Методы линейного и логического кодирования Локальные сети

Методы линейного и логического кодирования Локальные сети

1 Методы линейного кодирования В подавляющем большинстве сетевых технологий сигналы по кабелям передается в виде цифровых импульсов. В этом случае для передачи задействуется вся полоса пропускания кабеля. Такой способ передачи стал возможным потому, что длина локальных сетей ограничена, а используемые кабели высококачественны. При цифровом кодировании применяют два класса кодов: потенциальные и импульсные. В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей исполь зуется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие закон ченные мпульсы, и во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса — перепадом потенциала определенного направления. 1/31/2018 Локальные сети 2

1. 1 Требования к методам цифрового кодирования При использовании цифровых импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который достигал бы нескольких целей: 1) имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала (Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных); 2) обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником (Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи); 3) обладал способностью распознавать ошибки; 4) обладал низкой стоимостью реализации. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 3

1. 2 Обзор методов цифрового кодирования Ш NRZ Non Return to Zero (без возврата к нулю) Биты 0 представляются нулевым напряжением (0 В); биты 1 представляются напряжением +V. Этот метод кодирования является наиболее простым. Достоинства: Недостатки: простота реализации; метод не обладает свойством метод обладает хорошей самосинхронизации; распознаваемостью ошибок. наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к постоянному сигналу при передаче длинных последовательностей единиц и нулей. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 4 >Бинарное кодирование

ШNRZ I Non Return to Zero Invertive (инверсное кодирование без возврата к нулю) Смена сигнала происходит при передаче единицы, а передача нуля не приводит к изменению напряжения. Код NRZI стал основным при разработке более улучшенных методов кодирования на более высоких уровнях. Достоинства: Недостатки: использует два уровня постоянная составляющая при сигнала (поэтому более последовательности нулей; приемлем для дальнейшего отсутствие синхронизации. усовершенствования). 1/31/2018 Методы линейного кодирования 5 >Бинарное кодирование

Ш Manchester-II (фазовое кодирование, манчестерское кодирование) Каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала в середине каждого такта. 1 кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а 0 — обратным перепадом. Достоинства: Недостатки: наличие самосинхронизации; метод не обладает свойством используются два уровня самосинхронизации; сигнала, что обеспечивает наличие низкочастотной лучшую помехозащищенность; составляющей, которая отсутствие постоянной приближается к постоянному составляющей при передаче сигналу при передаче длинных длинной последовательности последовательностей единиц или нулей. нулей. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 6 >Бинарное кодирование

Ш Дифференциальное манчестерское кодирование 0 представляется путем изменения полярности в начале битового интервала, 1 отсутствием изменения полярности в начале битового интервала. Этот вид кодирования не зависит от исходной полярности символа. Преимущество перед манчестерским кодированием: т. к. важно наличие, а не направление перехода, то полярность не важна, т. е. система, использующая дифференциальный манчестерский код не чувствительна к перемене проводов местами (смене полярности сигнала). В остальном код обладает теми же самыми преимуществами и недостатками, что и манчестерский. Но на практике используется именно дифференциальный манчестерский код. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 7 >Бинарное кодирование

Ш RZ – Return To Zero (c возвращением к нулю) RZ трехуровневый код (после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к "нулевому“ уровню). 0 представляется положительным импульсом, 1 – отрицательным (или наоборот) в первой половине битового Достоинства: интервала. т. к в центре битового интервала Недостатки: всегда есть переход сигнала, требуется вдвое большая полоса приемник легко может выделить пропускания канала (при той же синхроимпульс; скорости передачи по сравнению с приемник легко определит конец NRZ); принимаемой последовательности, наличие трех уровней, что всегда анализируя есть ли изменение усложняет аппаратуру как уровня сигнала в течение битового передатчика, так и приемника. интервала. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 8 >Тринарное кодирование

Ш AMI Alternate Mark Inversion (поочередная инверсия единиц) Логический нуль представляется нулевым напряжением (0 В); логическая единица поочередно значениями +V и V. Достоинства: Недостатки: хорошие синхронизирующие ограничение на плотность нулей свойства при передаче серий в потоке данных, поскольку единиц; длинные последовательности сравнительно прост в реализации. нулей ведут к потере синхронизации. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 9 >Тринарное кодирование

Ш HDB 3 High Density Bipolar 3 (биполярное кодирование с высокой плотностью) Правило формирования кода следующее: каждые 4 нуля заменяются 4 символами в которых имеется хотя бы один сигнал V. Для подавления постоянной составляющей полярность сигнала V чередуется при последовательных заменах. Для замены используются два способа: 1) если перед заменой исходный код содержал нечётное число единиц то используется последовательность 000 V, если чётное то 100 V. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 10 >Тринарное кодирование

2) полярность бита V изменяется по сравнению с полярностью предшествующего бита V. Когда это происходит, битовый поток изменяется на B 00 V, где полярность бита B совпадает с полярностью бита V. Когда приемник получает бит B, он думает, что этот сигнал соответствует значению 1, но после получения бита V (с такой же полярностью) приемник может корректно трактовать биты B и V как 0. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 11 >Тринарное кодирование

Ш 2 B 1 Q 2 Binary 1 Quandary Алгоритм 2 B 1 Q представляет собой один из вариантов реализации алгоритма амплитудно импульсной модуляции с четырьмя уровнями выходного напряжения без возвращения к нулевому уровню. Кодовая группа Кодовый символ Кодовое напряжение 00 -3 -2, 5 V 01 -0, 833 V 10 +3 +2, 5 V 11 +0, 833 V Для формирования линейного кода входной информационный поток делится на кодовые группы по два бита в каждой. В зависимости от комбинации значений битов кодовой группы ей ставится в соответствие один из четырёх кодовых символов, каждому из которых в свою очередь ставится в соответствие один из уровней кодового напряжения. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 12 >Тетрарное кодирование

Таким образом, закодированный в соответствии с правилами алгоритма 2 B 1 Q сигнал представляет собой последовательность скачкообразно изменяющихся напряжений. Достоинства: Недостатки: простота и дешевизна его невысокая спектральная реализации. эффективность и, следовательно, ограниченные возможности для передачи информационного сигнала по зашумленным линиям с большим затуханием. 1/31/2018 Методы линейного кодирования 13 >Тетрарное кодирование

2 Методы логического кодирования используют для улучшения свойств синхронизации потенциальных методов кодирования. Различают три класса методов: 1) избыточные коды; 2) скремблирование; 3) замена длинных последовательностей нулей и единиц специальными (запрещенными) комбинациями. 1/31/2018 Локальные сети 14

2. 1 Избыточные коды Основаны на разбиении исходной последовательности бит на порции, которые часто называют символами. Затем каждый исходный символ заменяется на новый, который имеет большее количество бит, чем исходный. Кроме устранения постоянной составляющей и придания коду свойства самосинхронизации, избыточные коды позволяют приемнику распознавать искаженные биты. Если приемник принимает запрещенный код, значит, на линии произошло искажение сигнала. • Код 4 В/5 В (используется в FDDI и Fast Ethernet). Данный код заменяет исходные символы длиной в 4 бита на символы длиной в 5 бит. Так как результирующие символы содержат избыточные биты, то общее количество битовых комбинаций в них больше, чем в исходных. Так, в коде 4 В/5 В результирующие символы могут содержать 32 битовых комбинации, в то время как исходные символы только 16. 1/31/2018 Методы логического 15 кодирования

Соответствие исходных и результирующих кодов 4 В/5 В представлено ниже. Результирующий Результирующи Исходный код й код 0000 11110 1000 10010 0001 01001 10011 0010 10100 1010 10110 0011 10101 10111 0100 01010 1100 11010 01011 11011 0110 01110 11100 01111 11101 Символы кода 4 В/5 В длиной 5 бит гарантируют, что при любом их сочетании на линии не могут встретиться более трех нулей подряд. 1/31/2018 Методы логического 16 кодирования

• Код 8 В/6 Т (используется в Fast Ethernet). Код 8 В/6 Т самосинхронизирующийся блочный код. Последовательность восьми бит исходной информации заменяется последовательностью из шести сигналов, каждый из которых может принимать три состояния. В восьмибитной последовательности имеется 256 различных состояний, а в последовательности шести трехуровневых сигналов таких состояний уже 729, поэтому 473 состояния считаются запрещенными. • Код 8 В/10 В (используется в Gigabit Ethernet). В нем 8 исходных бит преобразуются в 10 выходных. Из полученных в результате 1024 кодовых слов отбирается лишь 256. Признак отбора наличие в слове не более четырех нулей или единиц подряд, а остальные кодовые комбинации считаются запрещенными. Кроме данных по линии передаются и служебные символы в них допускаются последовательности из 5 нулей или единиц. 1/31/2018 Методы логического 17 кодирования

2. 2 Скремблирование Методы скремблирования заключаются в побитном вычислении результирующего кода на основании бит исходного кода и полученных в предыдущих тактах бит результирующего кода. Например, скремблер может реализовывать следующее соотношение: где Bi двоичная цифра результирующего кода, полученная на i м такте работы скремблера; Ai двоичная цифра исходного кода, поступающая на i м такте на вход скремблера; Bi 3 и Bi 5 двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скремблера, соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта; операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2). 1/31/2018 Методы логического 18 кодирования

Например, для исходной последовательности 110110000001 скремблер даст следующий результирующий код: Т. о. , на выходе скремблера появится последовательность 110001101111, в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде. 1/31/2018 Методы логического 19 кодирования

2. 3 Использование запрещенных комбинаций Код B 8 ZS исправляет последовательности, состоящие из 8 нулей. Для этого он после первых трех нулей вместо оставшихся пяти нулей вставляет пять цифр: V - 1* - 0 – V - 1*, где V сигнал единицы, запрещенной для данного такта полярности, т. е. сигнал, не изменяющий полярность предыдущей единицы, 1* сигнал единицы корректной полярности, а знак звездочки означает, что в исходном коде в этом такте была не 1, а 0. 1/31/2018 Методы логического 20 кодирования