4. Логическое кодирование. Физическое кодирование. Виды кодов.

Логическое кодирование преобразует поток бит сформированного кадра MAC-уровня в последовательность символов, подлежащих физическому кодированию для передачи по линии связи. В простейшем случае это кодирование отсутствует (его можно считать и прозрачным), тогда каждый бит входного потока отображается соответствующим битом выходного. Для логического кодирования используются следующие схемы:

4B/5B – каждые 4 бита входного потока кодируются 5-ти битным символом. При этом получается 2-х кратная избыточность (2⁴=16, 2⁵=32). Накладные расходы по количеству битовых интервалов составляют (5-4)/4=1/4=25%. Избыточность выходного кода позволяет определить ряд служебных символов, используемых для поддержания синхронизации, выделения служебных полей кадров и иных целей на физическом уровне. Применяется в FDDI, 100BaseFX/TX.

Избыточность логического кодирования позволяет облегчить решение задач физического кодирования – исключить «неудобные» битовые последовательности, например длинные цепочки 0 или 1, увеличить кодовое расстояние, улучшить спектральные характеристики физического сигнала и передавать специальные служебные сигналы.

Физическое кодирование определяет правила представления дискретных символов (продуктов логического кодирования) в физические (электрические или оптические) сигналы линии. Физические сигналы могут иметь аналоговую форму – в принципе бесконечное число значений, из которых выбирают допустимое распознаваемое множество. На уровне физических сигналов вместо битовой скорости оперируют понятием скорости изменения сигнала в линии, измеряемой в бодах. Под этой скоростью понимается число изменений различимых состояний линии в единицу времени. В простейших случаях двухуровневого кодирования эти скорости совпадают, но для повышения эффективности использования полосы пропускания линии стремятся к более выгодным соотношениям.

На физическом уровне должно осуществляться синхронизация передатчика и приемника. Внешняя синхронизация – передача тактового сигнала, отмечающего битовые интервалы – практически не применяется из-за дороговизны реализации дополнительного канала. Ряд схем физического кодирования являются самосинхронизирующимися – они позволяют выделять синхросигнал из принимаемой последовательности состояний линии. Ряд схем позволяет выделять синхросигнал не для всех кодируемых символов, для таких схем логическое кодирование за счет избыточности должно исключать нежелательные комбинации.

Скремблирование на физическом уровне позволяет подавить слишком сильные спектральные составляющие сигнала, «размазывая» их по некоторой полосе спектра. Слишком сильные составляющие вызывают нежелательные помехи на соседние линии передачи и излучение в окружающую среду.

Потенциальное кодирование – информативным является уровень сигнала в определенные моменты времени.
Транзитивное кодирование – информативным является переход из одного состояния в другое.
Униполярное – сигнал одной полярности используется для представления одного значения, нулевой сигнал – для другого.
Полярное – сигнал одной полярности используется для представления одного значения, сигнал другой – для другого. При оптоволоконной передаче используются два хорошо различимых значения амплитуды импульса.
Биполярное – использует +,- и 0 значения для представления трех состояний.
Двухфазное – в каждом битовом интервале присутствует переход от одного состояния к другому, что используется для выделения синхросигнала.

AMI (Alternate Mark Inversion) – биполярная схема, использующая +V, 0V, -V. Все нулевые значения представляются 0V, а единичные – чередующимися значениями + и -. Применяется в DSx (DS1-DS4), ISDN. Не является полностью самосинхронизирующейся – длинная последовательность приведет к потере синхронизации.

1 0 1 1 0 0 0 1

Манчестерское кодирование – двухфазное полярное (возможно, и униполярное) самосинхронизирующее. Текущий бит определяется по направлению смены состояния в середине битового интервала: от -V к +V – «1», от +V к –V – «0». Переход в начале интервала может быть, а может и не быть. Применяется в Ethernet

1 0 1 1 0 0 0 1