DC-Chapter-04: Digital Transmission

 

Digital-To-Digital Conversion : digital data를 dgital signal로 보내는 것이다.

1. line coding
2. block coding
3. scrambling

 

Line Coding

• digital data를 digital signal로 변환하여 보내는 과정이다.

 

Signal element vs Digital element

Data element

• information을 표현할 수 있는 가장 작은 단위다.
• 전송될 필요가 있는 것이다.

 

signal element

• digital signal의 가장 작은 단위다.
• data element를 나른다.

 

Data Rate vs Signal Rate

• r은 각각의 signal element에서 나르게 되는 data element의 갯수다. 
• Data rate는 초당 전송되는 data element의 갯수다.(bps)
• Signal rate는 초당 전송되는 signal element의 갯수다.(baud)
• 그림의 S는 signal rate로 그림은 bit rate와 signal rate의 상관 관계를 보여준다.
• S값을 낮추는 것이 최우선이다.

 

Baseline Wandering

 

Baseline

• 수신단에서 digital signal을 수신하여 decoding할 때 수신된 signal의 실행평균 또는 기준선

 

Baseline Wandering

• baseline이 흔들리는 정도
• 연속된 0 또는 1bit가 흔들림의 원인이 될 수 있다.
• 좋은 line coding은 baseline wandering을 방지하는 scheme가 필요하다.

 

DC Component

• 0비트가 연속으로 나타날 때 DC Component가 발생했다고 한다.
• 저주파를 통과하지 못하는 시스템은 DC Component문제를 갖고있다고 할 수 있다.

 

Synchronization

• 송신자와 수신자가 전달하고 받는 bit interval이 일치하는지

Self-synchronization

• digital signal은 전송중인 data에 timing information을 갖고 있기 때문에  Self-synchronization이 가능하다.

 

Line Coding Schemes

 

 

 

Unipolar Scheme

• dc성분을 갖지 않는다
• NRZ(Non-return-to-Zero): signal이 0으로 리턴되지 않는다.
• 모든 signal level의 time axis가 한 쪽에 있다.

 

Polar Schemes - Polar NRZ

• signal level의 time axis가 양쪽에 있다.
• NRZ-L, NRZ-I 두가지가 존재한다.
• NRZ-I의 경우 1비트일 때 inverse가 발생한다. 0비트일 때는 변화가 없다. 
• NRZ-I는 상대적으로 dc component와 baseline wandering을 줄여줄 수 있다.
• Signal rate는 N(bit rate)/2로 계산할 수 있다.

 

Polar Schemes - Polar RZ

• 3개의 value를 갖는다. -> postive, zero, negative
• NRZ와 달리 DC Component가 없다.  Sync문제를 없앤다.
• 비용이 많이 발생하기 때문에 오늘날에는 쓰이지 않는다.

 

Polar Schemes - Manchester Encoding

• Manchester 와 Differential Manchester 두가지가 존재한다.

 

Manchester Encoding

• RZ + NRZ-L
• bit 중간에 transition은 동기화를 제공한다.

 

Differential Manchester Encoding

• RZ + NRZ-I
• 다음 비트가 0이라면 transition이 발생한다.

 

 

Bipolar Schemes

• 3가지 voltage level을 사용한다. -> postive, negativ, zero
• AMI와 Pseudoternary가 있다.
• AMI(Alternate Mark Inversion)는 1을 inversion(postive와 negative)으로 대신한다.
• Pseudoternary는 0을 inversion으로 대신한다.
• DC 성분이 없다. NRZ와 Signal rate가 같다.

 

 

Multilevel Schemes

 

• data speed를 줄이거나 요구되는 bandwidth를 줄이기 위해 고안됐다.
• 패턴 m을 n으로 인코딩하면서 bit per baud를 증가시킨다.
• M: 바이너리 패턴의 길이
• B: 바이너리 데이터
• n: 시그널 패턴의 길이
• L: signaling의 level

 

Multilevel Schemes -2B1Q

• 두개의 binary 하나의 quaternary
• 4-level signal을 사용한다.
• m=2, n=1, and L=4
• average signal rate S = N/4

 

Multilevel Schemes - 8B6T

• 8 binary, 6 tinary
• 8bit의 패턴을 6signal element로 변환한다.

 

Multilevel Schemes - 4D-PAM5

 

• 5 voltage level이 module을 거치면서 4dimension이 된다. 

 

 

 

Block Coding

• 동기화를 보장하고 오류를 감지하기 위해서 고안됐다.
• 블록의 m비트를 n비트로 바꾼다.
• division, substitution, combintion 세가지 step이 있다.
• 연속된 1또는 0을 제거함으로써 문제점을 감소시킨다.
• 라인코드만으로 문제해결하기 까다로울 때 사용된다.
• digital->dgital의 목적이다.

 

4B/5B

• NRZ-I를 갖는 block coding이다,
• 이전에 encoding과정을 거치면서 제거함으로써 연속된 0을 갖는 NRZ-I의 단점을 없앤다.
• 3개 이상의 연속된 0이 등장하는 것을 불가능하게 한다.

 

Scrambling

 

• 장거리 통신을 가능하게 한다.
• NRZ-L 방식과 라인코딩 방식을 섞은 것은 DC 성분이 발생하기 때문에 장거리 통신 시에 적합하지 않다. 
• bipolar AMI는 좁은 bandwidth를 갖기 때문에 DC 성분이 발생하지 않는다. 그러나 싱크문제는 발생할 수 있다.
• Scrambling 방법으로 문제점들을 해결하고자 한다.

 

AMI with Scrambling

 

• 코드를 scramble함으로써 연속된 0을 다른비트로 대체한다.
• B8Z3의 경우 8개의 연속된 0이 들어오면 다른 것으로 대체한다.
• HDB3은 4개의 연속된 0을 000V 또는 B00V로 대체한다.

 

 

Analog-To-Digital Conversion

• Pulse code modulation
• Delta modulation

 

Pulse Code Modulation(PCM)

• digital signal이 analog signal보다 우월하다는 동기를 가진다.
• sampling, quantization, encoding방식이 사용됟다.