伝送路符号

伝送路符号（でんそうろふごう）・ライン符号（line code）は、主にデジタル情報を変換したもので、伝送路や記憶媒体の特性に適した形式で表した符号の総称。電圧・電流・光のパルス波形などの物理信号パターンを構成するのに用いる。
概要.
伝送路符号では、主にデータとクロックを1つの物理量として同時に送受するための表現方法(セルフクロッキング信号)を扱う。「伝送路」の名称が付いているが、符号化された信号は伝送媒体から送信したりデータ記憶媒体に記録したりすることができる。これらの2種類の用途は一見大きく異なって見えるが、同じ方式が使用されるほど特性が類似していることがある。
伝送路符号の物理信号出力では主な用途に以下のものがある。
主な種類.
基本.
ビットと物理信号が1対1対応となる最も基本的な伝送路符号には、次のものがある。
これらを応用してよく用いられる符号化方式に、次のようなものがある。
異なるビット列への変換.
連続する0や1(ディスパリティ)が多いビット列を異なるビット列に変換することで物理信号が変動しやすいように調整したもの。多くはNRZを用いた信号として出力される。
複数ビットのパルス化.
複数のビット列をまとめてパルス出力することで信号周波数低減を図ったもの。多くはパルス振幅変調を用いた信号として出力される。
要件.
伝送路符号には前述のように多くの方式があり、それぞれ長所と短所がある。一般には次の基準のいずれかを満たすように設計されている。
ディスパリティ.
伝送路符号では、一般に連続する0や1の伝送が課題となる。ベースバンド伝送や長距離通信路などでは直流成分(DCバイアス)を確実に伝送できないことが多く、変動しない物理量が続くとエラーが多発する恐れがある。
ビット列中の0と1の個数差をディスパリティ（disparity:不均衡性）と呼び、それまでに送信した全信号のディスパリティの累計をランニングディスパリティ (running disparity) と呼ぶ。これらの軽減のために多くの伝送路符号では同じ物理量が長く連続して出力されないように工夫しており、そのような工夫を直流平衡 (DCバランス, DC-balanced) と呼ぶ。直流平衡には次の3つの方法がある。
極性.
符号化には物理信号に正負の極性として現れるものがあり、以下のように分類される。
バイポーラ符号として最も単純なRZでは正負ゼロの3つの異なる出力レベルがあるため、3の基数を持つ値で解釈される。バイポーラ符号では正負の物理量があるため直流成分を完全に排除できることが主な利点であり、変圧器や長距離伝送路を経由する信号では特に重要となる。
ただし、長距離通信では極性を曖昧にしか読み取れないため、極性に対する検出精度が高くなくとも適切に復号できるような設計が要求され、主に以下の3つの方法がある。
ランレングス制約.
受信側で精度よくクロック復元するために、生成された符号化列の中で連続する0や1の個数を限定することがある。これを最大ランレングス制約と呼び、主にデータ記憶媒体に適用する符号の特性を表現するときに用いる。
ランレングス制約では、例えば同一符号が最小1個・最大3個の連続に限定される符号化である場合、RLL(1,3)などと記す。連続する同一の符号が長すぎるとクロック復元が困難になり、短すぎると高周波成分の劣化に耐えられない恐れがある。伝送路符号では、符号変動のタイミングをモニタすることでクロック周期が復元されるため、ランレングス制約があることでクロック検出が一定の範囲内に保証される。これにより、最大限にデータを記録・伝送しつつ、 ビット境界の正確な検出が可能となる。このような制約のない場合は読み取り品質を著しく損なう可能性がある。
同期.
伝送路符号は、受信側で受信信号の位相に自身を同期する必要がある。理想的な同期でない場合、符号化で決められた信号レベルを適切に読み取れなくなり、ビット誤り率が増加する。
マンチェスタ符号などのバイフェーズ(biphase)方式では、ビット周期中に少なくとも1つの遷移を必要とするため、送受信機の同期化とエラー検出が容易になるが、信号速度(ボーレート)はNRZ符号よりも高くなる。
エラー検出・訂正.
伝送路符号は、物理信号の劣化が受信側でエラーとして処理されるような構造を有することが好ましい。代表的なものとして、パリティビットやCRCなどの付加によるエラー検出や、リード・ソロモン符号やハミング符号などの付加によるエラー訂正を可能とする実装が広く用いられる。