2.9Цифровое кодирование
Основные
понятия:
Модовая скорость
Чип
Битовая скорость
Бодовая скорость
При цифровом
кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.
В потенциальных
кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение
потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во
внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить 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 способ кодирования, который одновременно достигал бы
нескольких целей:
• имел при одной и той же битовой
скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
• обеспечивал синхронизацию между
передатчиком и приемником;
• обладал способностью распознавать
ошибки;
• обладал низкой стоимостью
реализации.
Более узкий
спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой
пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того,
часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной
составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником.
В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки
препятствует прохождению постоянного тока.
Синхронизация
передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой
момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. В сетях возникают
трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших
расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к
тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего
сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой
причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирующих
импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях.
Применяются
самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о
том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита
(или нескольких бит, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала).
Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - может служить хорошим
указанием для синхронизации приемника с передатчиком.
При
использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает
свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает
возможность приемнику определить момент появления входного кода.
Распознавание и
коррекцию искаженных данных сложно осуществить средствами физического уровня,
поэтому чаще всего эту работу берут на себя протоколы, лежащие выше: канальный,
сетевой, транспортный или прикладной. С другой стороны, распознавание ошибок на
физическом уровне экономит время, так как приемник не ждет полного помещения
кадра в буфер, а отбраковывает его сразу при распознавании ошибочных бит внутри
кадра.
Требования,
предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противоречивыми, поэтому
каждый из рассматриваемых ниже популярных методов цифрового кодирования
обладает своими преимуществами и своими недостатками по сравнению с другими.
Список кодов, используемых при кодировании информации:
• Потенциальный код без возвращения
к нулю – применяется в оптоволокне
• Метод биполярного кодирования с
альтернативной инверсией
• Потенциальный код с инверсией при
единице
• Биполярный импульсный код
• Манчестерский код – применяется в
технологии Ethernet
• Потенциальный код 2B1Q