veri İletişimi veri İletişimi data communications

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