الترميز ثنائي القطب

في مجال الاتصالات، يُعدّ التشفير ثنائي القطب نوعًا من أنواع ترميز الخط ذي العودة إلى الصفر (RZ) ، حيث تُستخدم قيمتان غير صفريتين، بحيث تكون القيم الثلاث هي + و- وصفر. تُسمى هذه الإشارة إشارة ثنائية القطب . صُممت التشفيرات ثنائية القطب القياسية لتكون متوازنة التيار المستمر ، حيث تقضي فترات زمنية متساوية في حالتي + و-.

يُصنف التشفير ثنائي القطبية ضمن فئة " العودة إلى الصفر " (RZ) لأن القناة المشفرة ثنائي القطبية، عندما تكون في حالة خمول، تبقى عند مستوى "صفر" ثابت، وعندما تُرسل بتات، تكون إما في حالة +V أو -V، بما يتوافق مع البت الثنائي المُرسل. وبالتالي، يعود الخط دائمًا إلى مستوى "الصفر" للدلالة، اختياريًا، على فصل البتات أو للدلالة على خمول الخط.

أحد أنواع التشفير ثنائي القطب هو تشفير التباين المزدوج ، وأبسط مثال عليه هو عكس العلامة بالتناوب . في هذا التشفير، يُشفّر الرقم الثنائي 0 على أنه صفر فولت، كما هو الحال في التشفير أحادي القطب ، بينما يُشفّر الرقم الثنائي 1 بالتناوب على أنه جهد موجب أو جهد سالب. وقد نشأ هذا الاسم لأنه في سياق حامل T ، يُشار إلى الرقم الثنائي '1' باسم "علامة"، بينما يُطلق على الرقم الثنائي '0' اسم "فراغ". ^{[ 1 ]}

يمنع استخدام الترميز ثنائي القطب تراكمًا كبيرًا للتيار المستمر ، حيث يبلغ متوسط ​​النبضات الموجبة والسالبة صفر فولت. ويُعتبر وجود مُكوّن تيار مستمر ضئيل أو معدوم ميزةً، إذ يُمكن استخدام الكابل حينها لمسافات أطول، ولتوصيل الطاقة إلى أجهزة وسيطة مثل مُكرِّرات الإشارة . ^{[ 2 ]} كما يُمكن إزالة مُكوّن التيار المستمر بسهولة وبتكلفة زهيدة قبل وصول الإشارة إلى دائرة فك التشفير.

يُفضّل استخدام التشفير ثنائي القطب على التشفير غير العائد إلى الصفر عندما تتطلب عملية نقل الإشارة الحفاظ على التزامن بين المرسل والمستقبل. أما الأنظمة الأخرى، فتعتمد على نوع من الاتصال خارج النطاق للمزامنة، أو إضافة تسلسلات مزامنة الإطارات التي لا تحمل بيانات إلى الإشارة. تتطلب هذه البدائل إما وسيط نقل إضافي لإشارة الساعة أو انخفاضًا في الأداء نتيجةً للحمل الزائد، على التوالي. يُعد التشفير ثنائي القطب حلاً وسطًا جيدًا في كثير من الأحيان، إذ أن تتابعات الواحدات لا تُسبب نقصًا في عمليات النقل.

مع ذلك، لا تزال سلاسل الأصفار الطويلة تُشكّل مشكلة. إذ تُؤدي هذه السلاسل إلى انعدام الانتقالات وفقدان التزامن. وعندما يكون الانتقال المتكرر ضروريًا، قد يكون استخدام ترميز ذاتي التوقيت، مثل ترميز العودة إلى الصفر أو أي ترميز خطي آخر أكثر تعقيدًا ، أكثر ملاءمة، على الرغم من أنه يُضيف عبئًا كبيرًا على النظام.

استُخدمت هذه التقنية على نطاق واسع في شبكات PCM من الجيل الأول ، ولا تزال شائعة الاستخدام في أجهزة الإرسال المتعدد القديمة حتى اليوم، ولكن نجاح الإرسال يعتمد على عدم وجود سلاسل طويلة من الأصفار. ^{[ 3 ]} يجب ألا يتم إرسال أكثر من 15 صفرًا متتاليًا لضمان التزامن.

هناك طريقتان شائعتان لضمان عدم إرسال أكثر من 15 صفرًا متتاليًا: الإشارة باستخدام البت المسروق وحشو البت .

يستخدم T-carrier إشارة البت المسروق: يتم ببساطة إجبار البت الأقل أهمية في البايت على أن يكون "1" عند الضرورة.

يُحدث تعديل البت 7 تغييرًا في الصوت لا يمكن للأذن البشرية تمييزه، ولكنه يُعدّ تشويهًا غير مقبول لتدفق البيانات. لذا، يتعين على قنوات البيانات استخدام شكل آخر من أشكال حشو النبضات، ^{[ 2 ]} مثل ضبط البت 8 دائمًا على القيمة '1'، للحفاظ على كثافة كافية من الآحاد. وبطبيعة الحال، يُقلل هذا من معدل نقل البيانات الفعلي إلى 56  كيلوبت/ثانية لكل قناة. ^{[ 4 ]}

إذا لم تتبع خصائص بيانات الإدخال النمط الذي تكون فيه كل ثامن بتة تساوي '1'، يقوم المُشفِّر، باستخدام عكس العلامات المتناوب، بإضافة '1' بعد سبعة أصفار متتالية للحفاظ على التزامن. من جانب المُفكِّك، تُزال هذه الـ '1' الإضافية التي أضافها المُشفِّر، مما يُعيد إنشاء البيانات الصحيحة. باستخدام هذه الطريقة، تكون البيانات المُرسلة بين المُشفِّر والمُفكِّك أطول من البيانات الأصلية بنسبة تقل عن 1% في المتوسط.

من مزايا التشفير ثنائي القطب مقارنةً بالتشفير أحادي القطب، اكتشاف الأخطاء . ففي مثال حامل T، تُعاد توليد الإشارات ثنائية القطب على فترات منتظمة، بحيث لا تُضخّم الإشارات التي تضعف بسبب المسافة فحسب، بل تُكتشف وتُعاد إنشاؤها من جديد. قد تتسبب الإشارات الضعيفة المشوّهة بالضوضاء في حدوث أخطاء، كتفسير علامة على أنها صفر، أو تفسير الصفر على أنه علامة موجبة أو سالبة. كل خطأ في بت واحد يُؤدي إلى انتهاك قاعدة ثنائية القطب. كل انتهاك من هذا القبيل (BPV) يُشير إلى خطأ في الإرسال. (موقع BPV ليس بالضرورة موقع الخطأ الأصلي).

بالنسبة لقنوات البيانات، ولتجنب الحاجة إلى ضبط البت 8 على 1 دائمًا، كما هو موضح أعلاه، تضمن أنظمة ترميز T1 الأخرى ( رموز AMI المعدلة ) انتقالات منتظمة بغض النظر عن البيانات المنقولة. وبهذه الطريقة،  يتم تحقيق معدل نقل بيانات يبلغ 64 كيلوبت/ثانية لكل قناة. يُعد B8ZS تنسيقًا أحدث لأمريكا الشمالية، بينما يُعد HDB3 نوع ترميز الخط الأصلي المستخدم في أوروبا واليابان.

يُستخدم نظام ترميز مشابه جدًا، مع عكس المواضع المنطقية، ويُشار إليه غالبًا باسم الترميز الثلاثي الزائف . هذا الترميز مطابق تمامًا فيما عدا ذلك.

استخدمت تقنية B-MAC ، ومعظم أفراد عائلة أنظمة نقل الفيديو التناظرية متعددة المكونات ( MULTI)، ترميز Duobinary لتشفير الصوت الرقمي، والنص التلفزيوني، والترجمة المصاحبة، والوصول الانتقائي للتوزيع. وبفضل طريقة ربط Duobinary بأنظمة الصوت الرقمية الفرعية المشابهة لـ NICAM في عائلة MAC، أمكن تقليل حجم البيانات بنسبة تصل إلى 50% في كلٍ من وضعَي الإرسال الاستريو والمونو. وفي بعض أنظمة نقل البيانات على الأقل، يُمكن لتقنية Duobinary إجراء تقليل حجم البيانات دون فقدان، مع أن هذه الميزة نادراً ما تُستخدم عملياً.

• ترميز MLT-3
• ترميز بولار