انتقال دیجیتال، روش ها، تکنیک ها و کاربردها

انتقال دیجیتال ، روش ها، تکنیک ها مزایا و معایب – آموزش شبکه درس 12

انتقال دیجیتال

داده‌ها می‌توانند به دو صورت آنالوگ (Analog) یا دیجیتال (Digital) انتقال داده شود. کامپیوترها از فرم دیجیتالی برای انتقال و مرتبط‌سازی داده‌ها و اطلاعات خودشان استفاده می‌کنند. به همین خاطر، در اینجا نیاز است که داده‌ها در ابتدا به فرم دیجیتالی تغییر پیدا کرده و سپس از آن‌ها در پردازش‌ها و انتقالات رایانه‌ای و شبکه‌ای استفاده شود.

تبدیل دیجیتال به دیجیتال (Digital to Digital Conversion)

کدگذاری دیجیتالی به دیجیتالی نشان دهنده فرمی از تغییر شکل سیگنال‌ها دیجیتالی است. در زمانی که مقدارهای باینری (Binary) صفر و یک در رایانه‌ها به فرکانس‌های پالس ولتاژ بر روی یک کابل تبدیل می‌شوند، این تبدیل به عنوان کدگذاری دیجیتالی به دیجیتالی (Digital-to-Digital Encoding) شناخته می‌شود.

روش کد گذاری دیجیتالی به دیجیتالی

روش کد گذاری دیجیتالی به دیجیتالی

کدگذاری دیجیتالی به دیجیتالی خود به سه دسته‌بندی تقسیم می‌شود:

  • کدگذاری تک قطبی (Unipolar Encoding)؛
  • کدگذاری قطبی (Polar Encoding)؛
  • کدگذاری دو قطبی (Bipolar Encoding)؛
روش های کدگذاری دیجیتالی به دیجیتالی

روش های کدگذاری دیجیتالی به دیجیتالی

کدگذاری دیجیتالی تک قطبی (Unipolar)

در این شیوه سیستم انتقال دیجیتال پالس‌های دیجیتال را بر روی لینک رسانه مانند کابل و یا سیم انتقالی می‌فرستد. در بیشتر مواقع کدگذاری به این صورت انجام می‌شود که یک سطح ولتاژ نشان دهنده مقدار صفر و سطح دیگر ولتاژ مقدار یک را نشان می‌دهد. قطبیت در هر کدام از پالس‌ها نشان دهنده منفی و یا مثبت بودن یک پالس الکتریکی است.

این نوع از کد گذاری به عنوان «کدگذاری تک قطبی (Unipolar encoding)» شناخته می‌شود، و همیشه از یک قطب برای نشان دادن پالس‌ها استفاده می‌شود.

در کد گذاری تک قطبی قطبیت به حالت باینری یک، تعلق دارد. در این جا، یک‌ها با ولتاژ‌های مثبت و صفر‌ها با عدم انتقال ولتاژ نشان داده می‌شود. گاهی از اوقات یک‌ها با یک ولتاژ سطح بالاتر کدگذاری می‌شوند و صفر‌ها نیز با یک ولتاژ پایه و یا ولتاژ صفر نشان داده می‌شوند.

کدگذاری تک قطبی یکی از ساده‌ترین و ارزان‌ترین روش‌های انتقال دیجیتالی است.

کدگذاری تک قطبی

کدگذاری تک قطبی

کدگذاری تک قطبی دارای دو مسئله است که سبب می‌شود استفاده از این شیوه کمتر رایج باشد:

  • بهره‌گیری از اجزا و قطعاتی که با جریان DC کار می‌کنند؛
  • دوم همزمان‌سازی دو سر ارتباط با هم دیگر؛

انتقال دیجیتال قطبی (Polar)

روش کد گذاری قطبی از دو سطح ولتاژ استفاده می‌کند، که یکی از آن مثبت و دیگری منفی است.

با استفاده از دو سطح ولتاژ، ولتاژ میانگین مصرفی کاهش پیدا می‌کند و مسئله استفاده از قطعات و تجهیزات DC که در بخش قبل به آن‌ها اشاره شد نیز مرتفع می‌گردد.

روش های مختلف انتقال دیجیتال قطبی (Polar)

روش های مختلف انتقال دیجیتال قطبی (Polar)

روش انتقال دیجیتال قطبی NRZ

NRZ مخفف عبارت «Non-Return Zero» است. در روش کدگذاری NRZ، سطح سیگنال می‌تواند به صورت مثبت و یا منفی نشان داده شود.

دو زیر شاخه بسیار معروف در زمینه انتقال دیجیتال قطبی NRZ به شرح زیر هستند:

  • NRZ-L: در این روش سطح سیگنال بسته به نوع بیت آن نشان داده می‌شود. اگر بیت صفر و یا یک باشد، در این صورت ولتاژ‌های مثبت و منفی به تواتر هر کدام نشان داده می‌شود. به همین خاطر ما می‌توانیم بگوئیم که سطح سیگنال وابسته به سطح بیت‌ها است.
  • NRZ-I: در اینجا از یک روش معکوس‌سازی برای نمایش سطح بیت‌های «یک» استفاده می‌شود. در NRZ-I یک انتقال در میان ولتاژ‌ها مثبت و منفی که نشان دهنده عدد یک هستند روی می‌دهد. در این طرح، مقدار صفر با هیچ تغییر در ولتاژ و مقدار یک با تغییر د سطح ولتاژ نشان داده می‌شود.
روش های روش انتقال دیجیتال قطبی NRZ

روش های روش انتقال دیجیتال قطبی NRZ

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ

RZ مخفف عبارت «Return to Zero» است. در اینجا تغییر سیگنال برای هر کدام از بیت‌ها به وسیله همزمان‌سازی (Synchronization) صورت می‌گیرد. هرچند برای تغییر در هر بیت ما نیازمند سه سطح مثبت، منفی و صفر هستیم.

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ می‌تواند سه سطح ولتاژ را به ما ارائه دهد، ولتاژ‌های مثبت برای نمایش مقدار یک، ولتاژ‌های منفی برای نمایش مقدارهای صفر و در نهایت عدم وجود ولتاژ و یا صفر، هیچ چیزی را نمایش نمی‌دهد.

در طرح RZ،  نمی‌از مسیر برای هر پالس اشغال می‌شود، و سیگنال پس از ارسال به مقدار صفر بر می‌گردد. در این طرح بیت با مقدار یک با پالس صفر تا مثبت و بیت با مقدار صفر با پالس صفر تا منفی نشان داده می‌شود.

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ

معایب استفاده از انتقال دیجیتالی قطبی RZ:

در این روش دو تغییر سیگنال را داریم که این خود نیازمند پهنای باند بالاتر است.

روش انتقال دیجیتال قطبی دو فازی (Biphase)

روش انتقال Biphase از تغییرات سیگنال در میانه بازه بیتی استفاده می‌کند، اما مقدار پالس ولتاژ به مقدار صفر بازگشت نخواهد داشت.

روش کد گذاری دوفازی به دو شیوه مختلف پیاده‌سازی می‌شود:

روش منچستر (Manchester)

در این روش، تغییر سیگنال در میانه بازه بیتی انجام می‌شود اما مقدار برای همگام‌سازی به صفر باز نمی‌گردد.

در روش کدگذاری منچستر، انتقال‌های منفی به مثب نشان دهنده مقدار یک و تغییرات مثبت به منفی نشان دهنده مقدار صفر است.

روش منچستر دارای سطح همگام‌سازی به شکل روش RZ است به جز آنکه در اینجا دو سطح اوج وجود دارد.

روش منچستر دیفرانسیلی (Differential Manchester)

این روش می‌تواند سیگنال را در میانه بازه بیتی برای همگام‌سازی تغییر دهد، اما حضور و یا غیاب انتقال در ابتدای بازه نشان دهنده بیت مورد نظر است. یک انتقال به معنای مقدار باینری صفر است و عدم وجود انتقال نشان دهنده مقدار یک می‌باشد.

در روش کدگذاری منچستر، دو تغییر سیگینال نشان دهنده صفر و یک تغییر سیگنال نشان دهنده مقدار یک می‌باشد.

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ

روش انتقال دیجیتال قطبی RZ

انتقال دیجیتال دو قطبی (Bipolar)

در روش انتقال دیجیتال دو قطبی سه سطح ولتاژ مثبت، منفی و صفر به کار گرفته می‌شود. در این روش مقدار صفر نشان دهنده مقدار بیتی صفر، و جابجائی از سطح ولتاژ مثبت به منفی و یا برعکس نشان دهنده مقدار بیتی یک است.

اگر در اینجا بیت ابتدائی برابر با یک باشد و به وسیله افزایش پالس مثبت نشان داده شود، در آن صورت بیت دوم یک هم (بیت یک، دوم در یک بایت) با یک تغییر ولتاژ به ولتاژ منفی ارسال می‌شود، سومین بیت یک (بیت یک، سوم در یک بایت)، نیز با تغییر ولتاژ به مثبت اراسل می‌شود و این موضوع به همین ترتیب ادامه پیدا می‌کند. این تغییر می‌تواند در هر زمانی که بیت یک پی در پی وجود ندارد رخ دهد.

روش های انتقال دیجیتال دو قطبی دارای سه زیرمجموعه است:

روش های انتقال دیجیتال دو قطبی دارای سه زیرمجموعه است

روش های انتقال دیجیتال دو قطبی

روش انتقال دیجیتال دو قطبی AMI

عبارت AMI برگرفته از عبارت «Alternate Mark Inversion» است که در اینجا عبارت «Mark» از صنعت تلگراف آمده است و نشان دهنده مقدار یک است. بنابراین آن می‌تواند به عنوان «جایگزین یک معکوس (Alternate 1 Inversion)» نیز تعریف شود.

در روش کدگذاری دو قطبی AMI، صفر به وسیله سطح صفر و مقدار بیت یک به وسیله تغییر ولتاژ از مثبت به منفی نشان داده می‌شود.

مزایای استفاده:

  • در اینجا نیازی به استفاده از اجزا و تجهیزاتی که با ولتاژ DC کار می‌کنند نیست؛
  • توالی بیت‌های یک در اینجا به صورت همگام‌سازی شده هستند.

معایب استفاده:

  • این روش کدگذاری هیچ اطمینان و تائیدی را درباره همگام‌سازی در رشته‌های طولانی از بیت‌هایی صفر ایجاد نمی‌کند.

روش انتقال دیجیتال دو قطبی B8ZS

عبارت B8ZS برگرفته از عبارت «Bipolar 8-Zero Substitution» است. این تکنیک برای آمریکای شمالی ابداع شده است و در زمانی که توالی بلندی از بیت‌های صفر داریم، امکان همگام‌سازی وجود دارد.

در بیشتر مواقع عملکرد B8ZS مشابه با روش انتقال دیجیتال دوقطبی AMI است، اما تنها تفاوتی که در این جا وجود دارد آن است که این روش در زمانی که توالی بلندی از بیت‌های صفر وجود دارد اقدام به همگام‌سازی می‌کند.

روش B8ZS مطمئن می‌شود که همگام‌سازی در رشته‌های بلند از بیت‌های صفر انجام شده باشد. برای این کار در اینجا از یک تغییر سیگنال مصنوعی که به عنوان «نقص کردن (Violations)» شناخته می‌شود استفاده می‌شود که در آن از الگوهای رشته‌ای صفر استفاده شده است.

هنگامی که هشت بیت صفر پی در پی ارسال شود، B8ZS تغییری را در الگوی رشته بیت‌های صفر ایجاد می‌کند. این تغییر الگو بر اساس قطبیت به کار رفته بیت‌های یک قبلی است.

اگر قطبیت در بیت یک قبلی برابر با یک باشد، در آن صورت بیت هشتم صفر می‌تواند به صورت صفر، صفر، صفر، مثبت، منفی، صفر، منفی، مثبت کدگذاری شود.

اگر قطبیت بیت یک قبلی منفی باشد، در آن صورت هشت بیت صفر به صورت صفر، صفر، صفر، منفی، مثبت، صفر، مثبت، منفی کدگذاری می‌شوند.

روش انتقال دیجیتال دو قطبی HDB3

روش HDB3 برگرفته از عبارت «High-Density Bipolar 3» است. تکنیک HDB3 ابتدا برای مناطق ژاپن و اروپا سازگار شده است. تکینک HDB3 برای ایجاد همزمان‌سازی در توالی‌های بلند از بیت‌های صفر طراحی شده است.

در تکنیک HDB3 الگوی نقیض مبتنی بر قطبیت بیت قبلی است. هنگامی که یک بیت صفر رخ می‌دهد، HDB3 به جستجو بیت یکی می‌گردد که در آخرین توالی ارسالی رخ داده است. اگر بیت یک به صورت منفرد باشد، در آن صروت نقیض به صورت چهار توالی از صفر ایجاد می‌شود. اگر قطبیت قبلی یک بیت مثبت باشد، در آن صورت نقیص مثبت است. اگر قطبیت بیت‌های قبلی منفی باشد، در آن صورت نقیض به صورت منفی است.

اگر عدد بیت‌های یک از آخرین جایگزینی به صورت فرد باشد:

روش انتقال دیجیتال دو قطبی HDB3 (با قطبیت فرد در آخر)

روش انتقال دیجیتال دو قطبی HDB3 (با قطبیت فرد در آخر)

اگر عدد بیت‌های یک به صورت مثبت باشد، در آن صورت نقیض بر روی اولین مکان قرار می‌گیرد و سپس چهار بیت صفر قرار می‌گیرد. اگر قطبیت بیت قبلی به صورت مثبت باشد، در آن صورت نقیض‌ها به صورت منفی است، اگر قطبیت بیت قبلی به صورت منفی باشد، در آن صورت نقیض‌ها به صورت مثبت خواهند بود.

اگر عدد بیت اول از آخرین جایگزینی زوج باشد

روش انتقال دیجیتال دو قطبی HDB3 (با قطبیت زوج در آخر)

روش انتقال دیجیتال دو قطبی HDB3 (با قطبیت زوج در آخر)

تبدیل آنالوگ به دیجیتال

هنگامی که یک سیگنال آنالوگ تبدیل به سیگنال دیجیتال می‌شود، به آن «تبدیل آنالوگ به دیجیتال (Analog to Digital)» می‌گویند.

فرض کنید که یک فرد صدائی را به صورت آنالوگ ایجاد کند، ما نیازمند آن هستیم که  سیگنال‌های آنالوگ را تبدیل به دیجیتال کنیم تا کمترین نویز ممکن در آن‌ها ایجاد شود. بعد از این کار ما می‌توانیم به حدی حجم فایل صوتی را کم کنیم که برای نمایش بر روی استریم‌های رسانه‌ای مناسب باشد.

در تبدیل آنالوگ به دیجیتال، اطلاعات به صورت پیوسته از حالت موجی شکل به حالت پالس‌های دیجیتالی تبدیل می‌شود.

تکنیک‌های تبدیل آنالوگ به دیجیتال

روش تبدیل PAM

PAM بر گرفته از عبارت «Pulse Amplitude Modulation» است. PAM تکنیکی است که برای تبدیل امواج آنالوگ به دیجیتال به کار می‌رود. تکنیک PAM یک سیگنال آنالوگ را دریافت می‌کند، از آن نمونه‌سازی می‌کند و سپس یک سری از پالس‌های دیجیتالی را مبتنی بر نتیجه نمونه‌سازی ایجاد می‌کند. نمونه‌سازی (Sampling) در اینجا به این صورت عمل می‌کند که یک طول هر دامنه از سیگنال آنالوگ به صورت مشابه به بازه دیجیتالی انتقال داده می‌شود.

تکنیک PAM در ارتباطات داده‌ای منفید نیز، زیر آن طول موج‌های آنالوگ را تبدیل به پالس‌های دیجیتالی می‌کند، اما این پالس‌ها نمی‌توانند دیجیتالی باشد. برای آنکه این کدها تبدیل به کدهای دیجیتالی شوند، تکینک PAM از تکنیک PAC استفاده می‌کند.

تکینک PAM

تکینک PAM

روش انجام تکینک PAM

روش انجام تکینک PAM

روش تبدیل PCM

PCM بر گرفته از عبارت « Pulse Code Modulation» است. تکنیک PCM برای ویرایش پالس‌هائی که به وسیله PAM در زمان تبدیل سیگنال ساخته می‌شوند به کار می‌رود. برای دستیابی به این منظور، PCA پالس‌های PAM را مقدار دهی می‌کند. مقداردهی (Quantization) فرایندی است که در آن مقدارهای صحیح به یک طیف مشخص از نمونه‌های نمونه‌سازی شده انتساب داده می‌شود.

PCM چهار فرایند جداگانه را انجام می‌دهد: PAM، مقدار دهی، کدگذاری باینری، تبدیل دیجیتالی به دیجیتالی.

روش تبدیل PCM

روش تبدیل PCM

PCM

نتیجه تبدیل PCM

نتیجه تبدیل PCM

No votes yet.
Please wait...

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

منو اصلی

question