Манчестерскійкод відноситься до самосинхронізується імпульсним кодами і має два рівні, що забезпечує хорошу перешкодозахищеність. Кожен такт (бітовий інтервал) ділиться на дві частини. Інформація кодується перепадами потенціалу, що відбуваються в середині кожного такту.
Одиниця кодується перепадом від високого рівня сигналу до низького, а нуль - зворотним перепадом. На початку такту може відбуватися службовий перепад сигналу (при передачі кілька одиниць або нулів підряд).
Розглянемо окремі випадки кодування, як в попередніх випадках.
При манчестерському кодуванні обов'язкове зміна сигналу в середині кожного бітового інтервалу дозволяє легко виділити тактовий синхросигнал. Тому манчестерскійкод володіє хорошими самосінхронізірующіхся властивостями.
Сигнал не містить постійну складову, частота основної гармоніки сигналу знаходиться в інтервалі від fо = N / 2 Гц до fо = N Гц, змінюючись залежно від виду бітового потоку.
Манчестерське кодування використовувалося в ранніх версіях технології Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт / с.
Диференціальний манчестерський код (Differential Manchester)
Логічні значення «0» і «1» передаються відповідно наявністю або отсутствіемсмени рівня сигналу на початку тактового (бітового) інтервалу. В середині бітового інтервалу має місце обов'язкова зміна значення сигналу.
Диференціальне манчестерське кодування
Цей код має ті ж самими перевагами і недоліками, що і манчестерський.
З усіх розглянутих нами кодів манчестерське кодування має кращу самосинхронізацією, оскільки перепад сигналу відбувається мінімум один раз за такт.
Манчестерський код використовується в мережах Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт / с (10Bаsе-Т). Диференціальний манчестерський код - в мережах з технологією Token Ring.
В даний час розробники прийшли до висновку, що в багатьох випадках раціональніше застосовувати потенційне кодування, ліквідуючи його недоліки за допомогою, так званого логіческогокодірованія (див. Нижче в цьому розділі).
Код з поверненням до нуля rz (Return to Zero)
Біт «1» - імпульс однієї полярності в першій половині бітового інтервалу, в другій половині бітового інтервалу сигнал має нульовий потенціал.
Біт «0» - імпульс іншій полярності в першій половині бітового інтервалу, в другій половині бітового інтервалу сигнал має нульовий потенціал. Код має хороші синхронизирующие властивості.
Для цього коду бітовий інтервал
Код з інверсією кодових значень cmi.
При цьому методі передачі біт 1 видається за правилами квазітроічного кодування, а біт 0 - у вигляді двох імпульсів протилежної полярності зі зміною знака посередині. Код також володіє хорошими синхронізуючими властивостями.
Потенційний код 2b1q
Це потенційний код з чотирма рівнями сигналу для кодування даних. Назва відображає суть кодування - кожні два біти (2В) передаються за один такт сигналом певного рівня (1Q). Лінійний сигнал має чотири стану. Іншими словами, швидкість передачі інформації N при цьому методі кодування в два рази більше швидкості модуляції В.
Сигнал в коді 2B1Q
На малюнку зображений сигнал, відповідний послідовності біт 01 01 10 00. Основна частота сигналу в коді 2B1Q не перевищує значення fо = N / 4 Гц.
Однак для реалізації цього методу кодування потужність передавача повинна бути вище, щоб чотири значення потенціалу чітко розрізнялися приймачем на тлі перешкод.
Використовуються три рівні передачі: «-1», «0», «+1».
Одиниці відповідає обязательнийпереход з одного рівня сигналу на інший на кордоні тактового інтервалу.
Нулю відповідає відсутність зміни рівня лінійного сигналу.
При передачі послідовності одиниць період зміни рівня сигналу включає чотири біта. В цьому випадку fо = N / 4 Гц. Це максимальна основна частота сигналу в коді MLT-3. У разі чергується послідовності нулів і одиниць основна гармоніка сигналу знаходиться на частоті fо = N / 8Гц. що в два рази менше ніж у коду NRZI.
Сигнал в коді MLT-3
Логіческоекодірованіе має на увазі заміну біт вихідної інформаційної послідовності нової послідовністю біт, що несе ту ж інформацію, але володіє, крім цього, додатковими властивостями, наприклад можливістю для приймальної сторони виявляти помилки в прийнятих даних або надійно підтримувати синхронізацію з вступником сигналом.
Розрізняють два методи логічного кодування.
Ізбиточниекоди (табличні коди) засновані на розбитті вихідної послідовності біт на групи і подальшої заміни кожної вихідної групи кодовим словом відповідно до таблиці. Кодове слово завжди містить більшу кількість біт, ніж вихідна група.
Логічний код 4В / 5В замінює вихідні групи довжиною в 4 біта кодовими словами довжиною в 5 біт. В результаті загальна кількість можливих бітових комбінацій для них (2 +5 = 32) більше, ніж для вихідних груп (2 4 = 16). Тому в кодову таблицю можна включити 16 таких комбінацій, які не містять більше двох нулів підряд. і використовувати їх для передачі даних. Код гарантує, що при будь-якому поєднанні кодових слів на лінії не можуть зустрітися більше трьох нулів підряд.
Решта комбінації коду використовуються для передачі службових сигналів (синхронізація передачі, початок блоку даних, кінець блоку даних, управління передачею на канальному рівні). Невикористані кодові слова можуть бути задіяні приймачем для виявлення помилок в потоці даних. Ціна за отримані гідності при такому способі кодування даних - зниження швидкості передачі корисної інформації на 25%.
Логічне кодування 4В / 5В використовується в мережах Ethernet зі швидкістю передачі 100 Мбіт / с:
в поєднанні з кодом NRZI (специфікація 100Base FX, середовище передачі - оптоволокно);
в поєднанні з кодом MLT-3 (специфікація 100Base TX, середовище передачі UTP Cat 5e).
Є також коди і з трьома станами сигналу, наприклад, в коді 8В / 6Т для кодування 8 біт вихідної інформації використовуються кодові слова троичного коду з 6 елементів. Кожен елемент може приймати одне з трьох значень (+1, 0, -1). Надмірність коду 8В / 6Т вище, ніж коду 4В / 5В. так як на 2 8 = 256 вихідних символів припадає 36 = 729 результуючих кодових слів. Цей метод кодування використовується в специфікації 100Base T4 - при організації 100Мбит / с Ethernet по кабелю UTP Cat3 (застаріла специфікація). Тут для передачі бітового потоку одночасно використовуються 3 кручені пари. Швидкість передачі інформації по кожній парі становить N = 100 Мбіт / с / 3 = 33,3 Мбіт / с, швидкість модуляції лінійного сигналу дорівнює 25 М Бод (8: 6 = 1,33; 33,3: 1,33 = 25) , що дозволяє використовувати неекрановану виту пару UTP Cat3.
У коде8B / 10В кожні 8 біт вихідної послідовності замінюються десятьма бітами кодового слова. При цьому на 256 вихідних комбінацій доводиться 1024 результуючих комбінацій. При заміні відповідно до кодової таблиці дотримуються таких правил:
жодна результуюча комбінація (кодове слово) не повинна мати більше 4-х однакових біт поспіль;
жодна результуюча комбінація не повинна містити більше 6 нулів або 6 одиниць;
Код 8B / 10В (+ NRZI) використовується в стандарті Gigabit Ethernet 1000Base-Х (коли в якості середовища передачі даних використовується оптоволокно).
Здійснюють логічне кодування мережеві адаптери. Оскільки, використання таблиці перекодування є дуже простою операцією, метод логічного кодування надлишковими кодами не ускладнювати функціональні вимоги до цього устаткування.
Для забезпечення заданої пропускної способностіNБіт / с передавач, який використовує надлишковий код, повинен працювати з підвищеною тактовою частотою. Так, для передачі сигналу в коді 4В / 5В зі швидкістю передачі інформації N = 100 Мбіт / с, передавач повинен працювати з тактовою частотою 125 МГц (то естьB = 125МБод). При цьому спектр лінійного сигналу розширюється. Проте, спектр сигналу надлишкового потенційного коду виявляється вже спектра сигналу в манчестерскомкоде. що виправдовує додатковий етап логічного кодування, а також роботу приймача і передавача на підвищеній тактовій частоті.
Скремблирование є таке "перемішування" вихідної бітової послідовності, при якому ймовірність появи одиниць і нулів на вході модуля фізичного кодування стає близькою 0,5. Пристрої (або програмні модулі), що виконують таку операцію, називаються скремблерами (scramble - звалище, безладна зборка).
Схема включення скремблера в канал зв'язку
Скремблер в передавачі виконує перетворення структури вихідного цифрового потоку. Дескремблер в приймальнику відновлює вихідну послідовність біт. Практично єдиною операцією, використовуваної в скремблер і дескремблера, є XOR - "побітно виключає АБО" (додавання по модулю 2).
Основна частина скремблера і дескремблера - це генератор псевдослучайной послідовності (ПСП) у вигляді К-розрядного регістра зсуву з зворотними зв'язками.
Розрізняють 2 основних типи пар скремблеров - дескремблеров:
з початковою установкою (адитивні).
Самосинхронізуються схеми управляються ськремблірованний послідовністю. Ці схеми мають недолік - розмноження помилок. Вплив помилкового символу проявляється стільки разів, скільки зворотних зв'язків є в схемі.
Варіант реалізації скремблювання в самосінхронізірующіхся схемою.
Тут Bi - двійкова цифра результуючого коду, отримана на i-м такті роботи скремблера; Ai - двійкова цифра вихідного коду, що надходить в передавачі на вхід скремблера на i-м такті; Bi-5 і Bi-7 - виконавчі цифри результуючого коду, отримані на попередніх тактах роботи скремблера, відповідно на «i-5» і «i-7» тактах.
Дескремблер в приймальнику відновлює вихідну послідовність, використовуючи співвідношення
В адитивних схемах Ськремблірованний послідовність не надходить на вхід регістрів зсуву, розмноження помилок відсутня, але потрібна синхронізація роботи пари скремблер-дескремблер.
