[Week 5-1] Data Encoding (Digital data → Digital signal)

Chap 5. Data Encoding

 

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< Encoding vs Modulation >

- Encoding

: 통신 채널을 통해 전송할 수 있는 형식으로 데이터를 변환하는 process
예) Text to binary code

 

- Modulation (변조)

: carrier signal을 부호화된 데이터를 전송하도록 변경하는 process

 

 

< Encoding Schemes >

- Signal spectrum

: A good signal design은 transmitted power를 transmission bandwidth의 중간에 집중

 

- Clocking

: transmitter와 receiver를 external clock 또는 sync mechanism과 동기화

 

- Error detection

: data link control로 알려진 signaling level 이상의 논리 계층의 책임이 필요

 

- Signal interference and noise immunity

: 특정 코드는 noise가 있을 때 더 나은 성능을 발휘

 

- Cost and complexity 

: signaling rate↑ → cost↑

 

Encoding and Modulation Techniques

 

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*용어 정리

용어	단위	정의
Data element	Bits	A single binary 0 / 1
Data rate (데이터 전송률)	bps (Bits per second)	data elements의 전송 속도
Signal element (신호 요소)	Digital - a voltage pulse of constant amplitude Analog - a pulse of constant frequency, phase, and amplitude	That part of a signal that occupies the shortest interval of a signaling code 신호의 가장 짧은 단위
Signaling rate or modulation rate (신호 전송률)	Signal element per second (baud)	signal elements의 전송 속도

 

 

< Interpreting Signals >

- receiver의 디지털 신호 해석
: Timing of bits - when they start and end → Signal levels

 

- signal interpretation에 영향을 미치는 요인

: Signal to noise ratio → Data rate → Bandwidth

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< Digital data → Digital signal >

: Sequence of discrete, discontinuous voltage pulses
: Each pulse is a signal element
: Binary data는 각 데이터 비트를 signal elements로 encoding하여 전송

 

 

< Definition of Digital Signal Encoding Formats >

1) NRZ-L (Nonreturn to Zero level)

0: high level

1: low level

 

2) NRZI (Nonreturn to Zero Inverted)

0: 이전과 동일 (no transition)

1: 이전과 다름 (transition)

 

3) Bipolar-AMI

0: 중간 (no line signal)

1: 이전과 다름 - 위, 아래

(alternating positive or negative level)

 

4) Pseudoternary

0: 이전과 다름 - 위, 아래

(alternating positive or negative level)

1: 중간 (no line signal)

 

5) Manchester (Biphase)

0: 위 → 아래: transition from high to low in middle of inerval

1: 아래 → 위: transition from low to high in middle of inerval

 

6) Differential Manchester (Biphase)

Always a transition in middle of interval

> 시작점

0: 이전과 다름 (transition)

1: 이전과 동일 (no transition)

> 모양

0: 이전과 동일 (no transition)

1: 이전과 다름 (transition)

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< NRZ >

: 디지털 신호를 전송하는 가장 쉬운 방법 - 0, 1 bit에 대해 서로 다른 두 전압을 사용하는 것
: bit 간격 동안 Voltage level 일정
: No transition (no return to a zero voltage level)
: 0 - voltage x / 1 - 일정한 positive voltage

 

> NRZ-L:  positive voltage - the other / negative voltage - one value

→ 0: 5v / 1: -5v

 

 

< Non-return to Zero Inverted (NRZI) >

: Non-return to zero, invert on ones

: 일정한 voltage pulse 유지 for duration of a bit time

: 데이터는 bit time 시작 시 signal transition의 유무로 인코딩

: 0 - No transition (differential encoding)

: 1 - Transition (low to high, high to low)

 

differential encoding 예)

- Data are represented by changes rather than levels

- 값을 threshold(한계점)과 비교하는 것보다 noise가 있는 상태에서 transition을 감지하는 데 더 신뢰

- Easy to lose sense of polarity

 

Spectral Density of various Signal Encoding schemes

 

 

< Bipolar-AMI >

: 2개 이상의 signal levels 사용

: 0 - no line signal

: 1 - positive or negative pulse

: 1 pulses alternate in polarity

: 1s의 긴 string이 발생해도 synk 손실 x

: No net dc component

: bandwidth ↓

: Easy error detection

 

 

< Pseudoternary >

: 0 - alternating positive and negative pulses

: 1- absence of line signal

: bipolar-AMI에 비해 장점과 단점 x

: each is the basis of some applications

 

Theoretical Bit Error Rate for Various Encoding Schemes

 

 

< Manchester Encoding (Biphase) >

: 각 bit period의 중간에 transition

: Midbittransition serves as a clocking mechanism and also as data

: 0 - High to low transition

: 1 - Low to high transition

 

 

< Differential Manchester Encoding (Biphase) >

: Midbittransition is only used for clocking

: 0 - the presence of a transition at the beginning of a bit period

: 1 - the absence of a transition at the beginning of a bit period

: Has the added advantage of employing differential encoding

 

 

< Biphase의 장단점 >

> 장점

- Synchronization (동기화) 

- dc component x (직류 성분)

- error detection

 

> 단점

- bit time당 적어도 하나의 transition, 2개의 transition

- Maximum modulation rate = NRZ의 2배

- bandwidth ↑

 

A Stream of Binary Ones at 1 Mbps

 

 

< Normalized Signal Transition Rate of Various Digital Signal Encoding >

	Minimum	101010...	Maximum
NRG-L	0 (all 0s or 1s)	1.0	1.0
NRGI	0 (all 0s)	0.5	1.0 (all 1s)
Bipolar-AMI	0 (all 0s)	1.0	1.0
Pseudoternary	0 (all 1s)	1.0	1.0
Manshchester	1.0 (101010...)	1.0	2.0 (all 0s or 1s)
Differential Manchester	1.0 (all 1s)	1.5	2.0 (all 0s)

 

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교재는 Data and Computer Communications를 참고하였고, 자료는 이화여자대학교 이형준 교수님의 정보통신공학 강의에서 가져온 것입니다.