Digital-communication-line-codes
デジタル通信-回線コード
- ラインコード*は、伝送ラインを介したデジタル信号のデータ伝送に使用されるコードです。 この符号化プロセスは、シンボル間干渉などの信号のオーバーラップと歪みを避けるために選択されます。
ラインコーディングのプロパティ
以下は、ラインコーディングのプロパティです-
- 単一の信号でより多くのビットを送信するようにコーディングが行われると、使用される帯域幅が大幅に削減されます。
- 特定の帯域幅で、電力が効率的に使用されます。
- エラーの可能性は大幅に減少します。
- エラー検出が行われ、バイポーラにも修正機能があります。
- 電力密度は非常に有利です。
- タイミングの内容は適切です。
- 1s および 0s の長い文字列は、透明性を維持するために回避されます。
ラインコーディングのタイプ
Line Codingには3つのタイプがあります
- ユニポーラ
- 極地
- バイポーラ
ユニポーラシグナリング
ユニポーラシグナリングは、 On-Off Keying または単に OOK とも呼ばれます。
パルスの存在は 1 を表し、パルスの不在は 0 を表します。
ユニポーラシグナリングには2つのバリエーションがあります-
- 非ゼロ復帰（NRZ）
- ゼロに戻る（RZ）
ユニポーラ非ゼロ復帰（NRZ）
このタイプのユニポーラシグナリングでは、データのHighは、 Mark と呼ばれる正のパルスで表されます。これは、シンボルビットの持続時間に等しい持続時間* T〜0〜*を持ちます。 データ入力のLowにはパルスがありません。
次の図は、これを明確に示しています。
メリット
Unipolar NRZの利点は-
- 簡単です。
- より少ない帯域幅が必要です。
デメリット
Unipolar NRZの欠点は次のとおりです-
- エラー修正は行われません。
- 低周波成分が存在すると、信号ドループが発生する場合があります。
- 時計がありません。
- 同期が失われる可能性があります（特に 1s および 0s の長い文字列の場合）。
ユニポーラゼロ復帰（RZ）
このタイプのユニポーラシグナリングでは、データの高は、マークパルス*で表されますが、その持続時間 T〜0〜*はシンボルビットの持続時間よりも短くなります。 ビット持続時間の半分は高いままですが、すぐにゼロに戻り、ビット持続時間の残りの半分の間にパルスがないことを示します。
次の図を使用すると、明確に理解できます。
メリット
Unipolar RZの利点は次のとおりです-
- 簡単です。
- シンボルレートで存在するスペクトル線は、クロックとして使用できます。
デメリット
Unipolar RZの欠点は-
- エラー修正なし。
- ユニポーラNRZの2倍の帯域幅を占有します。
- 信号ドループは、信号が0 Hzでゼロ以外の場所で発生します。
ポーラーシグナリング
Polar Signalingには2つの方法があります。 彼らは-
- ポーラーNRZ
- ポーラーRZ
ポーラーNRZ
このタイプのPolarシグナリングでは、データの高は正のパルスで表され、データの低は負のパルスで表されます。 次の図はこれを示しています。
メリット
Polar NRZの利点は-
- 簡単です。
- 低周波成分は存在しません。
デメリット
Polar NRZの欠点は-
- エラー修正なし。
- 時計がありません。
- 信号ドループは、信号が 0 Hz で非ゼロの場所で発生します。
ポーラーRZ
このタイプのPolarシグナリングでは、データの高さは、マークパルス*で表されますが、その持続時間 T〜0〜*はシンボルビットの持続時間よりも短くなります。 ビット持続時間の半分は高いままですが、すぐにゼロに戻り、ビット持続時間の残りの半分の間にパルスがないことを示します。
ただし、Low入力の場合、負のパルスはデータを表し、ビット期間の残りの半分でゼロレベルは同じままです。 次の図は、これを明確に示しています。
メリット
Polar RZの利点は次のとおりです-
- 簡単です。
- 低周波成分は存在しません。
デメリット
Polar RZの欠点は-
- エラー修正なし。
- 時計がありません。
- Polar NRZの2倍の帯域幅を占有します。
- 信号ドループは、 0 Hz で信号がゼロ以外の場所で発生します。
バイポーラシグナリング
これは、3つの電圧レベル、つまり*＆plus;、-、および *0 を持つエンコード手法です。 このような信号は duo-binary signal と呼ばれます。
このタイプの例は、* Alternate Mark Inversion（AMI）です。 *1 の場合、電圧レベルは＆plus;から遷移します。 to –またはfrom – to＆plus;で、同じ極性の代替 1s を持ちます。 0 の電圧レベルはゼロになります。
この方法でも、2つのタイプがあります。
- バイポーラNRZ
- バイポーラRZ
これまでに説明したモデルから、NRZとRZの違いを学びました。 ここでも同じです。 次の図は、これを明確に示しています。
上の図には、バイポーラNRZとRZの両方の波形があります。 パルス持続時間とシンボルビット持続時間はNRZタイプでは等しく、パルス持続時間はRZタイプではシンボルビット持続時間の半分です。
利点
次の利点があります-
- 簡単です。
- 低周波成分は存在しません。
- ユニポーラおよびポーラNRZスキームよりも低い帯域幅を占有します。
- この手法は、信号の垂下が発生しないため、AC結合ラインを介した伝送に適しています。
- これには単一のエラー検出機能があります。
デメリット
以下は欠点です-
- 時計がありません。
- データの長い文字列により、同期が失われます。
パワースペクトル密度
信号のパワーがさまざまな周波数で、周波数領域でどのように分布するかを記述する関数は、*パワースペクトル密度（PSD）*と呼ばれます。
PSDは、自己相関のフーリエ変換（観測間の類似性）です。 これは、矩形パルスの形式です。
PSDの導出
Einstein-Wiener-Khintchineの定理によれば、ランダムプロセスの自己相関関数またはパワースペクトル密度がわかっている場合、もう一方を正確に見つけることができます。
したがって、パワースペクトル密度を導出するには、以下に示すように、パワー信号$ x（t）$の時間自己相関$（R_x（\ tau））$を使用します。
$ 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 $
$ x（t）$はインパルスで構成されるため、$ R_x（\ tau）$は次のように記述できます。
$ R_x（\ tau）= \ frac \ {1} \ {T} \ displaystyle \ sum \ limits _ \ {n =-\ infty} ^ \ infty R_n \ delta（\ tau-nT）$
ここで、$ R_n = \ lim _ \ {N \ rightarrow \ infty} \ frac \ {1} \ {N} \ sum_ka_ka _ \ {k + n} $
実信号に対して$ R_n = R _ \ {-n} $であることを知ると、
$ S_x（w）= \ frac \ {1} \ {T}（R_0 + 2 \ displaystyle \ sum \ limits _ \ {n = 1} ^ \ infty R_n \ cos nwT）$
パルスフィルターのスペクトルは$（w）\ leftrightarrow f（t）$なので、
$ 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）$
したがって、パワースペクトル密度の式が得られます。 これを使用して、さまざまな回線コードのPSDを見つけることができます。
