رمز الخط

في مجال الاتصالات ، يُعرف رمز الخط بأنه نمط من الجهد أو التيار أو الفوتونات يُستخدم لتمثيل البيانات الرقمية المنقولة عبر قناة اتصال أو المكتوبة على وسيط تخزين . يُطلق على هذه المجموعة من الإشارات عادةً اسم الرمز المقيد في أنظمة تخزين البيانات. ^{[ 1 ]} بعض الإشارات أكثر عرضة للخطأ من غيرها، حيث أن طبيعة قناة الاتصال أو وسيط التخزين تُقيّد مجموعة الإشارات التي يمكن استخدامها بشكل موثوق. ^{[ 2 ]}

تتضمن ترميزات الخطوط الشائعة الترميز أحادي القطب ، والقطبي ، وثنائي القطب ، وترميز مانشستر .

بعد ترميز الخط، تُمرر الإشارة عبر قناة اتصال مادية، إما وسيط نقل أو وسيط تخزين بيانات . ^{[ 3 ] [ 4 ]} أكثر القنوات المادية شيوعًا هي:

• يمكن وضع الإشارة المشفرة بالخط مباشرة على خط النقل ، في شكل تغيرات في الجهد أو التيار (غالبًا باستخدام الإشارات التفاضلية ).
• تخضع الإشارة المشفرة بالخط ( إشارة النطاق الأساسي ) لمزيد من تشكيل النبضات (لتقليل عرض نطاق التردد الخاص بها) ثم يتم تعديلها (لتحويل ترددها) لإنشاء إشارة تردد لاسلكي يمكن إرسالها عبر الفضاء الحر.
• يمكن استخدام الإشارة المشفرة بالخط لتشغيل وإيقاف مصدر الضوء في الاتصالات البصرية في الفضاء الحر ، والتي تستخدم بشكل شائع في جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء .
• يمكن طباعة الإشارة المشفرة بالخط على الورق لإنشاء رمز شريطي .
• يمكن تحويل الإشارة المشفرة بالخط إلى نقاط ممغنطة على القرص الصلب أو محرك الشريط .
• يمكن تحويل الإشارة المشفرة بالخط إلى حفر على قرص ضوئي .

تتضمن بعض رموز الخطوط الثنائية الأكثر شيوعًا ما يلي:

لكل رمز خط مزايا وعيوب. ويتم اختيار رموز الخطوط لتلبية واحد أو أكثر من المعايير التالية:

• تقليل أجهزة الإرسال
• تسهيل التزامن
• تسهيل اكتشاف الأخطاء وتصحيحها
• تحقيق كثافة طيفية مستهدفة
• قم بإزالة مكون التيار المستمر

لا تستطيع معظم قنوات الاتصال بعيدة المدى نقل مُركِّب التيار المستمر (DC) بشكل موثوق . يُسمى مُركِّب التيار المستمر أيضًا بالتباين أو الانحياز أو مُعامل التيار المستمر . تباين نمط البتات هو الفرق بين عدد البتات التي قيمتها 1 وعدد البتات التي قيمتها 0. التباين التراكمي هو المجموع التراكمي لتباين جميع البتات المرسلة سابقًا. ^{[ 5 ]} يُنتج أبسط ترميز خطي ممكن، وهو الترميز أحادي القطب ، عددًا كبيرًا جدًا من الأخطاء على هذه الأنظمة، نظرًا لاحتوائه على مُركِّب تيار مستمر غير محدود.

تُزيل معظم رموز الخطوط مُكوّن التيار المستمر ، وتُسمى هذه الرموز مُوازنة التيار المستمر ، أو عديمة التيار المستمر، أو خالية من التيار المستمر. وهناك ثلاث طرق لإزالة مُكوّن التيار المستمر: 

• استخدم رمزًا ثابت الوزن . يُصمَّم كل رمز مُرسَل في هذا النوع من الرموز بحيث يحتوي كل رمز يتضمن مستويات موجبة أو سالبة على عدد كافٍ من المستويات المعاكسة، بحيث يكون متوسط ​​المستوى في كل رمز صفرًا. من أمثلة الرموز ثابتة الوزن: رمز مانشستر ورمز Interleaved 2 of 5 .
• استخدم رمز التباين المزدوج . كل كلمة رمزية في رمز التباين المزدوج، يكون متوسطها سالبًا، تُقرن بكلمة رمزية أخرى يكون متوسطها موجبًا. يتتبع المرسل تراكم التيار المستمر، ويختار الكلمة الرمزية التي تعيد مستوى التيار المستمر إلى الصفر. صُمم جهاز الاستقبال بحيث تُفك شفرة أي من الكلمتين الرمزيتين في الزوج إلى نفس بتات البيانات. من أمثلة رموز التباين المزدوج: عكس العلامة البديل ، و8b/10b ، و 4B3T .
• استخدم برنامج تشفير . على سبيل المثال، برنامج التشفير المحدد في RFC 2615 لترميز 64 بت/66 بت . 

تتميز رموز الخطوط ثنائية القطبية بقطبيتين، وتُنفذ عادةً بصيغة RZ، ولها أساس عددي ثلاثة لوجود ثلاثة مستويات إخراج متميزة (سالب، موجب، وصفر). من أهم مزايا هذا النوع من الرموز قدرته على التخلص من أي مُركبة تيار مستمر. وهذا أمر بالغ الأهمية إذا كانت الإشارة ستمر عبر محول أو خط نقل طويل.

لسوء الحظ، تعاني العديد من قنوات الاتصال بعيدة المدى من غموض في القطبية. وتُعالج هذه القنوات باستخدام رموز خطية غير حساسة للقطبية. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} وهناك ثلاث طرق لضمان استقبال واضح للبتات 0 و1 عبر هذه القنوات:

• قم بربط كل كلمة رمزية بعكس قطبيتها. صُمم جهاز الاستقبال بحيث تُفك شفرة أي من الكلمتين الرمزيتين في الزوج إلى نفس بتات البيانات. تشمل الأمثلة: عكس العلامة البديل ، وتشفير مانشستر التفاضلي ، وعكس العلامة المشفرة ، وتشفير ميلر .
• ترميز تفاضلي لكل رمز بالنسبة للرمز السابق. ومن الأمثلة على ذلك ترميز MLT-3 و NRZI .
• اعكس اتجاه البث بالكامل عند اكتشاف كلمات مزامنة معكوسة، ربما باستخدام تبديل القطبية.

لضمان استعادة موثوقة لإشارة الساعة في جهاز الاستقبال، يمكن فرض حد أقصى لطول سلسلة القناة المُولَّدة، أي أن الحد الأقصى لعدد الأصفار أو الآحاد المتتالية يكون محدودًا بقيمة معقولة. تُستعاد دورة الساعة من خلال مراقبة التحولات في السلسلة المُستقبَلة، بحيث يضمن الحد الأقصى لطول السلسلة عددًا كافيًا من التحولات لضمان جودة استعادة إشارة الساعة.

تُعرَّف رموز RLL بأربعة معايير رئيسية: m و n و d و k . يشير المعياران الأولان، m / n ، إلى معدل الترميز، بينما يحدد المعياران المتبقيان الحد الأدنى d والحد الأقصى k لعدد الأصفار بين الأصفار المتتالية. يُستخدم هذا في كلٍّ من أنظمة الاتصالات وأنظمة التخزين التي تُحرِّك وسيطًا أمام رأس تسجيل ثابت . ^{[ 10 ]}

على وجه التحديد، تحدد RLL طول سلاسل البتات المتكررة التي لا تتغير خلالها الإشارة. فإذا كانت هذه السلاسل طويلة جدًا، يصعب استعادة إشارة الساعة؛ وإذا كانت قصيرة جدًا، فقد تُضعف قناة الاتصال الترددات العالية. ومن خلال تعديل البيانات ، تقلل RLL من عدم اليقين الزمني في فك تشفير البيانات المخزنة، مما قد يؤدي إلى إدخال أو إزالة بتات بشكل خاطئ عند قراءة البيانات مرة أخرى. تضمن هذه الآلية إمكانية تحديد الحدود بين البتات بدقة دائمًا (منع انزلاق البتات )، مع الاستخدام الأمثل للوسائط لتخزين أكبر قدر ممكن من البيانات في مساحة محددة.

استخدمت محركات الأقراص المبكرة أنظمة تشفير بسيطة للغاية، مثل رمز RLL (0,1) FM، ثم رمز RLL (1,3) MFM، والتي شاع استخدامها في محركات الأقراص الصلبة حتى منتصف الثمانينيات، ولا تزال تُستخدم في الأقراص الضوئية الرقمية مثل CD و DVD و MD و Hi-MD و Blu-ray باستخدام رموز EFM و EFMPLus . ^{[ 11 ]} وبحلول أوائل التسعينيات ، أصبحت رموز RLL (2,7) وRLL (1,7) ذات الكثافة الأعلى هي المعايير الفعلية للأقراص الصلبة.

يُفترض أن يُمكّن ترميز الخط جهاز الاستقبال من مزامنة نفسه مع طور الإشارة المُستقبلة. إذا لم يكن استعادة الساعة مثاليًا، فلن تُؤخذ عينات الإشارة المراد فك تشفيرها في الأوقات المثلى، مما يزيد من احتمالية الخطأ في البيانات المُستقبلة.

تتطلب رموز الخطوط ثنائية الطور انتقالًا واحدًا على الأقل لكل بت. وهذا يُسهّل مزامنة أجهزة الإرسال والاستقبال واكتشاف الأخطاء، إلا أن استخدام عرض النطاق الترددي يكون أكبر من استخدام رموز NRZ عند نفس معدل البيانات.

يعكس رمز الخط عادةً المتطلبات التقنية لوسيط الإرسال، مثل الألياف الضوئية أو الزوج الملتوي المحمي . وتختلف هذه المتطلبات باختلاف كل وسيط، لأن لكل منها سلوكًا مختلفًا فيما يتعلق بالتداخل والتشويه والسعة والتوهين. ^{[ 12 ]}

• الطبقة المادية
• مزامنة الشفرة والبتات ذاتيًا

•  تتضمن هذه المقالة موادًا متاحة للعموم من المعيار الفيدرالي 1037C ، إدارة الخدمات العامة . مؤرشفة من الأصل بتاريخ 22 يناير 2022. (دعماً لـ MIL-STD-188 ).

• محاضرة رقم 9 في ترميز الأسطر
• ترميز الخطوط في الاتصالات الرقمية
• CodSim 2.0: محاكي مفتوح المصدر لنموذج اتصالات البيانات الرقمية في جامعة مالقة، مكتوب بلغة HTML