit-time transition is used for clocking Середина переходу

" час передачі біту " використову-ється для синхронізації

Used by:

IEEE 802.5 / Token Ring networks

Ethernet

27

Digital Biphase - Digital Biphase - Waveform & Spectral DensityWaveform & Spectral Density

Spectral Density

0.5

1

T

2

T

3

T

4

T

t0

T

0 1

‘0’ and ‘1’ are same cyclebut of opposite phase

28

Differential EncodingDifferential Encoding

The binary data is encoded by a signal change rather than a particular signal level. Uses NRZ Polar pulses to alternate when a logical ‘1’ needs to be encoded, and nothing when a logical ‘0’ needs to be encoded.

Двійкові дані закодовані зміною сигналу скоріше ніж специфічний рівень сигналу.

Використання кодом NRZ полярного імпульсу ,при кодувані, коли чередуються лог. 1 і не виникає проблем з лог. 0.

29

Differential EncodingDifferential Encoding

Algorithm: 1 - change state;0 - no change No reference needed to decode signal Double error rate: If detector is wrong about the state of one interval,

it will also be wrong for the next interval

Differentially encoded Non Return to Zero

Differentially encoded diphase

Change Same SameSameSameChange Change Change

30

Coded Mark InversionCoded Mark Inversion

Uses inversion of the previous pulse on each 1 (or mark) to encode the data to be sent. Which means that when a 1 is input, it is encoded using a NRZ Polar pulse of opposite polarity to the pervious 1. Використовує інверсію попереднього імпульсу на кожну 1 (або мітку) щоб кодувати данні, які будуть передані. Що означає, вхідна 1 закодировується вкористовуя NRZ полярним імпульсом протилежної полярності до попередньої 1.

NRZ Polar pulses opposite in polarity to eachother 31

Coded Mark InversionCoded Mark Inversion

No DC value / energy

No DC Wander Error problems

For one-half of a signal period a ‘1’ looks like a ‘0’

Used in :

DS-1 systems

Fourth-level CCITT multiplex systems

Algorithm

1’s are represented by an NRZ Polar level opposite to the previous 1, 0’s are represented by a single phase, 50 % Duty Cycle square wave

No ambiguity between 0’s and 1’s

32