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Der Leitungscode bzw Leitungskode legt bei der digitalen Telekommunikation fest wie die zur Informationsubertragung genutzten Symbole auf der physischen Ebene ubertragen werden Dabei werden bestimmte Pegelfolgen etwa Lichtintensitaten auf Glasfasern oder Spannungen oder Strome auf elektrischen Leitungen binaren Bitsequenzen im Datenstrom zugeordnet Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 2 Binare Leitungscodes 3 Manchesterkodierung 3 1 Taktruckgewinnung 3 2 Kodierungen mit mehrere Bits langen Blocken 4 Blockcodes 5 Umsetzung auf Spannungs oder Intensitatspegel 6 Bekannte Leitungscodes Auswahl 7 WeblinksAllgemeines Bearbeiten Nutzung von Quellen Kanal und Leitungskodierung zur Ubertragung eines SignalsDie Aufgabe der Leitungscodierung bzw Leitungskodierung ist das zu ubertragende Signal spektral zu formen um es so moglichst optimal an die Eigenschaften eines Ubertragungsmediums anzupassen So kann beispielsweise der Gleichspannungsanteil unterdruckt werden Daneben wird eine Taktruckgewinnung moglich Bei manchen Leitungscodes wird die erforderliche Leitungsbandbreite verringert Ubertragungsstrecken konnen so besser ausgenutzt werden denn die Ubertragungsreichweite hangt ursachlich mit der Betriebsdampfung zusammen Fur ein metallisches Kabel gilt naherungsweise dass die Dampfungskonstante proportional der Wurzel aus der Frequenz ist hohere Frequenzen werden starker gedampft als tiefe Frequenzen Deswegen sollte der Code bei einer moglichst geringen Frequenz das Maximum der Leistungsdichte und der spektrale Verlauf eine geringe Bandbreite haben Nicht zu verwechseln ist die Leitungscodierung mit der Kanalkodierung oder der Quellenkodierung Die Kanalcodierung hat die Aufgabe durch zusatzlich eingebrachte Redundanz Ubertrags bzw Speicherfehler im Rahmen der Datenubertragung bzw Datenspeicherung erkennen und korrigieren zu konnen wahrend die Quellencodierung uberflussige redundante Information einer Datenquelle reduziert und auch als Datenkompression bezeichnet wird Manche Leitungscodes sind gleichanteilsfrei d h deren zeitlicher Mittelwert ist 0 Dies ist dann wichtig wenn in einer bestimmten Anwendung die elektrische Ubertragung von Gleichspannung uber den Kanal nicht moglich ist Die Notwendigkeit fur Gleichanteilsfreiheit kann beispielsweise durch Impulstransformatoren zur galvanischen Trennung im Ubertragungsweg vorgegeben sein welche keine Gleichspannung passieren lassen Binare Leitungscodes Bearbeiten Binare LeitungscodierungIm auch schaltungstechnisch einfachsten Fall wird den logischen Zustanden 0 und 1 ein Logikpegel auf der physischen Leitung zugeordnet Dies wird auch als Non Return to Zero NRZ bezeichnet d h es gibt keinen Zustand auf der Leitung welcher keine Information tragt Beispielsweise entspricht bei der seriellen EIA 232 Schnittstelle RS 232 aus den 1960er Jahren etwa eine negative Spannung einer logischen Eins eine positive Spannung einer logischen Null dies wird auch als antipodale Codierung bezeichnet Werden jetzt lauter Einsen ubertragen tut sich auf der Leitung nichts Dadurch konnen bei asynchronem Takt nur wenige Bits in einem Block ubertragen werden die mit einer Startsequenz gekennzeichnet werden oder es ist eine zusatzliche Taktleitung zur Synchronisation notig EIA 232 schreibt ein 0 Bit Startbit am Beginn jeder Sequenz von 5 bis 8 bit Nutzdaten plus einem eventuellen Paritatsbit und ein bis zwei 1 Bits Stoppbits an deren Ende vor Die Stoppbits konnen beliebig verlangert werden eine konstante 1 bedeutet daher keine Datenubertragung Diese Kodierung ist nicht gleichspannungsfrei je nach Dateninhalt konnen 1 Bits oder 0 Bits deutlich uberwiegen wodurch lange Kabel unmoglich sind EIA 232 gleicht diesen Nachteil teilweise aus durch die Verwendung recht hoher Spannungen ublicherweise 12 V was aber eigene Probleme mit sich bringt und sich daher in neueren Normen nicht durchgesetzt hat Serielle Ubertragung EIA 232 Start StopDatenbits 1 1 0 1 0 0 0 1 Leitungsbits 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 Spannungspegel Manchesterkodierung Bearbeiten ManchestercodierungBei der Manchesterkodierung entspricht eine Null Eins Folge einer logischen Null steigende Flanke eine Eins Null Folge fallende Flanke einer logischen Eins Hierdurch wird erreicht dass 1 stets Pegelwechsel zur Taktruckgewinnung vorhanden sind 2 der Gleichanteil im Mittel immer gleich Null ist Es verdoppelt sich die erforderliche Symbolrate am Ubertragungskanal Beim differentiellen Manchestercode steht ein Polaritatswechsel am Taktanfang fur eine logische Null zwei Flankenwechsel pro Bit bei einer logischen Eins erfolgt kein Polaritatswechsel am Taktanfang ein Flankenwechsel pro Bit Taktruckgewinnung Bearbeiten Durch die permanenten Pegelwechsel wird eine Taktruckgewinnung moglich Eine gesonderte Leitung fur den Takt erubrigt sich daher Im Falle der Manchestercodierung wird eine Startsequenz mit einer Folge von vielen Eins Null Datensequenzen ca 10 30 1010101010 auf der Leitung was effektiv einer 11111 Folge am Eingang des Kodierers entspricht eine Phasenregelschleife PLL im Empfanger synchronisiert Eine Eins Null Sequenz 1001 auf der Leitung startet die eigentliche Datenubertragung Danach folgt ein Datenpaket mit mehreren tausend Bits Taktruckgewinnung durch PLL bei Manchesterkodierung PLL wird synchronisiert PLL bleibt synchronisiertSync In Start DatenubertragungDatenbits 0 1 1 0 0 0 0 0 Sync Daten 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Leitungsbits 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Pegel Kodierungen mit mehrere Bits langen Blocken Bearbeiten Der Leitungscode hat bei der Manchestercodierung doppelt so viele Bits wie der Datenstrom er ist hinsichtlich der erforderlichen Datenrate ungunstig die Bandbreite hangt nur von der Flanke eines Bits ab je steiler diese Flanke ist desto mehr Bandbreite wird benotigt Binare Ubertragungen sind somit fur Kanale mit begrenzter Bandbreite z B Luft nicht geeignet ein Kanalcodierer muss nachgeschaltet werden Andere Kodierungen etwa 4 Datenbits auf 5 Codebits 4B5B sind hier besser daneben wird bei mehreren Bits eine Fehlererkennung moglich 3 Verringerung der erforderlichen Leitungsdatenrate 4 FehlererkennungStatt zwei binar konnen bei elektrischer Ubertragung auch drei ternar oder noch mehr Spannungspegel eingesetzt werden Block Code 4 Bits auf 3 Ternar Pegel 4B3T Datenbits in Blocken zu 4 Bit 0 1 1 0 0 0 1 0Ternarcode in Blocken zu 3 Symbolen Spannungspegel 0 0 0 Blockcodes BearbeitenSogenannte Blockcodes werden gewohnlich mit pBqX bezeichnet Dabei werden p Bits eines Binarwortes zusammengefasst und zu einem Block der Lange q in einer X Darstellung codiert Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin dass die Schrittgeschwindigkeit durch diese Codierung um den Faktor p reduziert wird wodurch sich auch die Dampfungskonstante reduziert und eine grossere Ubertragungsreichweite moglich wird Allerdings wird mit steigender Stufenzahl das Signal auch storanfalliger 4B5B ist ein Code der jeweils 4 Bits auf 5 Bits abbildet also 16 24 Blockcodes auf 32 25 Leitungscodes Der Code ist nicht gleichstromfrei Bei Fast Ethernet 100BASE TX wird durch Verwendung von MLT 3 mit drei Spannungspegeln und dem Einsatz eines Scramblers unter gunstigen Umstanden Gleichstromfreiheit erreicht Bei MLT 3 wird gegenuber einfacheren Verfahren wie der Manchestercodierung die erforderliche Bandbreite des Ubertragungskanals reduziert Eine 4B5B Codierung plus anschliessende MLT 3 Codierung ohne weitere Massnahmen kann keine Gleichstromfreiheit erreichen Dies kann durch Ausprobieren der 32 moglichen 5 Bit Codeworte uberpruft werden 4B3T bildet entsprechend je 4 Bits auf eine 3er Gruppe mit drei Spannungsstufen ab Ternares Signal und damit 16 24 Blockcodes auf 27 33 Leitungscodes Manche Blockcodes werden auf mehrere Leitungscodes abgebildet so dass durch Wahl des besseren Codes der aktuelle Gleichstromanteil jeweils reduziert werden kann Dazu wird das Vorzeichen des Anteils bei der Ubertragung summiert die Summe beeinflusst die Wahl des Leitungscodes Merkmale von 4B3T sind Taktruckgewinnung geringer Gleichstromanteil und Bandbreitenreduktion Diese Codierung wird auf 34 Mbit s E3 und 140 Mbit s E4 Koaxialubertragungsstrecken und auch fur die UK0 Schnittstelle des ISDN Basisanschlusses verwendet Der Manchester Code tragt die Bezeichnung 1B2B 1 Bit auf 2 Bits namlich 2 21 Blockcodes auf 4 22 Leitungscodes verwendet von den vier jedoch nur zwei Leitungscodes 01 und 10 da die beiden anderen keine Spannungswechsel enthalten Die Kodierung ist simpel sie ist gleichstromfrei und erlaubt die Taktruckgewinnung Die erforderliche Leitungsbandbreite ist jedoch grosser als ohne Code 2B1Q bildet jeweils 2 22 Bits auf einen Spannungspegel mit 4 41 Stufen ab Quaternarer Code Der Code ermoglicht Bandbreitenreduktion jedoch keine Taktruckgewinnung und keine Gleichstromfreiheit Umsetzung auf Spannungs oder Intensitatspegel BearbeitenDie Kodierung eines Leitungscodes wie 4B5B oder 8B10B wandelt eine Binarfolge in eine weitere Binarfolge um Die kodierte Bitfolge muss dann noch auf Intensitaten umgesetzt werden Mit NRZ englisch non return to zero wird die einfache Zuordnung von logischen Werten 0 und 1 auf zwei Pegel bezeichnet Bei NRZ I werden ebenfalls nur zwei Pegel benutzt die logische 1 wird jedoch einem Pegelwechsel zugeordnet wahrend eine logische 0 den Pegel konstant halt FDDI verwendet bei der Ubertragung uber Glasfasern zum Beispiel erst 4B5B und dann NRZ I Bei der elektrischen Ubertragung von Ethernet mit 100 Mbit s uber Twisted Pair Kabel 100BASE TX wird ebenfalls zunachst 4B5B verwendet Daran wird zur Reduktion des Gleichspannungsanteils der drei Pegel Code MLT 3 angefugt Pseudoternarsignal Das wenig verbreitete Ethernet uber Glasfaser 100BASE FX verwendet aber 4B5B NRZ I Bekannte Leitungscodes Auswahl BearbeitenNRZ Code RZ Code Weiterentwicklung des NRZ Codes NRZI Code Non Return To Zero Inverted MLT 3 Code gleichstromarme Umsetzung von Binarfolgen auf drei Spannungspegel Manchester Code 10 Mbit s Ethernet und differentieller Manchester Code Token Ring Biphase Mark Code Group Coded Recording GCR Disketten von Apple und Commodore Run Length Limited Codes RLL wie beispielsweise 4B5B Code FDDI 100 Mbit s Ethernet 8b 10b Code Gigabit Ethernet PCI Express 1 0 und 2 0 Serial Attached SCSI 1 3 SATA USB SuperSpeed 6b8b Code 64b 66b Code 10 Gigabit Ethernet 128b 130b Code PCI Express 3 0 4 0 und 5 0 HDB3 Code ISDN Primarmultiplexanschluss UK2 AMI Code modifizierter AMI Code bei ISDN Basisanschluss S0 B8ZS MMS43 oder 4B3T Code ISDN Basisanschluss UK0 2B1Q Code Teilnehmeranschlusse HDSL Carrier Amplitude and Phase Miller Code FM Digitale Frequenzmodulation Eight to Fourteen Modulation EFM Multitragerverfahren DTM Discret Multitone VDSL2 ADSL OFDM COFDMWeblinks Bearbeiten Commons Leitungscode Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Leitungscode amp oldid 231303189