Распространенные цифровые коды

Рассмотрим несколько примеров распространенных цифровых кодов (рис. 2.11.).

Рис. 2.11. Примеры распространенных цифровых кодов, N – исходная битовая скорость.

Потенциальный код NRZ не возвращается к 0-му уровню потенциала при передаче нескольких единиц или нулей в течение такта.

Достоинства:

• неширокий спектр
• хорошее распознавание ошибок, т.к. использует 2 резко различающихся потенциала
• проста реализации

Недостатки:

• не самосинхронизирующийся
• при длинной последовательности нулей или единиц возникают низкочастотные составляющие спектра, которые приближаются к постоянной составляющей (возникает постоянный потенциал)

В чистом виде код не используется.

Биполярный импульсный код –имеет «1»-ые импульсы одной полярности, а «0»-ые импульсы другой полярности, а импульсами сигналы называются потому, что имеют длительность 1/2 такта.

Достоинства:

• четкая самосинхронизация
• легко распознаются ошибки

Недостатки:

• При передаче длинной последовательности единиц или нулей может появится постоянная составляющая
• Этот код имеет самый широкий спектр т.к. при передаче каждого бита сигнал дважды изменяет свое состояние (для передачи одного бита используется 2 бода)

В чистом виде код используется редко.

Манчестерский код -наиболее популярный из импульсных кодов. Информацию несет направление переключения сигнала в середине каждого такта.

Достоинства:

• никогда не имеет постоянной составляющей
• обладает хорошей самосинхронизацией
• обладает хорошей способностью к распознаванию ошибок

Недостатки:

• имеет спектр более широкий, чем у потенциальных кодов, но уже, чем у биполярного импульсного кода

Используется в Ethernet, Token Ring.

Потенциальный код 2B/1Q - использует четыре уровня напряжения. Каждый уровень кодирует два бита исходной информации.

Достоинства:

• Среди всех рассмотренных кодов имеет самый узкий спектр.

Недостатки:

• Обладает самой низкой способностью распознавания ошибок.
• Необходим более мощный передатчик для обеспечения помехоустойчивости сигналов (формула Шенона), чтобы диапазон уровней сигналов превышал уровень шумов в линии связи

Главным преимуществом потенциальных кодов перед импульсными является более узких спектр результирующего сигнала, что позволяет для передачи данных с той же битовой скоростью использовать линию связи с более узкой полосой пропускания, а значит, более дешевую.

Для преодоления недостатков потенциальных кодов используются методы логического кодирования, исключающие длинные последовательности единиц и нулей.

Эти методы основаны:

• на использовании избыточных кодов
• скрэмблировании исходных данных

В первом случае в исходные данные вводятся избыточные биты информации. Например, в коде 4В/5В, каждые исходные 4 бита данных заменяются 5-ю битами. При этом из возможных 2⁵=32 комбинаций выбираются 2⁴=16 комбинаций, которые не содержат подряд трех «0» или «1». Чтобы скорость передачи исходных данных не упала за счет времени потраченного на передачу избыточной информации, необходимо увеличить тактовую частоту передатчика.

Методы скремблирования заключаются в побитовом вычислении результирующего кода путем сложения (по определенному алгоритму) текущих и предыдущих битов исходного кода. Перемешивание данных выполняется с целью сделать вероятность появления «0»-лей и «1»–ц в результирующем коде примерно одинаковой. Примером такого кодирования является код 2B1Q.

При скремблировании лишние биты по линии связи не передаются, но необходимо на передающей стороне использовать дополнительно устройство – скремблер, а на приемной дескрэмблер. Это связано с дополнительными затратами.

В общем случае логическим называется кодирование, которое выполняется до физического кодирования и подразумевает замену битов исходной информации новой последовательностью битов, несущей ту же информацию, но обладающей, кроме этого, дополнительными свойствами. Кроме перечисленных методов борьбы с длинными последовательностям «0»-лей и «1»–ц, существуют методы, повышающие способность приемной стороны обнаруживать ошибки в принятых данных. Например, каждый байт исходной информации дополняется одним битом четности — этот метод часто применяется при передаче данных с помощью модемов. Другим примером логического кодирования может служить шифрование данных, обеспечивающее их конфиденциальность при передаче через общедоступные каналы связи.

Улучшенные логическим кодированием потенциальные коды обладают более узким спектром, чем импульсные, поэтому они находят применение в высокоскоростных технологиях, таких как FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet.