ترميز خطوط النقل في الاتصالات

يعمل (LINE – CODE ENCODER) كواجهة بين إشارات مستوى (TTL) لجهاز الإرسال وتلك الخاصة بالقناة التناظرية، وبالمثل يعمل (LINE – CODE DECODER) كواجهة بين الإشارات التماثلية للقناة وإشارات مستوى (TTL) التي يتطلبها جهاز الاستقبال الرقمي.

ترميز خطوط النقل – line code:

ترميز خطوط النقل: هو الكود المستخدم لنقل البيانات للإشارة الرقمية عبر خط الإرسال، يتم اختيار عملية التشفير هذه لتجنب تداخل وتشويه الإشارة مثل التداخل بين الرموز، وهو رمز تم اختياره للاستخدام داخل نظام اتصالات لأغراض نقل النطاق الأساسي، وغالباً ما يستخدم الترميز الخطي لنقل البيانات الرقمية حيث يمكن تمثيل القيم الثنائية (1 و0 بت) كما هو الحال في إشارات (PCM) وفي تنسيقات إشارات تسلسلية مختلفة تسمى رموز الخطوط.

عادةً لا تصل الإشارات الرقمية على الكيبل إلى صفر فولت تيار مستمر، يتسبب إزاحة التيار المستمر في حدوث مشكلات لجهاز الاستقبال وفقدان طاقة التيار المستمر في الخطوط، لذا يتمثل أحد الحلول في استخدام رمز متوسط ​​إلى صفر فولت تيار مستمر مع استمرار نقل البيانات إلى جهاز الاستقبال، طور نظام هاتف (Bell) القديم مثل هذه الرموز في الأيام الأولى لنقل البيانات.

خصائص خط الترميز:

• التزامن الذاتي (Self – Synchronization): يوجد توقيت كافٍ في التشكيل مضمن في الكود بحيث يمكن لمزامنات البتات استخراج التوقيت أو إشارة الساعة، يجب ألّا تُسبب سلسلة طويلة من الأرقام الثنائية (1 أو 0) مشكلة في استعادة الوقت.
  
• احتمالية منخفضة لخطأ البت (Low Probability of Bit Error): يمكن تصميم أجهزة الاستقبال بحيث تستعيد البيانات الثنائية مع احتمالية منخفضة لخطأ البت عند تلف بيانات الإدخال بسبب الضوضاء أو (ISI).
  
• طيف مناسب للقناة (A Spectrum that is Suitable for the Channel): إذا كانت القناة مقترنة بتيار متردد فإنّ (PSD) لإشارة شفرة الخط يجب أن تكون مهملة عند الترددات القريبة من 0، بالإضافة إلى ذلك يجب أن يكون عرض النطاق الترددي للإشارة صغيراً بدرجة كافية مقارنة بعرض النطاق الترددي للقناة حتى لا تكون (ISI) مشكلة.
  
• عرض النطاق الترددي للإرسال (Transmission Bandwidth): يجب أن يكون هذا صغيراً قدر الإمكان.
  
• القدرة على اكتشاف الخطأ (Error Detection Capability): يجب أن يكون من الممكن تنفيذ هذه الميزة بسهولة عن طريق إضافة مشفرات القنوات ومفككات التشفير أو يجب دمج الميزة في كود الخط.
  

الهدف من استخدام ترميز خطوط النقل – line code:

• تشكيل الطيف ونقله دون تعديل أو ترشيح، وهذا مهم في تطبيقات خط الهاتف حيث يكون لخاصية التحويل توهين شديد أقل من (300 هرتز).
  
• يمكن تبسيط استرداد ساعة البت.
  
• يمكن القضاء على مكون التيار المستمر، هذا يسمح بربط التيار المتردد المكثف أو المحول بين المراحل كما في خطوط الهاتف، ويمكن التحكم في تجول الخط الأساسي أي يغير التجوال الأساسي موضع شكل موجة الإشارة بالنسبة إلى عتبة الكاشف ويؤدي إلى تآكل شديد لهامش الضوضاء.
  
• القدرة في الكشف عن الأخطاء.
  
• استخدام عرض النطاق الترددي وإمكانية الإرسال بمعدل أعلى من الأنظمة الأخرى على نفس النطاق الترددي.
  

أنواع ترميز خطوط الاتصالات:

1. إرسال الإشارة أحادي القطب – Unipolar Signaling.
   
2. الإشارات القطبية – Polar Signaling.
   
3. إشارات ثنائية القطب – Bipolar Signaling.
   

1. إرسال الإشارة أحادي القطب – Unipolar Signaling:

يُطلق على الإشارات أحادية القطب اسم (On – Off Keying أو OOK) ويمثل وجود الإشارة بـ 1 ويمثل عدم وجود الإشارة بـ 0.

أنواع الاختلافات في الإشارات أحادية القطب:

1. عدم العودة إلى الصفر – (Non Return to Zero (NRZ:

في هذا النوع من الإشارات أحادية القطب، يتم تمثيل البيانات العالية بنبضة موجبة تسمى (Mark) والتي لها مدة (T0) تساوي مدة بت الرمز، ولا يوجد نبض عند إدخال البيانات المنخفضة.

ايجابيات عدم العودة إلى الصفر – NRZ:

• إنه بسيط.
  
• مطلوب نطاق ترددي أقل.
  

عيوب عدم العودة إلى الصفر – NRZ:

• لم يتم تصحيح الخطأ.
  
• قد يتسبب وجود مكونات التردد المنخفض في انخفاض الإشارة.
  
• لا توجد ساعة لحساب الزمن المستغرق لنقل الإشارة.
  
• من المحتمل أن يحدث فقد في المزامنة خاصةً بالنسبة للسلاسل الطويلة من 1 و0.
  

2. عودة أحادية القطب إلى الصفر – (Unipolar Return to Zero (RZ:

في هذا النوع من الإشارات أحادية القطب تكون عالية في البيانات وعلى الرغم من تمثيلها بنبضة مارك، فإنّ مدتها (T0) أقل من مدة بت الرمز، تظل نصف مدة البت مرتفعة ولكنها تعود على الفور إلى الصفر وتظهر عدم وجود نبضة خلال النصف المتبقي من مدة البت.

ايجابيات عودة أحادية القطب إلى الصفر – RZ:

• إنه بسيط.
  
• يمكن استخدام الخط الطيفي الموجود عند معدل الرموز كساعة.
  

عيوب عودة أحادية القطب إلى الصفر – RZ:

• لا يوجد تصحيح خطأ.
  
• تحتل ضعف عرض النطاق الترددي مثل (NRZ) أحادي القطب.
  
• يحدث انخفاض الإشارة في الأماكن التي تكون فيها الإشارة غير صفرية عند (0 هرتز).
  

2. الإشارات القطبية – Polar Signaling:

هناك طريقتان للإشارة القطبية هما:

1. قطبية عدم العودة إلى الصفر – (Polar Non Return to Zero (NRZ:

في هذا النوع من الإشارات القطبية يتم تمثيل البيانات المرتفعة بنبضة موجبة، بينما يتم تمثيل انخفاض البيانات بنبضة سالبة.

إيجابيات قطبية عدم العودة إلى الصفر – Polar NRZ:

• إنه بسيط.
  
• لا توجد مكونات منخفضة التردد.
  

سلبيات قطبية عدم العودة إلى الصفر – Polar NRZ:

• لا يوجد تصحيح خطأ.
  
• لا توجد ساعة.
  
• يحدث انخفاض في الإشارة في الأماكن التي تكون فيها الإشارة غير صفرية عند (0 هرتز).
  

2. قطبية العودة إلى الصفر – (Polar Return to Zero (RZ:

في هذا النوع من الإشارات القطبية عالية في البيانات ، على الرغم من تمثيلها بنبضة مارك فإنّ مدتها T0 أقل من مدة بت الرمز، يبقى نصف مدة البت مرتفعاً ولكنه يعود على الفور إلى الصفر ويظهر عدم وجود نبضة خلال النصف المتبقي من مدة البت.

إيجابيات قطبية العودة إلى الصفر – (Polar Return to Zero (RZ:

• إنه بسيط.
  
• لا توجد مكونات منخفضة التردد.
  

عيوب قطبية العودة إلى الصفر – (Polar Return to Zero (RZ:

• لا يوجد تصحيح خطأ.
  
• لا توجد ساعة.
  
• تحتل ضعف عرض النطاق الترددي ل (Polar NRZ).
  
• يحدث انخفاض للإشارة في الأماكن التي تكون فيها الإشارة غير صفرية عند (0 هرتز).
  

3. إشارات ثنائية القطب – Bipolar Signaling:

هذه تقنية تشفير لها ثلاثة مستويات جهد وهي (موجبة وسالبة و0)، وتسمى هذه الإشارة بالإشارة الثنائية، وفي هذه الطريقة يوجد نوعان هما: ثنائي القطب (NRZ) وثنائي القطب (RZ).

مثال: على هذا النوع هو (Alternate Mark Inversion AMI)، بالنسبة ل 1 ينتقل مستوى الجهد من موجب + إلى سالب – أو من سالب – إلى موجب + ومع وجود 1s بديلة لتكون ذات قطبية متساوية، وبالنسبة لـ 0 سيكون مستوى الجهد صفر.

إيجابيات إشارات ثنائية القطب – Bipolar Signaling:

• إنه بسيط.
  
• لا توجد مكونات منخفضة التردد.
  
• تحتل عرض نطاق ترددي منخفض من مخططات (NRZ) أحادية القطب والقطبية.
  
• هذه التقنية مناسبة للإرسال عبر الخطوط المقترنة بالتيار المتردد، حيث لا يحدث إنخفاض للإشارة.
  
• توجد إمكانية اكتشاف خطأ واحد في هذا.
  

عيوب إشارات ثنائية القطب – Bipolar Signaling:

• لا توجد ساعة.
  
• تتسبب سلاسل البيانات الطويلة في فقدان المزامنة.
  

الكثافة الطيفية للطاقة (Power Spectral Density – PSD): تسمى الوظيفة التي تصف كيفية توزيع قوة الإشارة على ترددات مختلفة وفي مجال التردد باسم (PSD) هو تحويل (Fourier Transform of Auto -(Correlation وإنّه على شكل نبضة مستطيلة.