ラインコード

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極性非ゼロ復帰コードを使用した直交パルス振幅変調を使用したバイナリ信号のコーディング例
マンチェスターエンコーディングでの11011000100のエンコーディング

電気通信ではラインコードは、通信チャネルを介して送信される、または記憶媒体に書き込まれるデジタルデータを表すために使用される電圧、電流、または光子のパターンですこの信号のレパートリーは、通常、データストレージシステムで は制約付きコードと呼ばれます。

通信チャネルまたは記憶媒体の物理的特性により、確実に使用できる信号のレパートリーが制限されるため、一部の信号は他の信号よりもエラーが発生しやすくなります。[1]

一般的なラインエンコーディングは、ユニポーラポーラーバイポーラ、およびマンチェスターコードです。

送信と保存

ラインコーディング後、信号は、伝送媒体またはデータ記憶媒体のいずれかの物理通信チャネルを通過します。[2] [3]最も一般的な物理チャネルは次のとおりです。

より一般的なバイナリラインコードには、次のものがあります。

信号 コメントコメント 1つの状態 0状態
NRZ–L 非ゼロ復帰レベル。これは、デジタル回路で使用される標準の正論理信号形式です。 高レベルを強制します 低レベルを強制します
NRZ–M 非ゼロ復帰マーク 遷移を強制します 何もしません(前のレベルを送信し続けます)
NRZ–S Non-Return-to-Zero Space 何もしません(前のレベルを送信し続けます) 遷移を強制します
RZ ゼロに戻る ビット期間の半分の間ハイになり、ローに戻ります 全期間にわたって低いまま
二相-L マンチェスター。同じタイプの2つの連続するビットは、ビット期間の開始時に遷移を強制します。 ビットの途中で負の遷移を強制します ビットの途中で正の遷移を強制します
二相– M ディファレンシャルマンチェスターのバリアント。条件付き遷移の中間には常に遷移があります。 遷移を強制します レベルを一定に保つ
二相–S トークンリングで使用される差動マンチェスター。条件付き遷移の中間には常に遷移があります。 レベルを一定に保つ 遷移を強制します
ディファレンシャルマンチェスター(代替) クロックが必要です。常にクロック周期の途中で遷移します。 遷移なしで表されます。 クロック周期の開始時の遷移によって表されます。
バイポーラ 正と負のパルスが交互になります。 ビット周期の半分の間、正または負のパルスを強制します ビット期間中はゼロレベルを維持します
さまざまなバイナリラインコード形式の任意のビットパターン

各ラインコードには長所と短所があります。回線コードは、次の1つ以上の基準を満たすように選択されます。

格差

ほとんどの長距離通信チャネルは、DCコンポーネントを確実に転送できません。DC成分は、視差バイアス、またはDC係数とも呼ばれます。ビットパターンの不一致は、1ビット数と0ビット数の違いです。ランニングディスパリティは、以前に送信されたすべてのビットのディスパリティの現在の合計です。[4]可能な限り単純なラインコードであるユニポーラは、無制限のDC成分を持っているため、このようなシステムではエラーが多すぎます。

ほとんどのラインコードはDC成分を排除します。このようなコードは、DC平衡、ゼロDC、またはDCフリーと呼ばれます。DC成分を除去する方法は3つあります。

  • 定重みコードを使用します定重みコードで送信される各コードワードは、正または負のレベルを含むすべてのコードワードに、各コードワードの平均レベルがゼロになるように、反対のレベルも十分に含まれるように設計されています。定重みコードの例には、マンチェスターコードInterleaved 2 of5が含まれます。
  • 対ディスパリティコードを使用します平均して負のレベルになる対ディスパリティコードの各コードワードは、平均して正のレベルになる別のコードワードとペアになります。送信機は、実行中のDC蓄積を追跡し、DCレベルをゼロに戻すコードワードを選択します。受信機は、ペアのいずれかのコードワードが同じデータビットにデコードされるように設計されています。対ディスパリティコードの例には、代替マーク反転8b / 10bおよび4B3Tが含まれます。
  • スクランブラーを使用します。たとえば、64b / 66bエンコーディング用にRFC2615で指定されいるスクランブラー 

極性

バイポーララインコードには2つの極性があり、通常はRZとして実装され、3つの異なる出力レベル(負、正、ゼロ)があるため、基数は3になります。このタイプのコードの主な利点の1つは、DCコンポーネントを排除できることです。これは、信号が変圧器または長い伝送線路を通過する必要がある場合に重要です。

残念ながら、いくつかの長距離通信チャネルには極性のあいまいさがあります。極性に影響されないラインコードは、これらのチャネルで補正します。[5] [6] [7] [8] このようなチャネルを介して0ビットと1ビットを明確に受信するには、次の3つの方法があります。

ランレングス制限コード

受信機での信頼性の高いクロックリカバリのために、生成されたチャネルシーケンスにランレングス制限を課すことができます。つまり、連続する1または0の最大数は妥当な数に制限されます。受信シーケンスの遷移を監視することでクロック周期が回復されるため、最大ランレングスにより、クロック回復品質を保証するのに十分な遷移が保証されます。

RLLコードは、 mndkの4つの主要なパラメーターによって定義されます最初の2つm / nはコードのレートを示し、残りの2つは連続するものの間のゼロの最小dと最大kの数を指定します。これは、固定された記録ヘッドを通過して媒体を移動する通信システムとストレージシステムの両方で使用されます。[9]

具体的には、RLLは、信号が変化しない繰り返しビットのストレッチ(実行)の長さを制限します。実行が長すぎると、クロックリカバリが困難になります。短すぎると、通信チャネルによって高周波が減衰する可能性があります。データを変調することにより、RLLは、保存されたデータをデコードする際のタイミングの不確実性を低減します。これにより、データを読み戻すときにビットが誤って挿入または削除される可能性があります。このメカニズムにより、ビット間の境界を常に正確に見つけることができ(ビットスリップを防止)、メディアを効率的に使用して、特定のスペースに最大量のデータを確実に格納できます。

初期のディスクドライブは、RLL(0,1)FMコード、続いてRLL(1,3)MFMコードなどの非常に単純なエンコード方式を使用していました。これらのコードは、1980年代半ばまでハードディスクドライブで広く使用され、デジタルオプティカルでも使用されています。 EFMおよびEFMPLusコードを使用したCDDVDMDHi-MDBlu-rayなどのディスク。[10]高密度のRLL(2,7)およびRLL(1,7)コードは、1990年代初頭までにハードディスクのデファクトスタンダードになりました。[要出典]

同期

ラインコーディングにより、受信機は受信信号の位相に同期できるようになります。クロックリカバリが理想的でない場合、デコードされる信号は最適な時間にサンプリングされません。これにより、受信データのエラーの可能性が高くなります。

二相ラインコードは、ビット時間ごとに少なくとも1つの遷移を必要とします。これにより、トランシーバーの同期とエラーの検出が容易になりますが、ボーレートはNRZコードよりも高くなります。

その他の考慮事項

ラインコードは通常、光ファイバーシールド付きツイストペアなどの伝送媒体の技術要件を反映しますこれらの要件は、干渉、歪み、静電容量、および減衰に関連する動作がそれぞれ異なるため、媒体ごとに固有です。[11]

一般的なラインコード

光回線コード

も参照してください

参考文献

  1. ^ K. Schouhamer Immink(2001)。「光ディスク記録のためのコードの調査」通信の選択された領域に関するIEEEジャーナル19:751–764 2018年2月5日取得
  2. ^ カールポールセン。「磁気記憶媒体のコーディング」 は、Wayback Machine.2007で2014年521日にアーカイブされました。
  3. ^ Abdullatif Glass; Nidhal Abdulaziz; およびEesaBastaki(2007)、「電気通信ネットワークのスロープラインコーディング」IEEE International Conference on Signal Processing and Communication、ドバイ:IEEE:1537、ラインコード...は、電気通信およびコンピュータネットワークを介したデータの送信とそのストレージを容易にします。マルチメディアシステム。
  4. ^ JensKröger(2014)。「Mu3e実験のためのカプトンフレックスプリントを介した高速データ伝送」(PDF):16。 {{cite journal}}引用ジャーナルには|journal=ヘルプ)が必要です
  5. ^ US 4387366、Peter EK Chow。、「極性に影響されない伝送システム用のコードコンバータ」、1983年発行  
  6. ^ David A. Glanzer、「4.7極性」、フィールドバスアプリケーションガイド...配線と設置(PDF)フィールドバス財団、p。10
  7. ^ ジョージC.クラークジュニア; J.ビブカイン(2013)。デジタル通信の誤り訂正符号化シュプリンガーサイエンス&ビジネスメディア。p。255. ISBN  9781489921741PSKデータ変調を使用する場合、受信チャネルシンボルの極性があいまいになる可能性があります。この問題は、2つの方法のいずれかで解決できます。まず...いわゆる透過コード。..。
  8. ^ Prakash C. Gupta(2013)。データ通信とコンピュータネットワークPHIラーニングPvt。株式会社p。13. ISBN  9788120348646差動符号化のもう1つの利点は、信号の極性に対する感度が低いことです。...ツイストペアのリード線が誤って逆になっている場合...
  9. ^ Kees Schouhamer Immink(1990年12月)。「ランレングス制限シーケンス」IEEEの議事録78(11):1745–1759。土井10.1109 /5.63306ランレングス制限シーケンスの制限プロパティの詳細な説明が提供されます。
  10. ^ Kees Schouhamer Immink(1995)。「EFMPlus:マルチメディアコンパクトディスクのコーディングフォーマット」家庭用電化製品に関するIEEEトランザクションCE-41:491–497。EFMの高密度の代替案について説明します。
  11. ^ ドン、ジェリン(2007)。ネットワーク辞書Javvin TechnologiesInc.p。284. ISBN 9781602670006

外部リンク