Digitale Übertragung: Signale, Kodierung und Synchronisation

Digitale Datenübertragung

25 Elemente unterschiedlicher Zustände ... Ein Element kann ein Bit darstellen. Ein Signalelement ist die kürzeste, digitale Signaleinheit der Übertragung. Ein Signalelement sind die Elemente, die ein Datenelement, das gesendet werden soll, darstellen.

• Datenrate: Die Anzahl der Datenelemente (Bits), die in 1 Sekunde gesendet werden.
• Modulationsrate: Die Anzahl der Signalelemente, die in 1 Sekunde gesendet werden. Die Einheit ist das Baud.

Zeichencodierung und 26 Bandbreite: Die Bandbreite eines digitalen Signals ist theoretisch unendlich, die effektive Bandbreite ist jedoch endlich.

Grundlegende Probleme

• Variationen: Eine lange Folge von 0 oder 1 kann die Dekodierung durch den Empfänger behindern.
• DC-Komponente: Die DC-Komponente des Signals ist sehr niedrig, fast null. Ergebnisse können in Problemen resultieren, wenn Frequenzen nicht niedriger sind als die Frequenzen des elektrischen Koppelns durch einen Transformator.
• Interne Synchronisation: Die Bits des Intervalls des Empfängers müssen genau mit den Intervallen des Senders übereinstimmen.
• Fehlererkennung: Es gibt Algorithmen, mit denen Fehler während der Übertragung erkannt werden können.
• Störungen und Immunität: Ein Code, der gegen Störungen und andere Interferenzen immun ist.
• Komplexität: Eine kostspielige Schaltung ist komplex und schwierig zu implementieren. 27

NRZ (Non-Return-to-Zero)

NRZ ist ein unipolares Signal, bei dem das Signal im Vergleich zum obigen Beispiel über die Zeit nicht auf null zurückkehrt.

• Spannung +: Ein Bit mit dem Wert 1 wird als positive Spannung dargestellt.
• Spannung 0: Ein Bit mit dem Wert 0 wird als Spannung 0 dargestellt.
• NRZ-L: Polare Spannungen werden verwendet, die während der gesamten Bitdauer gleich bleiben. Der Spannungspegel bestimmt den Bitwert.
• NRZ-I: Polare Spannungen werden verwendet. Bei einer 1 findet ein Pegelwechsel statt, bei einer 0 bleibt der Pegel unverändert.

RZ (Return-to-Zero)

28 RZ verwendet 3 Zustände: positiv, negativ und 0. Das Signal ändert sich nicht, sondern kehrt innerhalb der Bitdauer zu 0 zurück. Die Wirkung ist gut für den Anfang des nächsten Bits. Allgemein gilt: Bei einer 1 wird das Signal zu Beginn gesendet.

Manchester und 29

Biphasische Codierung (Manchester): Die Länge jedes Bits wird in zwei Hälften geteilt. Die Spannung bleibt in der ersten Hälfte konstant und wechselt in der zweiten Hälfte auf den anderen Pegel. Der Übergang in der Mitte des Bits sorgt für die Bit-Synchronisation.

Differentielle Manchester-Codierung: Immer gibt es einen Übergang in der Mitte des Bits. Der Wert des Bits wird am Anfang des Bits bestimmt: Gibt es einen Übergang am Anfang, ist das Bit 0; gibt es keinen Übergang am Anfang, ist das Bit 1.

AMI (Alternate Mark Inversion) 30

Bipolare Codierung: Bei AMI wird eine 1 durch abwechselnd positive und negative Spannung dargestellt, eine 0 durch Spannung null. Die 1 wechselt also ihre Polarität mit jeder folgenden 1. Pseudoternäre Codierung: Eine 1 wird als Spannung 0 kodiert und eine 0 wird durch abwechselnd positive und negative Spannungen dargestellt.

33 4D-PAM5

Eine vierdimensionale, amplitudenmodulierte Pulscodierung mit 5 Spannungspegeln. Implementierung: Die allgemeine 4D-Codierung bedeutet das Senden von Daten über 4 Kabel gleichzeitig. Es werden 5 Spannungspegel verwendet, typischerweise -2, -1, 0, 1 und 2. Jedoch kann nicht jeder Pegel allein verwendet werden, da dies die Fehlererkennung erschwert. Wenn die erste Dimension einen Code verwendet, werden 4 Pegel benötigt, etwa bei 8B4Q. Mit anderen Worten: Ein 8-Bit-Wort wird in Pegel verschiedener Signale übersetzt, und 4 Sätze mit 4 / 8 auf / 2 Dimensionen ergeben die Version der Codierung.

39 Parallele und serielle Übertragung

Parallele Übertragung: Binäre Daten werden in Gruppen von n Bits organisiert. Computer erzeugen und verarbeiten Daten in Gruppen von n Bits. Beim Gruppieren von Daten können n Bits gleichzeitig statt eines einzelnen Bits gesendet werden. Der Vorteil der parallelen Übertragung ist die höhere Geschwindigkeit.

Serielle Übertragung: Ein Bit folgt auf das andere, daher wird nur ein Kanal für die Kommunikation benötigt. Der Vorteil der seriellen Übertragung ist die Reduzierung der Übertragungskosten.

40 Asynchrone Übertragung

Bei der asynchronen Übertragung ist die Optimierung nicht wichtig. Das System empfängt Informationen in Form von Zeichen, die der Sender nacheinander sendet, ohne feste Taktrate. Damit der Empfänger erkennt, wann ein Byte beginnt, wird jeder Gruppe von 8 Datenbits am Anfang ein zusätzliches Startbit (meist 0) hinzugefügt. Damit der Empfänger das Ende des Bytes erkennt, werden am Ende ein oder mehrere Stoppbits (meist 1) angehängt.