veri İletişimi veri İletişimi data communications
TRANSCRIPT
VeriİletişimiDataCommunications
SuatÖZDEMİRGaziÜniversitesi
BilgisayarMühendisliğiBölümü
4.Sayısalveriiletimi
Sayısalsayısalçevirme
• Bilgininikinoktaarasındailetilmesiiçinanalogveyasayısalsinyaleçevrilmesigerekir.
• Sayısalsayısalçevirmede sayısalverisayısalsinyaledönüştürülür.• Analog sayısalçevirmedeanalog verisayısalsinyaledönüştürülür.• Çevirmeişlemindeneldeedilensinyalparalelveyaseriolarakiki
noktaarasındailetilir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 2
Sayısalsayısalçevirme
• Line coding sayısalveriyisayısalsinyaledönüştürmeişlemidir.
• Veriiletişimindeamaç,veriparçalarınıniletilmesidir.Enküçükparçabitolarakadlandırılır.
• Şekilder birsinyalparçasıylataşınanveriparçasınınsayısınıgöstermektedir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 3
Sayısalsayısalçevirme• Datarate,birsaniyedeiletilenbitsayısınıgösterir(bps,bit/s).
• Signalrate,birsaniyedeiletilensinyalsayısınıgösterir(baud).
• Datarategenellikle bitrateolarakifadeedilir.• Signal rate isebaudrate,pulserate yada modulation rateolarakifadeedilir.
• Amaçbaudrate düşürülürkenbitratedeğeriniartırmaktır.
• Bandwidth, sinyalitaşımakiçingerekenfrekansbantgenişliğinigösterir.
• Sinyaldekideğişimsayısınıartırırkendahagenişfrekansbandıkullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 4
Sinyaliletimindesorunlar• Sinyalkodlamadauzun1ve0
serilerininalıcıdadoğruçözülmesizordur.Önlemalınmasıgerekir.
• BirsayısalsinyalbelirlibirsüresabitkalırsaDCbileşenoluşurvedüşükfrekanslarıgeçirmeyensistemleriçinproblemoluşur.(Telefonhattı200Hzaltınıgeçirmez)
• İkisistemde(alıcıveverici)bitaralığınınaynıolmasıgerekir.
• Self-synchronizingsayısalsinyalinzamanlamabilgisiniiçindebulundurmasıdır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 5
Sayısalsinyalkodlamateknikleri
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 6
5temelgruptatoplanır
Unipolar (non-return-to-zero)
• Bit1 pozitif gerilimvebit0 negatif gerilimveya0V iletanımlar.
• Sinyalbitinortasında0’adönmediğiiçinnon-return-to-zero denilmektedir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 7
Polar(non-return-to-zero)
• İkiseviyelisinyalkullanılır.NRZ-Level ve NRZ-Invert olarakikitürdür.• NRZ-L kodlamadabit0pozitifgerilimvebit1negatifgerilimiletanımlar.• NRZ-I dagerilimseviyesindekideğişimbit1vedeğişmemebit0dır.• Uzun1ve0serilerininalgılanmasızordur(NRZ-Ldadahafazla).• Senkronizasyonproblemiherikisindevardır(NRZ-Ldadahafazla)
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 8
Polar(Biphase:ManchesterveDifferential Manchester)
• Manchester’da,sinyalbit1vebit0içinbelirliişaretleresahiptir.
• DifferentialManchester’dabit0içinbitbaşındadeğişimolur,bit1içindeğişimolmaz.
• Herikisindedebitinortasındaseviyedeğiştirilir.(senkronizasyonsağlanır)
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 9
Polar(Biphase:ManchesterveDifferential Manchester)
• ManchesterveDifferential ManchesterkodlamalardaDCbileşenyoktur.Herbithempozitifhemdenegatifgerilimesahiptir.
• Signal rateNRZkodlamayagöreikikatolur.(Bantgenişliğiikikatolur)
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 10
Bipolar (AMI– Alternate MarkInversion vePseudoternary)
• AMIkodlamada,bit0içinseviye0dır,bit1içinpozitifvenegatifarasındasüreklideğişir.
• Pseudoternary kodlamada,bit1içinseviye0dır,bit0içinpozitifvenegatifarasındasüreklideğişir.
• Bipolar kodlamadaDCbileşenyoktur.Süreklipozitifvenegatifarasındadeğişimyapılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 11
Multilevel (2B1Q,8B6T,4D-PAM5)
• Kodlamadatemelamaçverihızınıartırmakvebantgenişliğiniazaltmaktır.
• m veriparçasısayısını,n sinyalparçasısayısınıgöstersin.
• Binary veriiçin1ve0olduğundanm adetveriyi2m farklısinyallegösterebiliriz.
• HersinyaldeL seviyeolursaLn adetfarklısinyaleldeedilir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 12
Multilevel (2B1Q,8B6T,4D-PAM5)• 2m =Ln olursaherveriiçinbirsinyalkullanabiliriz.• 2m <Ln olursatümverilersinyallerinbirkısmıylaifadeedilebilir.
• 2m >Ln olursatümverilereldeedilensinyallerleifadeedilemez.
• BuşekildekikodlamamBnL olarakadlandırılır.• Burada,mbinary verininuzunluğunu,Bbinary veriyi,nsinyaluzunluğunuveLsinyalseviyesayısınıgösterir.
• L=2iseB(binary),L=3iseT(ternary),L=4iseQ(quaternary)kullanılır.
• İlkikisi(mB)veriyi,sonikisi(nL)sinyaligösterir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 13
Multilevel (2B1Q)
• 2B1Q(two-binary-one-quaternary),kodlamadabirsinyalilekodlananveriboyutu2bitvesinyaldekitoplamseviyesayısı4tür.
• 2B1Q,DSL(digitalsubscriber line)teknolojisindekullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 14
Multilevel (8B6T)
• 8B6T(eight-binary-six-ternary),kodlamada8-bitdata3seviyelisinyallegösterilir.
• 28 =256farklıverive36 =729farklısinyalkullanılır.• Sinyallerinbirkısmısenkronizasyonvehatadenetimiiçinkullanılır.
• Herbitgrubuiçinkullanılacaksinyalgrubusabittir.• 8B6T,10Base-4Tağlarda kullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 15
Multilevel (4D-PAM5)• 4D-PAM5(four-dimensionalfive-level
pulse-amplitude-modulation),kodlamada 4Dverinin4kabloileiletildiğinigösterir.
• 5farklısinyalseviyesi(-2,-1,0,1,2)kullanılır.• Birsinyalelemanıyla8bitgönderilir.• Sinyal4parçaylagösterilirherparçasıbirkablodaniletilir.• 4D-PAM5kodlamaGigabit LANağlardakullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 16
Multiline İletişim(MLT-3)• NRZ-IveDifferentialManchesterdatayıkodlarkenikigeçiş
kuralıuygular.• MLT-3(MultilineTransmission,ThreeLevel)kodlama,iki
seviyedenfazlaseviyeyesahipveriiçinkullanılırMLT-3üçseviyeli(+V0-V)geçişkuralıkullanılır.
• Dahaazdeğişimolduğuiçinortalamabantgenişliği1/3oranındadır.(BW=1/3Bitrate)– Uzun1serilerinde¼ekadardüşer
• Birsonrakibit0isegeçişolmaz.• Birsonrakibit1iseveşimdikiseviye0değilse,birsonraki
seviye0olur.• Birsonrakibit1iseşimdikiseviye0ise,birsonrakiseviye
0olmayansonseviyenintersiolur.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 17
Multiline İletişim(MLT-3)
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 18
Line coding yöntemleriözet
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 19
Blokkodlama
• Senkronizasyonudahaiyiyapmakvehatadenetimiyapmakiçinekstrabitlereihtiyaçolur.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 20
Blokkodlama• Blockcoding,madetbiti nadetbithalineçevirir (mB/nB).
Burada(n>m).• “/”işaretiblokkodlamayı,multilevel kodlamadanayırır(8B6T).• m-bitgrupn-bitgrup yerineyerleştirilir.• 4B/5Bdeorijinalbitler 4-bitgruplaraayrılırveher4-bityerine
5-bityazılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 21
Blokkodlama(4B/5B)• 4B/5B(four binary/fivebinary)kodlamaNRZ-Iilebirliktekullanılır.• NRZ-Ikodlamauzun0larda senkronizasyonproblemivardır.• NRZ-Ikodlamadanönceuzun0olmayacakşekildedeğişiklikgerekir.• AlıcıönceNRZ-Iilebitlerieldeederdahasonrafazlalıkolan1-bitatılır.• 4B/5Bkodlarıikidenfazla0’ıartardabulundurmaz.Tümgruplariçinde
artardaüçtenfazla0olmaz.• Eklenen1bit%20fazlatrafikgerektirir.DCbileşenhalavardır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 22
4B/5BKodları
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 23
Blokkodlama(4B/5B)• Örnek:1Mbps hızdaverigöndermekistiyoruz.4B/5BveNRZ-IileManchesterkullanıldığındagerekenminimumbantgenişliğinedir?
4B/5Bbitratedeğerini1.25Mbps olarakartırır.NRZ-IkodlamaN/2bantgenişliğigerektirdiğinden625kHz gerekir.Manchesterkodlama1.25MHz bantgenişliğigerektirir.NRZ-IdaDCbileşenvardır,Manchester’daDCbileşenyoktur.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 24
Blokkodlama(8B/10B)• 8B/10B(eight binary/tenbinary)kodlama8-bityerine10-bitkullanır.
• Birtane5B/6Bile(soldaki5bitiçin)birtane3B/4B(sağdaki3bitiçin)vardır.
• Disparity controller hatadenetimiyapar.210 – 28 =768fazlagrupoluşur.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 25
Scrambling• Biphase yöntemikısamesafedeikiistasyonarasında(LAN
içinde)uygundurancakgenişbantgenişliğigerektirdiğiiçinuzunmesafedeuygundeğildir.
• BlokkodlamaveNRZnin birliktekullanımıdauzunmesafedeDCbileşenolduğuiçinuygundeğildir.
• Bipolar AMIkodlamadarbantgenişliğigerektirirveDCbileşenyoktur.Ancakuzun0larda senkronizasyonyoktur.
• Belirlisayıdaki0serisifarklıbirseriyledeğiştirilir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 26
Scrambling(B8ZS– Bipolarwith8-zerosubstitution)
• 8artardagelen0seviyegerilimyerine000VB0VByerleştirilir.
• V,AMIkodlamadabiröncekigerilimseviyesininaynısınıgösterir.
• B,bipolar biröncekigerilimseviyesinintersinigösterir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 27
Scrambling(HDB3– High-densitybipolar3-zero)
• 4artardasıfırgerilimseviyesi000VveyaB00Viledeğiştirilir.• Sonsubstitution’dansonraeğersıfırdanfarklıpulse sayısı
tekise,000Vişaretikullanılır.Böylecesıfırdanfarklıpulsesayısıçiftolur.
• Sonsubstitution’dansonraeğersıfırdanfarklıpulse sayısıçiftise,B00Vişaretikullanılır.Böylecesıfırdanfarklıpulsesayısıçiftolur.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 28
Analog sayısalçevirme• Bazıuygulamalardaanalog sinyalvardır(mikrofonveya
kameraüretir).• Analog sinyalsayısaldatayaçevirilir ardındansayısalsinyale
dönüştürülür.• Pulse code modulation (PCM)Enyaygınkullanılananalog
sinyal-sayısaldatadönüştürmeyöntemidir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 29
Analog sayısalçevirme
• Analog sayısalçevirmenin3aşamasıvardır– Örnekleme(Sampling)– Sayısallaştırma (Quantization)– Orijinalsinyalitekraroluşturma
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 30
Örnekleme- Sampling• HerTs aralığındaanalog sinyalörneklenir(sampling rate,sampling frequency).
• Üçfarklıörneklemeyapılır.Sample and hold(flat-top)yaygınkullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 31
Sampling rate• Nyquist teoreminegöreörneklemefrekansı(sampling rate)enyüksekfrekansınenazikikatıolmalıdır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 32
Sampling rate• Örneklemefrekansıdüşüksesaattersdönüyorgibigörünür.• Birfilmdesaniyede24frame geçer.12’denazörnekleme
undersampling’tir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 33
Sayısallaştırma– Quantization
• Örneklenendeğerleranalogtur.MinimumvemaksimumarasıLseviyeyebölünür.İkiseviyearasındakifarkΔ=(Vmax–Vmin )/Lolur.
• Örnekte,Vmax =+20V,Vmin =-20V,L=8
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 34
Orijinalsinyalitekraroluşturmak
• Bitdizisitekraranalog sinyalioluşturmakiçinkullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 35
Deltamodülasyonu
• DeltamodülasyonuPCM’den dahabasittir.• Örneklenendeğerbiröncekindenbüyükseartış,küçükseazalışgerçekleştirilir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 36
İletişimmodları
• Paralelveseriiletişimyapılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 37
Paraleliletişim• Aynıandanbitgönderilir.• Maliyetyüksektir,hızlıdır.Kısamesafelerdekullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 38
Seriiletişim
• Aynıanda1bitgönderilir.• Maliyetdüşüktür,yavaştır.Uzunmesafelerdekullanılır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 39
Seriiletişim-asenkron
• Bilgigruplarhalindegönderilir.Birgruptagenellikle8bitolur.• Birgrubungeldiğinialıcıyastartbiti,bittiğinistopbitigösterir.• Byte seviyesindeasenkrondur,amabitseviyesindesenkronyapmak
gerekir.• Keyboard,mouseörnektir.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 40
Seriiletişim-senkron
• Startvestopbitiolmadanbitlerardardagönderilir.
• Bitlerigruplaraayırmakvezamanlamaişlemlerialıcıtarafındanyapılır.
• Asenkronagöredahahızlıdır.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 41
Seriİletişim –Isochronous (i-senkron)
• Gerçekzamanlıvideoveaudiouygulamalarındaframe’ler arasındabeklemeistenmez.
• Senkronveasenkroniletişiminözelliklerinialır• Frameler arasındabityoktur,başlangıçvebitişframe’i vardır
• Isochronous iletişimsabithızdaverininiletiminisağlar.
http://w3.gazi.edu.tr/~suatozdemir/ 42