Кодування даних 4B5B

Протоколи, що використовують код NRZ, найчастіше доповнюють кодуванням даних 4B5B. На відміну від кодування сигналів, що використовує тактову частоту й забезпечує перехід від імпульсів до бітів і навпаки, кодування даних перетворить одну послідовність бітів в іншу. У коді 4B5B використовується п'яти-бітова основа для передачі чотирьох-бітових інформаційних сигналів. П'яти-Бітова схема дає 32 (два в п'ятому ступені) дворозрядних буквено-цифрових символів, що мають значення в десятковому коді від 00 до 31. Для даних виділяється чотири біти або 16 (два в четвертому ступені) символів.

Чотирьох-бітовий інформаційний сигнал перекодується в п'яти-бітовий сигнал у кодері передавача. Перетворений сигнал має 16 значень для передачі інформації й 16 надлишкових значень. У декодері приймача п'ять бітів розшифровуються як інформаційні й службові сигнали. Для службових сигналів відведені дев'ять символів, сім символів - виключені.Виключено комбінації, що мають більше трьох нулів (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000). Такі сигнали інтерпретуються символом V і командою приймача VIOLATION - збій. Команда означає наявність помилки через високий рівень перешкод або збої передавача. Єдина комбінація з п'яти нулів (00 - 00000) ставиться до службових сигналів, означає символ Q і має статус QUIET - відсутність сигналу в лінії.Кодування даних вирішує два завдання - синхронізації й поліпшення завадостійкості. Синхронізація відбувається за рахунок виключення послідовності більше трьох нулів. Висока завадостійкість досягається контролем прийнятих даних на п'яти-бітовому інтервалі. Ціна кодування даних - зниження швидкості передачі корисної інформації. У результаті додавання одного надлишкового біта на чотири інформаційних, ефективність використання смуги частот у протоколах з кодом MLT-3 і кодуванням даних 4B5B зменшується відповідно на 25%. При спільному використанні кодування сигналів MLT-3 і даних 4В5В четверта передача працює фактично як третя - 3 біти інформації на 1 герц несучої частоти сигналу. Така схема використовується в протоколі TP-PMD.

Табл. 5.1. Код 4B/5B

Вхідний символ	Вихідний символ	Вхідний символ	Вихідний символ

КОД PAM 5

Розглянуті вище схеми кодування сигналів були бітовими. При бітовому кодуванні кожному біту відповідає значення сигналу, обумовлене логікою протоколу

Рис.5.2 П’ятирівневий код PAM 5

При байтовому кодуванні рівень сигналу задають два біти й більше.

У п’ятирівневому коді PAM 5 використовується 5 рівнів амплітуди й двохбітове кодування. Для кожної комбінації задається рівень напруги. При двохбітовому кодуванні для передачі інформації необхідно чотири рівні (два в другому ступені - 00, 01, 10, 11). Передача двох бітів одночасно забезпечує зменшення у два рази частоти зміни сигналу.

П'ятий рівень доданий для створення надмірності коду, що використовується для виправлення помилок. Це дає додатковий резерв співвідношення сигнал / шум 6 дБ.

Код PAM 5 використовується в протоколі 1000 Base T Gigabit Ethernet. Даний протокол забезпечує передачу даних зі швидкістю 1000 Мбіт/с при ширині спектра сигналу всього 125 МГц.

Як це досягається? Дані передаються по всім чотирьох парах одночасно. Отже, кожна пара повинна забезпечити швидкість 250 Мбіт/с. Максимальна частота спектра несучої при передачі двобітових символів коду PAM 5 становить 62,5 Мгц. З урахуванням передачі першої гармоніки протоколу 1000 Base T потрібна смуга частот до 125 Мгц. Але про несучу, гармоніки і смугу частот варто говорити окремо.

5.3.Код 8B/10B

Код 8B/10B заміняє кожний 8-бітний вихідний символ 10-бітним вихідним символом. При тому ж рівні накладних витрат (25%), що у випадку коду 4B/5B, володіє 4-кратною надмірністю (1024 вихідних символів і 256 вихідних символів). При кодуванні 8B/10B кожному вихідному символу відповідає два вихідних символи, вибір з яких здійснюється залежно від останнього біта попереднього переданого символу. У результаті код забезпечує стабільне співвідношення "0” і "1” у вихідному потоці, незалежно від вихідних даних. Ця властивість важлива для лазерних передавачів, оскільки від даного співвідношення залежить їхнє нагрівання й кількість помилок прийому. Код 8B/10B використовується в Gigabit Ethernet (1000BaseSX, 1000BaseLX, 1000BaseCX).

6.Методологія інформаційно-ефективної обробки,кодування та передачі інформації в радіомережах для зв’язку МР і РС

Ефективна передача інформації у радіомережах досягається за рахунок підтримки абонентами мережі мінімально необхідного (оптимального) енергетичного співвідно­шення сигнал/шум у радіолінії, відбору та відправки в мережу передачі інформації достовірної (точної) інформації в місцях виникнення інформаційних потоків, забезпечення умов для безконфліктної передачі інформаційних пакетів інформації (ІП), на основі компактного, крипостійкого та завадостійкого кодування службових та інформаційних кадрів ІП. При заданих величинах робочої смуги частот F та ймовірності помилкового прийому елементарного дискретного сигналу або кодової послідовності P_n ефективність роботи мережі передачі інформації характеризується показником інформаційної ефективності системи передачі інформації ц = R / C, де

R_max = f (F, P _n, E_b / J_o,1/ B, K_ст) - поточна швидкість передачі інформації, С - про­пускна спроможність каналу зв’язку (теоретична максимальна швидкість передачі інформації), E_b / J_o - енергетичне співвідношення сигнал/шум, E_b = S • T_b - енергія

сигналу на один біт (питома енергія одного біта), S - потужність сигналу, J_o = J / F,

J - середня потужність сумарних завад у радіоканалі, B = F • T_b - база сигналу

(коефіцієнт розширення спектра сигналу), К_ст - сумарний коефіцієнт стиску даних,

що підлягають до передачі ІП, так і в процесі передачі ІП, включаючи стиск даних з допустимими (контрольованими втратами), який характерний при обробці та кодування сигналів і зображень, стиск даних без втрат, стиск даних у процесі формування та передачі ІП, який здійснюється на інформаційному рівні обробки і кодування даних, а також на радіотехнічному рівні шляхом ущільнення каналів передачі інформації. Досягнення максимальної поточної швидкості передачі інформації Ri за умови підтримки необхідного енергетичного співвідношення (E_b / J_o)_H у

радіоканалі здійснюється шляхом адаптивного вибору мінімально необхідної бази канальних сигналів B_min. В цьому випадку поточна швидкість передачі інформації визначається виразом

Ri = К_Ст • L / k_s • Tb • Bmin,

де ^К ст = ^К, ^ K_rt - сумарний коефіцієнт стиснення даних, K_i - коефіцієнт

стиснення даних на інформаційному рівні; K_rt - коефіцієнт стиснення даних на радіотехнічному рівні, L - кількість ортогональних ШПС, які асинхронно пере­даються в спільному радіоканалі (L < B /4), тобто величина L відповідає кількості незалежних кодових моноканалів у смузі частот F, k_s > 1.4-1.8 - коефіцієнт що враховує якість відновлення фронтів цифрових (імпульсних) сигналів. Комплексна обробка і кодування моніторингових даних на абонентських систе­мах (АС) радіомереж передбачає виконання послідовності алгоритмів, включаючи: Підвищення ефективності передачі пакетів інформації... фільтрацію і стиск сигналів (відеосигналів) з допустимими втратами даних; стиск даних без втрат; захист компактних масивів даних; завадостійке кодування інформацій­них пакетів з урахуванням поточного співвідношення сигнал/шум в каналі зв’язку. Для досягнення високої інформаційної ефективності мережі передачі даних з урахуванням вимог до швидкодії і точності обробки вхідних потоків даних, крипо- стійкого та завадостійкого кодування ІП в процесі комплексної обробки та кодування даних на АС радіомереж доцільно реалізовувати сукупність різноманітних видів адепта- цій. В процесі стиску сигналів і відеосигналів з допустимими втратами доцільно опера­тивно визначати амплітудно-часові характеристики суттєвих відліків, включаючи екстре­муми та точки перегину (точки зміни опуклості кривої), при цьому вихідні потоки даних кодують різницевими кодами. Для реалізації надшвидкого стиску сигналів і відеосигналів в темпі введення даних визначають середню крутизну сигналу AX_cp і при AX_cp > AX_доп точки зміни опуклості не визначають, а точність кодування амплітудних значень екстремумів обмежують з урахуванням внесення мінімальних спостережень, які не змінюють ві­зуальні характеристики обвідної сигналу. У вихідному компактному масиві даних після стиску сигналів (відеосигналів) з допустимими втратами припустимі збиткові послідовності двійкових даних. Тому подальше компактне кодування даних ґрун­тується на реалізації оперативних методів стиску двійкових послідовностей без втрат інформації. Підвищення ефективності стиснення даних без втрат досягається за рахунок m-канального (m>1) відбору вхідних послідовностей різної тривалості, виробом результатів кодування того каналу, який найбільш компактно кодує дані з наступним виконанням операцій заміщення двійкових послідовностей або гаміюван- ня даних з псевдовипадковими послідовностями та використанням наступних n циклів (n>1) компактного кодування даних [6]. Компактне кодування даних може поєдну­ватись із захистом інформації, тобто виконується операція стиску-захисту даних. Реаліза­ція такого кодування вимагає використання на АС високопродуктивних процесорів. Для криптозахисту компактних масивів даних з заданою величиною ступеня захисту інформації P_z доцільно шифрувати /-бітові послідовності стислих масивів даних з використанням одноразових ключів, де P_z = max2^/ ], />2048, при цьому для кожної на­ступної операційної операції шифрування (гаміювання) відповідних /-бітових послі­довностей використовуються інші незалежно згенеровані секретні ключі. Для надійного захисту ІП кожний абонент мережі повинен володіти закритим секретним ключем, який невідомий іншим абонентам. При необхідності передачі пакетів даних 7-му абоненту мережі і -й абонент направляє йому короткий пакет-запит і після отримання відповіді направляє 7-му абоненту сеансовий ключ, зашифрований засобами асиметричної криптографії. Після цього здійснюється передача ІП, зашифрованого сеансовим ключем. Стислі та захищені масиви даних фактично є псевдохаотичними беззбитковими двійковими послідовностями, які при формуванні ІП трансформуються у послідовності хаотичних інтервально-імпульсних сигналів. При наявності значних шумів у радіоканалі парою абонентів у процесі встановлення зв’язку визначаються та задаються параметри формування та прийому шумоподібних інтервально-імпульсних сигналів. Мова йде про вибір бази шумоподібних сигналів (ШПС) та тривалості елементарного символу ШПС. Підвищення завадостійкості передачі інформації при низькому співвідно­шенні сигнал/шум у радіоканалі досягається за рахунок реалізації завадостійкого кодування та перемішування даних, шляхом передачі шумоподібних ІП з оперативно визначеною мінімально необхідною базою B_min. Перспективним способом завадостійкого кодування даних ІП є застосування рекурсивного кодування послідовностей бітів ІП з використанням кодів поля Галуа та формування сигнальних коректуючих послі­довностей, які передаються в радіоканалі. Виявлення помилок на прийомній стороні ґрунтується на використанні абонентом-відправником ІП біт-орієнтованої нумерації послідовності нулів і одиниць, які передаються за допомогою кодових послідовностей Галуа. При виявленні помилок рекурентним шляхом визначається місцезнаходження того символу, який потребує виправлення. Для підвищення достовірної передачі інформації в радіоканалах з шумами при досягненні високої швидкості передачі інформації R_j ^ R_max доцільне оптимальне поєднання рекурсивного кодування послідов­ностей бітів ІП з використанням кодів поля Галуа з формуванням відповідних інтервально-імпульсних шумоподібних сигналів.

Список Літератури

1) Електронны системи/Білинський Й.Й., Огородник В.К., Юкиш М.Й./ режим доступу: http://posibnyky.vntu.edu.ua/e_s/53.htm

2) Основи передачі дискретних даних/ режим доступу: http://matveev.kiev.ua/archnet/glava2/008.htm

3) Комп’ютерні мережі/режим доступу: http://comp-net.at.ua/index/koduvannja_signaliv/-20-0-20

4) Локальні мережі/режим доступу: http://moodle.ipo.kpi.ua/moodle/mod/resource/view.php?id=17559

5) Підвищення ефективності передачі пакетів інформації в сенсорних та локально-реліональних радіомережах для організації зв’язку мід мобільними роботами і рухомими системами/ Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України, м. Київ, Україна/виконав Б.М. Шевчук

6) Шевчук Б.М. Оброблення, кодування та передавання даних засобами абонентських систем інформаційно-ефективних радіомереж / Б.М. Шевчук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. - 2010. - № 9. - С. 130-139.

7) Технологія багатофункціональної обробки і передачі інформації в моніторингових мережах / [Шевчук Б.М., Задірака В.К., Гнатів Л.О., Фраєр С.В.]. - К.: Наук. думка, 2010. - 370 с.

Дата добавления: 2015-12-01