35. Цифровое (физическое) и логическое кодирование.

Цифровое кодирование

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциаль­ные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей исполь­зуется только значение потенциала сигнала. Импульсные коды представляют двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса (перепадом потенциала определенного направления).

Требования к методам цифрового кодирования

При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной инфор­мации необходимо выбрать такой Оптимальный способ кодирования должен: – иметь при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра ре­зультирующего сигнала; – обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником; – обладать способностью распознавать ошибки; – обладать низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии добиваться более высокой скорости передачи данных. Часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия по­стоянной составляющей.

Синхронизация передатчика и приемника необходима для идентификации моментов времени, в которые приемнику нужно считывать информацию (в которые информация истинна). Способ создания отдельной тактирующей линии применяется при передаче сигналов на небольшие расстояния. В сетях не используется из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях и экономической неэффективности. В сетях применяются самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут указания о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита или нескольких битов.

Распознавание и коррекция искаженных данных чаще всего осуществляется средствами вышележащих уровней.

Потенциальный код без возвращения к нулю

Рисунок 5.6, а (Non Return to Zero, NRZ). Название означает, что при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта. Достоинства: простота реализации; хорошая распознавае­мость (используются два резко отличающихся потенциала), частота основной гармоники равна N/2 Гц. Недостатки: не обладает свойством самосинхронизации; наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к постоянной.

Модификация NRZ-2 позволяет избавиться от постоянной составляющей.

Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией

(Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI). Одна из модификаций метода NRZ (рис. 5.6, 6). Для кодирования логического нуля используется нулевой по­тенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противополо­жен потенциалу предыдущей.

Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации. Но длинные последовательности нулей так же могут приводить к рассинхронизации. Спектр при передаче чередующихся нулей и единиц без постоянной составляющей и с основной гармоникой N/2 Гц. Для различных комбинаций битов код AMI приводит к более узкому спектру сигнала. Код AMI пре­доставляет возможности по распознаванию ошибочных сигналов при нарушение строгого чередования полярности сигналов. Однако дополнитель­ный уровень требует увеличение мощности передатчика примерно на 3 дБ для обеспечения той же достоверности приема битов, что и у NRZ.

Потенциальный код с инверсией

(Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI) Код похож на AMI, но с двумя уровнями сигнала. При пе­редаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем так­те (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный. Он удобен в тех случаях, когда наличие третьего уровня сигнала весьма нежелательно.

Биполярный импульсный код

Единица представлена импульсом одной полярности, а ноль – другой (рис. 5.6, в). Каждый импульс длится половину такта. Обладает отличной самосинхронизацией. Спектр у него шире, чем у потенциальных кодов. Из-за слишком широкого спектра биполярный импульсный код использует­ся редко.

Манчестерский код

(рис. 5.6, г). Он применяется в технологиях Ethernet и Token Ring.

Каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, про­исходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низко­го уровня сигнала к высокому, а ноль – обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Код самосинхронизирующийся. Полоса пропускания уже, чем у биполярного импульсного. Постоян­ная составляющая отсутствует, а основная гармоника в худшем случае имеет частоту N Гц, а в лучшем она равна N/2 Гц. В среднем основная гармоника колеблется вблизи значе­ния 3N/4.

Потенциальный код 2B1Q

5.6, д. Каж­дые два бита (2В) передаются за один такт (1Q) сигналом, имеющим четыре состоя­ния. При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар битов. При случайном чередовании битов спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ. Однако для его реализации мощность передат­чика должна быть выше.

Код Миллера

Логический ноль передается неизменным уровнем сигнала на протяжении такта. Логическая единица – перепадом в середине такта. Уровень сигнала во втором полутакте предыдущего такта и уровень в первом полутакте последующего такта должны совпадать, кроме случая, когда передается последовательность нулей. Хорошая самосинхронизация. Узкая полоса пропускания. Частота основной гармоники в худшем случае (при передаче последовательности нулей или единиц) – N/2. В лучшем случае (чередование нулей и единиц) – N/4.