Дифференциальный манчестерский код

В дифференциальном варианте манчестерского кодирования наличие перехода в начале бита указывает на «1», а отсутствие перехода – на «0» (или наоборот).

В середине бита обязательно есть переход. Поэтому код – самосинхронизирующийся.

Ни одна версия IEEE 802.3 не использует прямого кодирования, т.к. оно очень не однозначно. Нужен был метод, которые бы позволял определять начало, середину и конец передачи каждого бита без особой побитной синхронизации. Было предложено два метода для этого манчестерский код и дифференциальный манчестерский код(рисунок 7.4).

Рисунок. 7.4 Дифференциальный манчестерский код.

Характеристики этого варианта кода также полностью соответствуют характеристикам манчестерского кода.

Код MLT-3

Код трехуровневой передачи MLT-3 (Multi Level Transmission) имеет много общего с кодом NRZ. Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой. При передаче нулей сигнал не меняется. Информационные переходы совпадают с границей битов.

Максимальной частоте сигнала соответствует передача последовательности единиц. Важнейшая характеристика кода MLT-3 — наличие трех уровней сигнала. Изменение уровня сигнала происходит последовательно, с учетом предыдущего перехода. При такой схеме один цикл сигнала вмещает в себя четыре бита.

Единице соответствует переход с одного уровня сигнала на другой. Изменение уровня сигнала происходит последовательно с учетом предыдущего перехода. Максимальной частоте сигнала соответствует передача последовательности единиц. При передаче нулей сигнал не меняется. Информационные переходы фиксируются на границе битов. Один цикл сигнала вмещает четыре бита.

Рисунок.7.5 Трехуровневый код MLT-3.

Недостатком кода MLT-3, как и кода NRZ, является отсутствие синхронизации. Эта проблема решается с помощью преобразования данных, которое исключает длинные последовательности нулей и, следовательно, возможность рассинхронизации.

Код 8В6Т

Код 8B6T – это трехуровневый код. При поступлении в кодер восьмибитового символа происходит его преобразование в шесть трехуровневых символов в соответствии с кодировочной таблицей.

Код 8B/6T - 8 бит входного потока кодируются шестью троичными цифрами (0, 1 или 2). Применяется в 100Base-T4.

Вставка бит – бит-ориентированная схема исключения недопустимых последовательностей бит. Здесь входной поток рассматривается, как непрерывная цепочка бит, для которой последовательность из более чем пяти смежных единиц рассматривается как служебный сигнал. Если в передаваемом потоке встречается непрерывная цепочка единиц, то после каждой пятой в выходной поток T_x вставляет ноль. R_x анализирует приходящую последовательность и если после цепочки 011111 он принимает 0, то его отбрасывает, а саму цепочку 011111 присоединяет к выходному потоку данных. Если принятый бит – единица, то цепочку 0111111 рассматривает как элемент служебного символа.

Код 4В5В

Протоколы, использующие код NRZ, чаще всего дополняют кодированием данных 4B5B. В отличие от кодирования сигналов, которое использует тактовую частоту и обеспечивает переход от импульсов к битам и наоборот, кодирование данных преобразует одну последовательность битов в другую.

В коде 4B5B используется 5-битовая основа для передачи 4-битовых информационных сигналов. 5-битовая схема дает 32 ((два в пятой степени) двухразрядных буквенно-цифровых символа, имеющих значение в десятичном коде от 00 до 31. Для данных отводится четыре бита или 16 ((два в четвертой степени) символов.

4-битовый информационный сигнал перекодируется в 5-битовый сигнал в кодере передатчика. Преобразованный сигнал имеет 16 значений для передачи информации и 16 избыточных значений. В декодере приемника пять битов расшифровываются как информационные и служебные сигналы. Для служебных сигналов отведены девять символов, семь символов — исключены.

Исключены комбинации, имеющие более трех нулей (01 &— 00001, 02 &— 00010, 03 &— 00011, 08 &— 01000, 16 &— 10000). Такие сигналы интерпретируются символом V и командой приемника VIOLATION — сбой. Команда означает наличие ошибки из-за высокого уровня помех или сбоя передатчика. Единственная комбинация из пяти нулей (00 &— 00000) относится к служебным сигналам, означает символ Q и имеет статус QUIET — отсутствие сигнала в линии.

Кодирование данных решает две задачи — синхронизации и улучшения помехоустойчивости. Синхронизация происходит за счет исключения последовательности более трех нулей. Высокая помехоустойчивость достигается контролем принимаемых данных на 5-битовом интервале.

Цена кодирования данных — снижение скорости передачи полезной информации. В результате добавления одного избыточного бита на четыре информационных, эффективность использования полосы частот в протоколах с кодом MLT-3 и кодированием данных 4B5B уменьшается соответственно на 25%.

При совместном использовании кодирования сигналов MLT-3 и данных 4В5В четвертая передача работает фактически как третья — 3 бита информации на 1 герц несущей частоты сигнала. Такая схема используется в протоколе TP-PMD.

Информация делится на квартеты (по 4 бита), и к каждым информационным четырем битам добавляется пятый синхронизирующий бит, значение которого поочередно меняется (1010), таким образом синхронизация происходит в пять раз реже, чем в NRZ.

10 Мб/с версии Ethernet используют манчестерское кодирование для представления данных при передаче по кабелю. Метод кодирования 4B5B определен в стандарте FDDI, и он без изменений перенесен в спецификацию PHY FX/TX. При этом методе каждые 4 бита данных MAC-подуровня (называемых символами) представляются 5 битами. Использование избыточного бита позволяет применить потенциальные коды при представлении каждого из пяти бит в виде электрических или оптических импульсов. Потенциальные коды обладают по сравнению с манчестерскими кодами более узкой полосой спектра сигнала, а, следовательно, предъявляют меньшие требования к полосе пропускания кабеля. Однако, прямое использование потенциальных кодов для передачи исходных данных без избыточного бита невозможно из-за плохой самосинхронизации приемника и источника данных: при передаче длинной последовательности единиц или нулей в течение долгого времени сигнал не изменяется, и приемник не может определить момент чтения очередного бита.

При использовании пяти бит для кодирования шестнадцати исходных 4-х битовых комбинаций, можно построить такую таблицу кодирования, в которой любой исходный 4-х битовый код представляется 5-ти битовым кодом с чередующимися нулями и единицами. Тем самым обеспечивается синхронизация приемника с передатчиком. Так как исходные биты MAC-подуровня должны передаваться со скоростью 100Мбит/c, то наличие одного избыточного бита вынуждает передавать биты результирующего кода 4B/5B со скоростью 125 Мбит/c, то есть межбитовое расстояние в устройстве PHY составляет 8 наносекунд.

Так как из 32 возможных комбинаций 5-битовых порций для кодирования порций исходных данных нужно только 16, то остальные 16 комбинаций в коде 4В/5B используются в служебных целях.

Таблица 7.1 Соответствие исходных и результирующих кодов 4В5В

Исходный код	Результирующий код	Исходный код	Результирующий код

Спектральная ширина сигнала зависит от тактовой частоты, метода кодирования и характеристик фильтра передатчика.

Рисунок 7.6 иллюстрирует, как метод кодирования позволяет уменьшить частоту несущей. Для трех методов кодирования приведены ситуации, требующие максимальную частоту несущей. один герц несущей передает один бит (1) при манчестерском кодировании, два бита (01) кода NRZ и четыре бита (1111) кода MLT-3. Фактор кодирования (передача) составляет соответственно один, два и четыре.

Рисунок.7.6 Максимальная частота несущей в зависимости от метода кодирования.

Вопросы:

1. Что можно отнести к достоинствам и недостаткам кода NRZ?

2. Какой тип информации передается с помощью амплитудной манипуляции?

3. Почему амплитудная манипуляция не применяется в широкополосных каналах?

4. Сколько битов передает один символ кода, имеющий семь состояний?

5. Поясните, из каких соображений выбрана пропускная способность 64 Кбит/с элементарного канала цифровых телефонных сетей?

6. Чем логическое кодирование отличается от физического?

7. Какой принцип лежит в основе методов обнаружения и коррекции ошибок? Варианты ответов:

• самосинхронизация;
• избыточность;
• максимизация отношения мощности сигнала к мощности помех.

8. Во сколько раз увеличится ширина спектра кода NRZ при увеличении тактовой частоты передатчика в два раза?

9. Перечислите достоинства и недостатки кода с возвратом к нулю RZ.

10. Где используется код с возвратом к нулю RZ?

11. К каким кодам относится манчестерский код?

12. Достоинства и недостатки манчестерского кода.

13. В чем состоит существенное отличие манчестерского от дифференциального манчестерского кода?

14. Что общего и в чем различие между кодами MLT-3 и NRZ?

15. Объясните процесс кодирования в кодах 8В6Т и 4В5В.

16. помогает ли метод кодирования уменьшит частоту несущей, как это сказывается на самом сигнале?

17. Какой, на ваш взгляд, из выше перечисленных кодов чаще встречается? Почему?

Лекция 8