Manchester-koodin koodaus. Manchester-2-koodin tarkoitus ja muoto. Rajoitusongelmien ratkaiseminen

Koodausmekanismi

Digitaalinen tiedonsiirto vaatii useita pakollisia toimintoja:

· lähettimen ja vastaanottimen kellotaajuuden synkronointi;

Bittisekvenssin muuntaminen sähköiseksi signaaliksi;

· sähköisen signaalin spektrin taajuuden vähentäminen suodattimilla;

· supistetun spektrin lähettäminen viestintäkanavan kautta;

· signaalin vahvistus ja sen muodon palauttaminen vastaanottimella;

· Analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi.

Tarkastellaan kellotaajuuden ja bittisekvenssin välistä suhdetta. Bittivirta lähetetään nopeudella, jonka määrittää bittien lukumäärä aikayksikköä kohti. Toisin sanoen bittiä sekunnissa on erillisten muutosten määrä signaali aikayksikköä kohti. Kellotaajuus hertseinä mitattuna on sinimuotoisten muutosten lukumäärä signaali aikayksikköä kohti.

Tämä ilmeinen vastaavuus on synnyttänyt väärän käsityksen hertsin ja bittien sekunnissa arvojen riittävyydestä. Käytännössä kaikki on monimutkaisempaa. Tiedonsiirtonopeus on yleensä suurempi kuin kellotaajuus. Lähetysnopeuden lisäämiseksi signaali voi kulkea rinnakkain useiden parien yli. Tiedot voidaan lähettää bitteinä tai tavuina. Koodatulla signaalilla voi olla kaksi, kolme, viisi tai useampia tasoja. Jotkut signaalin koodausmenetelmät vaativat ylimääräistä datan koodausta tai synkronointia, mikä vähentää informaatiosignaalien siirtonopeutta.

Kuten taulukosta näkyy, MHz:n ja Mbit/s:n välillä ei ole yksittäistä vastaavuutta.

Taulukko 1. Kanavaluokan, taajuusalueen ja maksimidatanopeuden välinen suhde

Joka protokolla vaatii tietyn spektrin leveyden tai halutessasi tietovaltatien leveyden . Koodausjärjestelmät muuttuvat monimutkaisemmiksi, jotta tietoväyliä voitaisiin hyödyntää paremmin. Kuten analogisesti moottorin kanssa, sitä ei tarvitse pyörittää maksiminopeudelle, on suositeltavaa kytkeä vaihde.

Ensimmäinen vaihde - koodit RZ ja Manchester-II

Koodi RZ

RZ on kolmitasoinen koodi, joka palaa tasolle nolla jokaisen informaatiobitin lähetyksen jälkeen. Tätä kutsutaan Return to Zero -koodaukseksi. Looginen nolla vastaa positiivista impulssia, looginen - negatiivista.

Tiedonsiirto suoritetaan bitin alussa, paluu nollatasolle on bitin puolivälissä. RZ-koodin erityispiirre on, että bitin keskellä on aina siirtymä (positiivinen tai negatiivinen). Siksi jokainen bitti on merkitty. Vastaanotin voi korostaa tahdistuspulssi (strobo), jolla on itse signaalin pulssin toistotaajuus. Sidos suoritetaan jokaiselle bitille, mikä varmistaa, että vastaanotin on synkronoitu lähettimen kanssa. Sellainen koodeja, jotka kuljettavat välähdyksen, kutsutaan itsesynkronoituviksi.

Virhe RZ koodi on että hän ei lisää tiedonsiirtonopeutta. Lähettääksesi nopeudella 10 Mbps tarvitaan 10 MHz:n kantoaaltotaajuus. Lisäksi kolmen tason erottaminen edellyttää parempaa signaali-kohinasuhdetta vastaanottimen tulossa kuin kaksitasoisissa koodeissa.

RZ-koodin yleisin käyttö on valokuituverkot. Valoa siirrettäessä ei ole positiivisia ja negatiivisia signaaleja, joten käytetään kolmea valopulssien tehotasoa.

Koodi Manchester-II

Koodi Manchester-II tai Manchester-koodi on yleisimmin käytetty paikallisissa verkoissa. Se koskee myös itsesynkronoituvat koodit, mutta toisin kuin RZ-koodissa, siinä ei ole kolmea, vaan vain kaksi tasoa, mikä tarjoaa paremman melunsietokyvyn.

Looginen nolla vastaa siirtymää ylemmälle tasolle bittivälin keskellä ja looginen nolla alemmalle tasolle.

Koodauslogiikka näkyy selvästi esimerkissä ykkösten tai nollien sekvenssin lähettämisestä. Vuorottelevia bittejä lähetettäessä pulssin toistotaajuus puolitetaan.

Tietosiirtymät bitin keskellä säilyvät, mutta rajasiirtymät (bittivälien rajalla) puuttuvat, kun ykkösiä ja nollia vaihdetaan. Tämä tehdään käyttämällä estopulssien sarjaa. Nämä pulssit synkronoidaan tietopulssien kanssa ja varmistavat, että ei-toivotut rajasiirtymät estetään.

Manchester-koodin suuri etu on vakiokomponentin puuttuminen lähetettäessä pitkää ykkösten tai nollien sarjaa. Tämän ansiosta signaalien galvaaninen eristys suoritetaan yksinkertaisimmilla tavoilla, esimerkiksi käyttämällä pulssimuuntajia. Hyvä melunsieto. Virhekriteerinä on signaalin "jäätyminen" jollekin tasolle yhden informaatiobitin lähetysajan ylittäväksi ajaksi, koska signaali aina "värähtelee" eikä koskaan "jäädy".

Manchester-koodatun signaalin taajuusspektri sisältää vain kaksi kantoaaltotaajuutta. Kymmenen megabitin protokollalla tämä on 10 MHz lähetettäessä signaalia, joka koostuu kaikista noloista tai kaikista ykkösistä, ja 5 MHz signaalille, jossa vuorottelevat nollia ja ykkösiä. Siksi kaistanpäästösuodattimia käyttämällä voit helposti suodattaa pois kaikki muut taajuudet.

Manchester-II-koodi on löytänyt sovelluksen valokuitu- ja sähköverkoissa. Yleisin LAN-protokolla, 10 Mbit/s Ethernet, käyttää tätä koodia.

Kanavat, jotka käyttävät koodia "Manchester II"

Tämä kaavio osoittaa, missä vaiheessa bittisignaalin ja välähdyksen summaus suoritetaan ja päinvastoin - Manchesterin hajottaminen.

Koodi RZ

RZ-koodi (Return to Zero - paluu nollaan) - tämä kolmitasoinen koodi sai tämän nimen, koska merkittävän signaalitason jälkeen bittivälin ensimmäisellä puoliskolla tapahtuu paluu tietylle "nollalle", keskitasolle ( esimerkiksi nollapotentiaaliin). Siirtyminen siihen tapahtuu jokaisen bittivälin keskellä. Looginen nolla vastaa siten positiivista pulssia ja looginen yksi negatiivista pulssia (tai päinvastoin) bittivälin ensimmäisellä puoliskolla.

Bittivälin keskellä on aina signaalisiirtymä (positiivinen tai negatiivinen), joten vastaanotin voi helposti poimia kellopulssin (strobo) tästä koodista. Aikaviittaus ei ole mahdollista ainoastaan paketin alkuun, kuten NRZ-koodin tapauksessa, vaan myös jokaiseen yksittäiseen bittiin, joten synkronointia ei tapahdu millään paketin pituudella.

Toinen tärkeä RZ-koodin etu on vastaanoton yksinkertainen ajoitus sekä sekvenssin alkuun että sen loppuun. Vastaanottimen on yksinkertaisesti analysoitava, onko signaalitasossa muutosta bittivälin aikana vai ei. Ensimmäinen bittiväli ilman signaalitason muutosta vastaa vastaanotetun bittisekvenssin loppua (kuva). Siksi RZ-koodi voi käyttää vaihtuvapituista sekvenssilähetystä.

Vastaanoton alun ja lopun määrittäminen RZ-koodilla

RZ-koodin haittana on, että se vaatii kaksinkertaisen kanavan kaistanleveyden samalla bittinopeudella verrattuna NRZ:ään (koska signaalitason muutosta on kaksi bittiväliä kohden). Esimerkiksi tiedonsiirtonopeus 10 Mbit/s vaatii linkin kaistanleveyden 10 MHz, ei 5 MHz, kuten NRZ-koodissa.

Tiedonsiirtonopeus ja suorituskyky RZ-koodilla

Toinen tärkeä haittapuoli on kolmen tason läsnäolo, mikä aina monimutkaistaa sekä lähettimen että vastaanottimen laitteistoa.

RZ-koodia ei käytetä vain sähkökaapeleihin perustuvissa verkoissa, vaan myös valokuituverkoissa. Totta, niissä ei ole positiivisia ja negatiivisia signaalitasoja, joten käytetään seuraavia kolmea tasoa: ei valoa, "keskimääräinen" valo, "voimakas" valo. Tämä on erittäin kätevää: vaikka tiedonsiirtoa ei ole, valo on edelleen läsnä, mikä tekee valokuituviestintälinjan eheyden määrittämisen helposti ilman lisätoimenpiteitä.

RZ-koodin käyttö valokuituverkoissa

Manchester-koodia (tai Manchester-II-koodia) käytetään laajimmin paikallisissa verkoissa. Se kuuluu myös itsesynkronoituviin koodeihin, mutta toisin kuin RZ, siinä ei ole kolmea, vaan vain kaksi tasoa, mikä edistää sen parempaa kohinansietokykyä ja vastaanottavien ja lähettävien solmujen yksinkertaistamista. Looginen nolla vastaa positiivista siirtymää bittivälin keskellä (eli bittivälin ensimmäinen puolisko on matala, toinen puoli korkea), ja looginen nolla vastaa negatiivista siirtymää bittivälin keskellä. bittiväli (tai päinvastoin).

Kuten RZ:ssä, pakollinen siirtymän läsnäolo bitin keskellä sallii Manchester-koodivastaanottimen helposti valita synkronointisignaalin saapuvasta signaalista ja lähettää informaatiota mielivaltaisen suurissa sarjoissa ilman synkronoinnin aiheuttamia häviöitä. Vastaanottimen ja lähettimen kellojen sallittu poikkeama voi olla 25 %.

Kuten RZ-koodi, Manchester-koodi vaatii kaksinkertaisen linjakapasiteetin yksinkertaisimpaan NRZ-koodiin verrattuna. Esimerkiksi 10 Mbit/s siirtonopeus vaatii 10 MHz kaistanleveyttä (Kuva 3.15).

Siirtonopeus ja suoritusteho Manchester-koodilla

Kuten RZ-koodissa, tässä tapauksessa vastaanotin voi helposti määrittää paitsi lähetetyn bittisekvenssin alun myös sen lopun. Jos signaalin siirtymää ei bittivälin aikana tapahdu, vastaanotto päättyy. Manchester-koodissa on mahdollista lähettää vaihtelevan pituisia bittisekvenssejä (kuva 3.16). Lähetysajan määritysprosessia kutsutaan myös kantoaaltoohjaukseksi, vaikka kantoaaltotaajuus ei ole tässä tapauksessa eksplisiittisesti läsnä.

Vastaanoton alun ja lopun määrittäminen Manchester-koodilla

Manchester-koodia käytetään sekä sähkö- että valokaapelikaapeleissa (jälkimmäisessä tapauksessa yksi taso vastaa valon puuttumista ja toinen sen läsnäoloa).

Manchester-koodin tärkein etu on signaalin vakiokomponentti (puolet ajasta signaali on korkealla tasolla, toinen puoli matalalla tasolla). DC-komponentti on yhtä suuri kuin kahden signaalitason välinen keskiarvo.

Jos korkealla tasolla on positiivinen arvo ja matalalla sama negatiivinen arvo, niin vakiokomponentti on yhtä suuri kuin nolla. Tämä mahdollistaa pulssimuuntajien helpon käytön galvaaniseen eristykseen. Tässä tapauksessa tietoliikennelinjaan ei tarvita lisävirtalähdettä (kuten esimerkiksi optoerotin galvaanista eristystä käytettäessä), matalataajuisten häiriöiden vaikutus, joka ei kulje muuntajan läpi, vähenee jyrkästi ja sovitusongelma on helppo ratkaista.

Jos yksi Manchester-koodin signaalitasoista on nolla (kuten esimerkiksi Ethernet-verkossa), DC-komponentin arvo lähetyksen aikana on yhtä suuri kuin noin puolet signaalin amplitudista. Tämä helpottaa pakettien törmäysten havaitsemista verkossa (ristiriita, törmäys) poikkeamalla vakiokomponentin arvosta vahvistettujen rajojen yli.

Manchester-koodatun signaalin taajuusspektri sisältää vain kaksi taajuutta: 10 Mbit/s siirtonopeudella se on 10 MHz (vastaa lähetettyä ketjua kaikista noloista tai kaikista ykkösistä) ja 5 MHz (vastaa vuorottelun sekvenssiä nollat ja ykköset: 1010101010.. .). Siksi yksinkertaisimpia kaistanpäästösuodattimia käyttämällä pääset helposti eroon kaikista muista taajuuksista (häiriöt, häiriöt, kohina).

Fyysistä koodausta käytetään kahta päätyyppiä - sinimuotoiseen kantoaaltosignaaliin ja suorakulmaisten pulssien sarjaan perustuen. Ensimmäistä menetelmää kutsutaan usein modulaatio tai analoginen modulaatio, joka korostaa sitä tosiasiaa, että koodaus suoritetaan muuttamalla analogisen signaalin parametreja. Toista menetelmää kutsutaan yleensä digitaalinen koodaus. Nämä menetelmät eroavat tuloksena olevan signaalin spektrin leveydestä ja niiden toteuttamiseen tarvittavien laitteiden monimutkaisuudesta.

Diskreetin tiedon digitaalisessa koodauksessa käytetään potentiaali- ja pulssikoodeja. Potentiaalikoodeissa vain signaalin potentiaaliarvoa käytetään edustamaan loogisia ykkösiä ja nollia, eikä sen pisaroita, jotka muodostavat täydellisiä pulsseja, oteta huomioon. Pulssikoodien avulla voit esittää binääridataa joko tietyn polariteetin pulsseina tai pulssin osan potentiaalierona tietyssä suunnassa.

Kun käytetään suorakaiteen muotoisia pulsseja diskreetin tiedon lähettämiseen, on valittava koodausmenetelmä, joka saavuttaa samanaikaisesti useita päämääriä:

sillä oli tuloksena olevan signaalin pienin spektrileveys samalla bittinopeudella;
tarjotaan synkronointi lähettimen ja vastaanottimen välillä;
oli kyky tunnistaa virheet;
toteutuskustannukset olivat alhaiset.

Kapeampi signaalispektri mahdollistaa yhden ja saman linjan (samalla kaistanleveydellä) suuremman tiedonsiirtonopeuden saavuttamisen. Lisäksi signaalispektriltä vaaditaan usein, että siinä ei ole DC-komponenttia, toisin sanoen DC-virran läsnäolo lähettimen ja vastaanottimen välillä. Lähettimen ja vastaanottimen synkronointi on välttämätöntä, jotta vastaanotin tietää tarkalleen, milloin on tarpeen lukea uutta tietoa viestintälinjasta. Verkoissa käytetään ns. itsesynkronointikoodeja, joiden signaalit kuljettavat lähettimelle tietoa siitä, millä hetkellä on tarpeen tunnistaa seuraava bitti.

Koodausmenetelmien vaatimukset ovat keskenään ristiriitaisia, joten jokaisella alla käsitellyllä digitaalisella koodausmenetelmällä on omat etunsa ja haittansa muihin verrattuna

Kuvassa Suosituimmat fyysiset koodausmenetelmät on annettu.

Potentiaalinen koodi ilman nollaan paluuta (Non Return to Zero, NRZ)

NRZ-menetelmä on helppo toteuttaa, sillä on hyvä virheiden tunnistus (kahdesta jyrkästi erilaisesta potentiaalista johtuen), mutta sillä ei ole itsesynkronoinnin ominaisuutta. Lähetettäessä pitkää ykkösten tai nollien sarjaa linjan signaali ei muutu, joten vastaanotin ei pysty määrittämään tulosignaalista niitä ajanhetkiä, jolloin data on luettava uudelleen. Pakettien vastaanoton alun synkronointiin käytetään aloituspalvelubittiä, esimerkiksi yksi. Yleisin protokolla, RS232, jota käytetään yhteyksiin PC:n sarjaportin kautta, käyttää myös NRZ-koodia. Tiedot siirretään 8-bittisinä tavuina, joihin liittyy aloitus- ja lopetusbittejä.

potentiaalia koodi NRZI (Ei paluuta nollaan ylösalaisin)

Tämä koodi on kätevä tapauksissa, joissa kolmannen signaalitason käyttö on erittäin epätoivottavaa, esimerkiksi optisissa kaapeleissa, joissa kaksi signaalitilaa tunnistetaan vakaasti - vaalea ja tumma. NRZI-koodilla ei ole synkronointia. Tämä on sen suurin haittapuoli. Jos vastaanottimen kellotaajuus eroaa lähettimen taajuudesta, synkronointi menetetään, bitit muunnetaan ja tiedot menetetään. Pakettien vastaanoton alun synkronointiin käytetään aloituspalvelubittiä, esimerkiksi yksi. NRZI-koodin tunnetuin sovellus on ATM155-standardi.

Bipolaarinen koodausmenetelmä vaihtoehtoisella inversiolla ( Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI )

Tämä menetelmä (kuva 1, c) käyttää kolmea potentiaalitasoa - negatiivista, nollaa ja positiivista. Loogisen yksikön koodaamiseen käytetään nollapotentiaalia, ja looginen yksikkö koodataan joko positiivisella tai negatiivisella potentiaalilla, jokaisen uuden yksikön potentiaalin ollessa päinvastainen kuin edellisen potentiaalin.

AMI-koodi eliminoi osittain DC:n ja NRZ-koodiin sisältyvien itsesynkronointiongelmien puutteen. Tämä tapahtuu lähetettäessä pitkiä sarjoja. Näissä tapauksissa signaali linjoilla on sarja moninapaisia pulsseja, joilla on sama spektri kuin NRZ-koodilla ja joka tuottaa vuorottelevia nollia ja ykkösiä, eli ilman vakiokomponenttia.

Yleisesti ottaen eri bittiyhdistelmillä linjalla AMI-koodin käyttö johtaa kapeampaan signaalispektriin kuin NRZ-koodi ja siten suurempaan linjakapasiteettiin.

Bipolaarinen pulssikoodi

Potentiaalisten koodien lisäksi verkot käyttävät myös pulssikoodeja, kun dataa edustaa täysi pulssi tai osa siitä - reuna. Yksinkertaisin tapaus tästä lähestymistavasta on bipolaarinen pulssikoodi, jossa yhtä edustaa yhden napaisuuden pulssi ja nollaa toisella (kuva 1, d). Jokainen pulssi kestää puoli lyöntiä. Tällä lähestymistavalla on erinomaiset itsesynkronointiominaisuudet, mutta vakiokomponentti voi olla läsnä esimerkiksi lähetettäessä pitkää ykkösten tai nollien sarjaa. Lisäksi sen spektri on laajempi kuin mahdollisilla koodeilla.

Manchesterin koodi (Manchester II)

Sitä käytetään Ethernet- ja Token Ring -tekniikoissa. Manchester-koodi käyttää potentiaalieroa, eli pulssin reunaa, koodaamaan ykkösiä ja nollia. Manchester-koodauksella jokainen mitta on jaettu kahteen osaan. Tiedot koodataan mahdollisilla pudotuksilla, jotka tapahtuvat jokaisen kellojakson keskellä. Yksi koodataan putoamalla matalalta signaalitasolta korkeaan, ja nolla koodataan käänteisellä pudouksella. Jokaisen kellojakson alussa ylärajasignaali voi pudota, jos sinun on esitettävä useita ykkösiä tai nollia peräkkäin. Koska signaali muuttuu vähintään kerran yhden databitin lähetysjaksoa kohden, Manchester-koodilla on hyvät itsesynkronointiominaisuudet. Manchester-koodin kaistanleveys on kapeampi kuin bipolaarisen pulssin. Siinä ei myöskään ole vakiokomponenttia. Lähetyksessä käytetään kahta signaalitasoa. Manchesterin koodi on löytänyt sovelluksen valokuitu- ja sähköverkoissa.

Koodi MLT-3

MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) kolmitasoisella lähetyskoodilla (e) on paljon yhteistä NRZ-koodin kanssa. Tärkein ero on kolme signaalitasoa. Yksi vastaa siirtymistä signaalitasolta toiselle. Signaalitaso muuttuu peräkkäin ottaen huomioon edellisen siirtymän. Signaalin maksimitaajuus vastaa ykkösten sarjan lähetystä. Lähetettäessä nollia signaali ei muutu. Tiedonsiirrot tallennetaan bittirajalle. Yksi signaalijakso sisältää neljä bittiä. MLT-3-koodin, samoin kuin NRZ-koodin, haittana on synkronoinnin puute. Tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä datamuunnosta, joka eliminoi pitkät nollasekvenssit ja epäsynkronoinnin mahdollisuuden.

Potentiaalinen koodi 2B1Q (PAM 5)

Kuva 1, g esittää viisitasoista koodia, joka käyttää 5 amplituditasoa ja kaksibittistä koodausta. Tämä on 2B1Q (tai PAM 5) koodi, jonka nimi heijastaa sen olemusta - joka toinen bitti (2B) lähetetään yhdessä kellojaksossa nelitilaisella signaalilla (1Q). Bittipari 00 vastaa potentiaalia -2,5 V, bittipari 01 vastaa potentiaalia -0,833 V, pari 11 vastaa potentiaalia +0,833 V ja pari 10 vastaa potentiaalia +2,5 V. Tämä koodausmenetelmä vaatii lisätoimenpiteitä identtisten bittiparien pitkien sekvenssien torjumiseksi, koska tässä tapauksessa signaali muuttuu vakiokomponentiksi. Bittien satunnaislomituksella signaalispektri on kaksi kertaa kapeampi kuin NRZ-koodilla, koska samalla bittinopeudella pulssin kesto kaksinkertaistuu. Siten käyttämällä 2B1Q-koodia voit siirtää tietoja saman linjan yli kaksi kertaa nopeammin kuin AMI- tai NRZI-koodilla. Sitä toteutettaessa lähettimen tehon on kuitenkin oltava suurempi, jotta vastaanotin erottaa neljä tasoa selvästi häiriötaustalla. Viides taso lisätään luomaan redundanssia virheiden korjaamiseen käytettävään koodiin. Tämä antaa ylimääräisen 6 dB:n signaali-kohinasuhteen varauksen.

Vastaavia viestejä ei ole...

Mancuniankoodi viittaa itsesynkronoituviin pulssikoodeihin ja siinä on kaksi tasoa, mikä tarjoaa hyvän kohinansietokyvyn. Jokainen kellojakso (bittiväli) on jaettu kahteen osaan. Tiedot koodataan mahdollisilla pudotuksilla, jotka tapahtuvat jokaisen kellojakson keskellä.

Yksi on koodattu reunalla korkealta signaalitasolta matalalle, ja nolla koodataan käänteisellä reunalla. Kellojakson alussa voi tapahtua palvelusignaalin pudotus (lähetettäessä useita ykkösiä tai nollia peräkkäin).

Tarkastellaan koodauksen erikoistapauksia, kuten edellisissä tapauksissa.

klo Manchester koodaus, pakollinen signaalin muutos jokaisen bittivälin keskellä helpottaa kellosignaalin eristämistä. Siksi Mancuniankoodi on hyvää itsesynkronoituva ominaisuuksia.

Signaali ei sisällä vakiokomponenttia, signaalin perusharmonisen taajuus on alueella alkaen fo=N/2 Hz to fo=N Hz, vaihtelee bittivirran tyypin mukaan.

Manchester-koodausta käytettiin Ethernet-tekniikan varhaisissa versioissa siirtonopeudella 10 Mbit/s.

Manchesterin erokoodi

Loogiset arvot "0" ja "1" lähetetään vastaavasti saatavuus tai puute vuoroja signaalin taso sisään alku kellon (bitin) aikaväli. Bittivälin keskellä on pakollinen signaalin arvon muutos.

Differentiaalinen Manchester-koodaus

Tällä koodilla on samat edut ja haitat kuin Mancunian.

Kaikista tarkastelemistamme koodeista Manchester-koodauksella on paras itsesynkronointi, koska signaalin siirtyminen tapahtuu vähintään kerran kellojaksoa kohden.

Manchester-koodia käytetään Ethernet-verkoissa, joiden siirtonopeus on 10 Mbit/s (10Base-T). Differentiaalinen Manchester-koodi – verkoissa Token Ring -tekniikalla.

Tällä hetkellä kehittäjät ovat tulleet siihen tulokseen, että monissa tapauksissa on järkevämpää käyttää potentiaalista koodausta poistamalla sen puutteet ns. looginen koodaus (cm. myöhemmin tässä osiossa).

Koodi, jossa palautus nollaan rz (Return to Zero)

Bitti "1" - pulssi yksi polariteetti bittivälin ensimmäisellä puoliskolla, bittivälin toisella puoliskolla signaalilla on nollapotentiaali.

Bitti "0" – pulssi toinen polariteetti bittivälin ensimmäisellä puoliskolla, bittivälin toisella puoliskolla signaalilla on nollapotentiaali. Koodilla on hyvät synkronointiominaisuudet.

Tälle koodille bittiväli
.

Koodi, jossa cmi-koodin arvot käännetään.

Tällä lähetysmenetelmällä bitti 1 esitetään sääntöjen mukaisesti kvasi-kolmio koodaus ja bitti 0 - kahden vastakkaisen napaisuuden pulssin muodossa etumerkin muutoksella keskellä. Koodilla on myös hyvät synkronointiominaisuudet.

Potentiaalinen koodi 2b1q

Tämä on potentiaalinen koodi, jossa on neljä signaalitasoa datan koodaamista varten. Nimi kuvastaa koodauksen olemusta - joka toinen bitti (2B) lähetetään yhdessä kellojaksossa tietyn tason signaalilla (1Q) . Lineaarisella signaalilla on neljä tilaa. Toisin sanoen tiedonsiirtonopeus N tällä koodausmenetelmällä on kaksi kertaa modulaationopeus B.

Koodaus 2B1Q

Signaali koodissa 2B1Q

Kuvassa on bittisekvenssiä vastaava signaali: 01 01 10 00. Signaalin perustaajuus 2B1Q-koodissa ei ylitä arvoa fo=N/4 Hz

Kuitenkin tämän koodausmenetelmän toteuttamiseksi lähettimen tehon on oltava suurempi, jotta vastaanotin erottaa selvästi neljä potentiaaliarvoa taustamelusta.

Koodi MLT3 (Monitasoinen vaihteisto - 3) .

Käytössä on kolme lähetystasoa: “-1”, “0”, “+1”.

Yksikkö vastaa vaaditaan siirtyminen signaalitasolta toiselle kellovälin rajalla.

Nolla vastaa poissaolo lineaarisen signaalin tason muutoksia.

Lähetettäessä ykkösten sarjaa signaalitason muutosjakso sisältää neljä bittiä. Tässä tapauksessa fo=N/4 Hz Tämä on koodissa olevan signaalin suurin perustaajuus MLT-3. Nollien ja ykkösten vuorottelevan sarjan tapauksessa signaalin perusharmoninen on taajuudella fo=N/8 Hz, joka on kaksi kertaa vähemmän kuin koodi NRZI.

Signaali MLT-3-koodissa

Looginen koodaus

Looginen koodaus lähetin suorittaa siihen asti fyysistäedellä käsitelty koodaus kanava- tai fyysisen kerroksen keinoin. Lavalla looginenkoodaus kamppailemaan menetelmien puutteita vastaan fyysistädigitaalinenkoodaus - poissaolosynkronointi, saatavuusvakiokomponentti. Eli ensin keinoin looginenkoodaus muodostetaan korjattuja bittisarjoja, jotka sitten yksinkertaisella menetelmiäfyysistäkoodaus lähetetään viestintälinjojen kautta.

Booleankoodaus sisältää alkuperäisen informaatiosekvenssin bittien korvaamisen uudella bittisarjalla, joka kuljettaa samaa tietoa, mutta jolla on myös lisäominaisuuksia, esimerkiksi vastaanottavan puolen kyky havaita virheitä vastaanotetussa datassa tai ylläpitää luotettavasti synkronointia tulevan signaalin kanssa. .

Erottaa kaksi loogista koodausmenetelmää:

- koodaus ylimääräinen koodi;

- sekoitus.

Ylimääräinen koodit (taulukkokoodit) perustuvat alkuperäisen bittisekvenssin jakamiseen ryhmiin ja kunkin alkuperäisen ryhmän korvaamiseen koodisanalla taulukon mukaisesti. Koodisana sisältää aina enemmän bittejä kuin alkuperäinen ryhmä.

Logiikkakoodi 4V/5V korvaa alkuperäiset 4-bittiset ryhmät 5-bittisillä koodisanoilla. Tästä johtuen niiden mahdollisten bittiyhdistelmien kokonaismäärä (2 5 = 32) on suurempi kuin alkuperäisillä ryhmillä (2 4 = 16). Siksi kooditaulukko voi sisältää 16 tällaista yhdistelmää, jotka eivät sisällä enemmän kuin kaksi nollaa peräkkäin ja käytä niitä tietojen siirtämiseen. Koodi takaa, että mille tahansa koodisanojen yhdistelmälle rivillä voi esiintyä enintään kolme nollaa peräkkäin.

Jäljellä olevia koodiyhdistelmiä käytetään palvelusignaalien lähettämiseen (lähetyksen synkronointi, datalohkon alku, datalohkon loppu, lähetyksen ohjaus linkkitasolla). Vastaanotin voi käyttää käyttämättömiä koodisanoja havaitakseen datavirran virheet. Tällä tietojen koodausmenetelmällä saavutettujen etujen hinta on hyödyllisen tiedon siirtonopeuden aleneminen 25 %.

Lineaarinen koodi	Symboli	Alkuperäinen ryhmä

4V/5V logiikkaa koodausta käytetään Ethernet-verkoissa, joiden siirtonopeus on 100 Mbps:

yhdessä NRZI-koodin kanssa (100Base FX -spesifikaatio, lähetysväline - optinen kuitu);

yhdessä MLT-3-koodin kanssa (100Base TX -spesifikaatio, UTP Cat 5e -lähetysväline).

Koodissa on myös koodeja, joissa on esimerkiksi kolme signaalitilaa 8V/6T 8 bitin lähdeinformaation koodaamiseen käytetään 6 elementin kolmiosaisen koodin koodisanoja. Jokainen elementti voi saada yhden kolmesta arvosta (+1, 0, -1). Koodin redundanssi 8V/6T korkeampi kuin koodi 4V/5V, koska 28 = 256 lähdemerkit huomioitu 3 6 =729 tuloksena olevat koodisanat. Tätä koodausmenetelmää käytetään 100Base T4 -spesifikaatiossa - kun järjestetään 100 Mbit/s Ethernet UTP Cat3 -kaapelilla (vanhentunut määritys). Tässä käytetään samanaikaisesti kolmea kierrettyä paria bittivirran lähettämiseen. Jokaisen parin tiedonsiirtonopeus on N=100 Mbit/s / 3 = 33,3 Mbit/s, lineaarisen signaalin modulaationopeus on 25 M Baud (8:6=1,33; 33,3:1,33=25), mikä mahdollistaa käytön UTP Cat3 suojaamaton kierretty parikaapeli.

Koodissa8B/10B Joka 8 alkuperäisen sekvenssin bittiä korvataan koodisanan kymmenellä bitillä. Tässä tapauksessa 256 alkuyhdistelmää varten on tuloksena 1024 yhdistelmää. Kun vaihdat kooditaulukon mukaisesti, noudata seuraavia sääntöjä:

yhdessäkään tuloksena olevassa yhdistelmässä (koodisanassa) ei saa olla enemmän kuin 4 identtistä bittiä peräkkäin;

mikään tuloksena oleva yhdistelmä ei saa sisältää enempää kuin 6 nollaa tai 6 ykköstä;

Koodia 8B/10B(+NRZI) käytetään Gigabit Ethernet 1000Base-X -standardissa (kun valokuitua käytetään tiedonsiirtovälineenä).

Verkkosovittimet suorittavat loogisen koodauksen. Koska hakutaulukon käyttö on hyvin yksinkertainen toimenpide, looginen redundanssikoodausmenetelmä ei vaikeuta tämän laitteen toiminnallisia vaatimuksia.

Tietyn suorituskyvyn varmistamiseksiNRedundanssikoodia käyttävän bit/s lähettimen on toimittava suuremmalla kellonopeudella. Joten signaalin lähettämiseen koodina 4V/5V tiedonsiirtonopeudella N= 100 Mbit/s, lähettimen on toimittava kellotaajuudella 125 MHz (ts.B=125 MBd). Tässä tapauksessa lineaarisen signaalin spektri laajenee. Redundantin potentiaalikoodin signaalin spektri osoittautuu kuitenkin kapeammaksi kuin signaalin spektri Manchesterkoodi, joka oikeuttaa loogisen koodauksen lisävaiheen sekä vastaanottimen ja lähettimen toiminnan korotetulla kellotaajuudella.

Sekoitus edustaa sellaista alkuperäisen bittisekvenssin "sekoitusta", jossa ykkösten ja nollien esiintymisen todennäköisyys fyysisen koodausmoduulin sisääntulossa tulee lähelle 0,5. Laitteita (tai ohjelmistomoduuleja), jotka suorittavat tällaisen toiminnon, kutsutaan sekoittimet (sekoitus - kaatopaikka, järjetön kokoonpano).

Kaavio sekoituslaitteen liittämiseksi viestintäkanavaan

Lähettimen sekoituslaite muuttaa alkuperäisen digitaalisen virran rakenteen. Vastaanottimen salauksenpurkuohjelma palauttaa alkuperäisen bittisekvenssin. Melkein ainoa toiminto, jota käytetään sekoitus- ja purkuohjelmissa XOR - "bittikohtaisesti poissulkeva TAI"(lisäys moduuli 2).

Sekoittimen ja salauksenpurkulaitteen pääosa on pseu(PSG) K-bittisen siirtorekisterin muodossa, jossa on palaute.

Scrambler-descrambler-pareja on 2 päätyyppiä:

itsesynkronointi;

alkuasennuksella (lisäaine).

Itseajastuspiirejä ohjaa salattu sekvenssi. Näillä järjestelmillä on haittana virheiden moninkertaistuminen. Virheellisen symbolin vaikutus näkyy niin monta kertaa kuin piirissä on takaisinkytkentäliitäntöjä.

Muunnelma sekoituksen toteuttamisesta itsesynkronoivassa piirissä.

Toteuttakoon esimerkiksi sekoitus relaatio B i =A i +B i -5 +B i -7 .

Tässä Bi on sekoituslaitteen i:nnellä kellojaksolla saadun koodin binäärinumero; Ai – lähdekoodin binäärinumero, joka vastaanotetaan lähettimessä sekoitustulossa i:nnellä kellojaksolla; B i -5 ja B i -7 ovat tuloksena olevan koodin binäärinumerot, jotka on saatu muokkaimen aikaisemmissa kellojaksoissa "i-5" ja "i-7" kellojaksoilla.

Vastaanottimen salauksenpurkuohjelma palauttaa alkuperäisen sekvenssin käyttämällä relaatiota

C i =B i +B i-5 +B i-7 =(A i +B i-5 +B i-7)+B i-5 +B i-7 =A i

Additiivisissa piireissä sekoitettu sekvenssi ei mene siirtorekistereihin, virheiden etenemistä ei tapahdu, mutta sekoitus-purkaja-parin toiminnan synkronointi vaaditaan.

Avoimet kaapelistandardit Avoimet kaapelointistandardit, koodausmekanismi http://www.site/lan/standarti_otkritih_kabeljnih_sistem http://www.site/@@site-logo/logo.png

Avoimet kaapelistandardit

Avoimet kaapelointistandardit, koodausmekanismi

Peruskäsitteet: koodausmenetelmät, lähetysmalli, signaalispektri, yksi- ja kaksipuoleiset signaalit

Lähiverkkotietojärjestelmiä verrataan joskus liikenneinfrastruktuuriin. Kaapelit ovat moottoriteitä, liittimet tieliittymiä, verkkokortit ja laitteet ovat päätteitä. Verkkoprotokollat liittyvät liikennesääntöihin, jotka määrittävät myös ajoneuvojen tyypin, suunnittelun ja ominaisuudet.

Avoimet kaapelointistandardit, joita kutsutaan myös strukturoiduiksi standardeiksi, määrittelevät parametrit ja säännöt signaalinsiirtoympäristön rakentamiselle. Siirtovälineenä ovat sähkö- ja valokaapelit, jotka on kytketty kanaviin liittimillä. Langattomassa viestinnässä signaalit lähetetään radioaaltojen, mukaan lukien infrapuna, kautta. Vapaata tilaa ei kuitenkaan vielä pidetä paikallisten verkkojen välineenä.

Standardit määrittelevät elementtien - kaapelien, liittimien, johtojen ja kanavien - taajuudet ja dynaamiset alueet.

Toinen standardiryhmä, jonka ovat kehittäneet standardiorganisaatiot, kuten Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ja julkiset organisaatiot, kuten ATM Forum ja Gigabit Ethernet Alliance, määrittelevät verkkoprotokollien fyysisen kerroksen parametrit. Näitä ovat kellotaajuus, koodausmenetelmä, lähetysmenetelmä ja signaalispektri.

Avoin tiedonvaihtojärjestelmä OSI (Open System Interconnect), joka määrittelee standardit tiedonsiirrolle ja tiedonsiirrolle missä tahansa verkossa, jakaa kaikki järjestelmän vuorovaikutuksen toiminnot seitsemään tasoon.

Alempi eli fyysinen kerros tarjoaa tietojen muuntamisen sähkömagneettisiksi signaaleiksi, jotka on tarkoitettu tietylle siirtovälineelle ja päinvastoin. Fyysiseltä kerrokselta toiseen tai datalinkkikerrokseen välitetyt signaalit ovat riippumattomia lähetysvälineestä. Ensimmäisellä ja toisella tasolla toimivat verkkoprotokollat määrittelevät moottoriteitä pitkin lähetettyjen signaalien parametrit.

Jotkut artikkelissa esitetyt analogiat antavat meille mahdollisuuden ymmärtää paremmin kellotaajuuden, signaalispektrin ja tiedonsiirtonopeuden välistä suhdetta.

Jos kuvittelet, että kellotaajuus on auton moottorin nopeus, tiedonsiirtonopeus on liikkeen nopeus. Muuntaminen yhdestä toiseen varmistetaan koodauksella tai vaihteistolla.

Koodausmekanismi

Digitaalinen tiedonsiirto vaatii useita pakollisia toimintoja:

lähettimen ja vastaanottimen kellotaajuuden synkronointi;
bittisekvenssin muuntaminen sähköiseksi signaaliksi;
sähköisen signaalin spektrin taajuuden vähentäminen suodattimilla;
supistetun spektrin siirto viestintäkanavan kautta;
signaalin vahvistus ja sen muodon palauttaminen vastaanottimella;
Analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi.

Tarkastellaan kellotaajuuden ja bittisekvenssin välistä suhdetta. Bittivirta lähetetään nopeudella, jonka määrittää bittien lukumäärä aikayksikköä kohti. Toisin sanoen bittiä sekunnissa on diskreettien signaalimuutosten lukumäärä aikayksikköä kohti. Kellotaajuus hertseinä mitattuna on signaalin sinimuotoisten muutosten lukumäärä aikayksikköä kohti.

Tämä ilmeinen vastaavuus on synnyttänyt väärän käsityksen hertsin ja bittien sekunnissa arvojen riittävyydestä. Käytännössä kaikki on monimutkaisempaa. Tiedonsiirtonopeus on yleensä suurempi kuin kellotaajuus. Lähetysnopeuden lisäämiseksi signaali voi kulkea rinnakkain useiden parien yli. Tiedot voidaan lähettää bitteinä tai tavuina. Koodatulla signaalilla voi olla kaksi, kolme, viisi tai useampia tasoja. Jotkut signaalin koodausmenetelmät vaativat ylimääräistä datan koodausta tai synkronointia, mikä vähentää informaatiosignaalien siirtonopeutta.

Kuten taulukosta näkyy, MHz:n ja Mbit/s:n välillä ei ole yksittäistä vastaavuutta.

Taulukko 1. Kanavaluokan, taajuusalueen ja maksimidatanopeuden välinen suhde

Jokainen protokolla vaatii tietyn spektrin leveyden tai halutessasi tietoliikenteen valtatien leveyden. Koodausjärjestelmät muuttuvat monimutkaisemmiksi, jotta tietoväyliä voitaisiin hyödyntää paremmin. Kuten analogisesti moottorin kanssa, sitä ei tarvitse pyörittää maksiminopeudelle, on suositeltavaa kytkeä vaihde.

Ensimmäinen vaihde - koodit RZ ja Manchester-II

Koodi RZ

Tiedonsiirto suoritetaan bitin alussa, paluu nollatasolle on bitin puolivälissä. RZ-koodin erityispiirre on, että bitin keskellä on aina siirtymä (positiivinen tai negatiivinen). Siksi jokainen bitti on merkitty. Vastaanotin voi erottaa itse signaalista kellopulssin (strobo), jolla on pulssin toistotaajuus. Sidos suoritetaan jokaiselle bitille, mikä varmistaa, että vastaanotin on synkronoitu lähettimen kanssa. Tällaisia koodeja, jotka sisältävät välähdyksen, kutsutaan itsesynkronoituviksi.

RZ-koodin haittana on, että se ei hyödytä tiedonsiirtonopeutta. Lähettääksesi nopeudella 10 Mbps tarvitaan 10 MHz:n kantoaaltotaajuus. Lisäksi kolmen tason erottaminen edellyttää parempaa signaali-kohinasuhdetta vastaanottimen tulossa kuin kaksitasoisissa koodeissa.

Yleisin RZ-koodin käyttö on valokuituverkoissa. Valoa siirrettäessä ei ole positiivisia ja negatiivisia signaaleja, joten käytetään kolmea valopulssien tehotasoa.

Koodi Manchester-II

Manchester-II-koodi tai Manchester-koodi on yleisin paikallisissa verkoissa. Se kuuluu myös itsesynkronoituviin koodeihin, mutta toisin kuin RZ-koodissa, siinä ei ole kolmea, vaan vain kaksi tasoa, mikä tarjoaa paremman kohinansietokyvyn.

Looginen nolla vastaa siirtymää ylemmälle tasolle bittivälin keskellä ja looginen nolla alemmalle tasolle. Koodauslogiikka näkyy selvästi esimerkissä ykkösten tai nollien sekvenssin lähettämisestä. Vuorottelevia bittejä lähetettäessä pulssin toistotaajuus puolitetaan.

Koodauslogiikka näkyy selvästi esimerkissä ykkösten tai nollien sekvenssin lähettämisestä. Vuorottelevia bittejä lähetettäessä pulssin toistotaajuus puolitetaan.

Manchester-koodatun signaalin taajuusspektri sisältää vain kaksi kantoaaltotaajuutta. Kymmenen megabitin protokollalla tämä on 10 MHz lähetettäessä signaalia, joka koostuu kaikista noloista tai kaikista ykkösistä, ja 5 MHz signaalille, jossa vuorottelevat nollia ja ykkösiä. Siksi kaistanpäästösuodattimia käyttämällä voit helposti suodattaa pois kaikki muut taajuudet.

Manchester-II-koodi on löytänyt sovelluksen valokuitu- ja sähköverkoissa. Yleisin LAN-protokolla, 10 Mbit/s Ethernet, käyttää tätä koodia.

Toinen vaihde - koodi NRZ

NRZ (Non Return to Zero) -koodi on yksinkertaisin kaksitasoinen koodi. Nolla vastaa alempaa tasoa, yksi ylempää tasoa. Tiedonsiirrot tapahtuvat bittirajoilla. Koodivaihtoehto NRZI (Non Return to Zero Inverted) - vastaa käänteistä napaisuutta.

Koodin kiistaton etu on sen yksinkertaisuus. Signaalia ei tarvitse koodata ja dekoodata.

Lisäksi tiedonsiirtonopeus on kaksinkertainen taajuuteen verrattuna. Korkein taajuus tallennetaan vuorotellen ykkösiä ja nollia. 1 Hz:n taajuudella lähetetään kaksi bittiä. Muissa yhdistelmissä taajuus on pienempi. Lähetettäessä identtisten bittien sarja, signaalin muutostaajuus on nolla.

NRZ-koodilla (NRZI) ei ole synkronointia. Tämä on sen suurin haittapuoli. Jos vastaanottimen kellotaajuus eroaa lähettimen taajuudesta, synkronointi menetetään, bitit muunnetaan ja dataa menetetään.

Pakettien vastaanoton alun synkronointiin käytetään aloituspalvelubittiä, esimerkiksi yksi. NRZI-koodin tunnetuin sovellus on ATM155-standardi. Yleisin protokolla, RS232, jota käytetään yhteyksiin PC:n sarjaportin kautta, käyttää myös NRZ-koodia. Tiedot siirretään 8-bittisinä tavuina, joihin liittyy aloitus- ja lopetusbitit.

Neljäs vaihde - koodi MLT-3

Kolmitasoisella lähetyskoodilla MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) on paljon yhteistä NRZ-koodin kanssa. Tärkein ero on kolme signaalitasoa.

Yksi vastaa siirtymistä signaalitasolta toiselle. Signaalitaso muuttuu peräkkäin ottaen huomioon edellisen siirtymän. Signaalin maksimitaajuus vastaa ykkösten sarjan lähetystä. Lähetettäessä nollia signaali ei muutu. Tiedonsiirrot tallennetaan bittirajalle. Yksi signaalijakso sisältää neljä bittiä.

MLT-3-koodin, samoin kuin NRZ-koodin, haittana on synkronoinnin puute. Tämä ongelma ratkaistaan käyttämällä datamuunnosta, joka eliminoi pitkät nollasekvenssit ja epäsynkronoinnin mahdollisuuden.

Vaihteisto - datakoodaus 4B5B

NRZ-koodia käyttäviä protokollia täydennetään useimmiten 4B5B-datakoodauksella. Toisin kuin signaalin koodaus, joka käyttää kellotaajuutta ja siirtyy pulsseista bitteihin ja päinvastoin, datakoodaus muuntaa yhden bittisarjan toiseksi.

4B5B-koodi käyttää viisibittistä kantaa nelibittisten informaatiosignaalien lähettämiseen. Viisibittinen järjestelmä tuottaa 32 (kahdesta viiteen) kaksinumeroista aakkosnumeerista merkkiä, joiden desimaaliarvo on 00 - 31. Datalle on varattu neljä bittiä tai 16 (kahdesta neljänteen) merkkiä.

Nelibittinen informaatiosignaali koodataan uudelleen viisibittiseksi signaaliksi lähettimen kooderissa. Muunnetussa signaalissa on 16 arvoa tiedon lähettämiseen ja 16 redundanttia arvoa. Vastaanottimen dekooderissa viisi bittiä puretaan informaatio- ja palvelusignaaleiksi. Palvelusignaaleille on varattu yhdeksän symbolia, seitsemän symbolia poissuljettu.

Yhdistelmät, joissa on enemmän kuin kolme nollaa, eivät sisälly (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000). Tällaiset signaalit tulkitaan V-symbolilla ja vastaanottimen komennolla VIOLATION - vika. Komento osoittaa virheen, joka johtuu suuresta häiriöstä tai lähettimen viasta. Ainoa viiden nollan yhdistelmä (00 - 00000) viittaa palvelusignaaleihin, tarkoittaa Q-symbolia ja sen tila on QUIET - ei signaalia linjalla.

Tietojen koodaus ratkaisee kaksi ongelmaa - synkronoinnin ja kohinansietokyvyn parantamisen. Synkronointi tapahtuu poistamalla yli kolmen nollan sekvenssit. Suuri kohinansieto saavutetaan valvomalla vastaanotettua dataa viiden bitin aikavälillä.

Tietojen koodauksen hinta pienentää hyödyllisen tiedon siirtonopeutta. Kun neljään informaatiobittiin lisätään yksi redundantti bitti, taajuuden käytön tehokkuus protokollissa, joissa on MLT-3-koodi ja 4B5B-datakoodaus, laskee vastaavasti 25 %.

Käytettäessä MLT-3-signaalikoodausta ja 4B5B-dataa yhdessä, neljäs lähetys toimii itse asiassa kuten kolmas - 3 bittiä tietoa signaalin kantoaaltotaajuuden 1 hertsiä kohti. Tätä menetelmää käytetään TP-PMD-protokollassa.

Viides vaihde - PAM-koodi 5

Edellä käsitellyt signaalin koodausmenetelmät olivat bittipohjaisia. Bittikoodauksessa jokainen bitti vastaa protokollan logiikan määräämää signaaliarvoa.

Tavukoodauksessa signaalin taso määräytyy kahdella tai useammalla bitillä.

Viisitasoinen PAM 5 -koodi käyttää viittä amplituditasoa ja kaksibittistä koodausta. Jokaiselle yhdistelmälle asetetaan jännitetaso. Kaksibittisessä koodauksessa tiedon lähettämiseen tarvitaan neljä tasoa (kaksi toiseen tehoon - 00, 01, 10, 11). Kahden bitin lähettäminen samanaikaisesti vähentää signaalin taajuutta puoleen.

Viides taso lisätään luomaan redundanssia virheiden korjaamiseen käytettävään koodiin. Tämä antaa ylimääräisen 6 dB:n signaali-kohinasuhteen varauksen.

PAM 5 -koodia käytetään 1000 Base T Gigabit Ethernet -protokollassa (katso Gigabit Ethernet -siirtokaavio). Tämä protokolla tarjoaa tiedonsiirron nopeudella 1000 Mbit/s signaalispektrin leveydellä vain 125 MHz.

Miten tämä saavutetaan? Tietoa siirretään kaikilla neljällä parilla samanaikaisesti. Siksi jokaisen parin on tarjottava 250 Mbps nopeus. Kantoaaltospektrin maksimitaajuus lähetettäessä kaksibittisiä PAM 5 -koodisymboleja on 62,5 MHz. Ensimmäisen harmonisen lähetyksen huomioon ottaen 1000 Base T -protokolla vaatii jopa 125 MHz:n taajuuskaistan. Mutta kantoaallosta, harmonisista ja taajuuskaistasta tulisi keskustella erikseen.

Rungon leveys - vaadittu taajuusalue

Liikkumisnopeus ei riipu vain auton ominaisuuksista, vaan myös valtatien laadusta. Sama pätee tiedonsiirtoon. Pohditaanpa tietovaltateiden mahdollisuuksia.

Signaalin koodaus on menetelmä kellotaajuuden muuttamiseksi datanopeudeksi. Mikä on muutoksen tarkoitus? Nopeuden lisäämiseksi muuttamatta viestintäkanavan taajuusaluetta. Koodaus edellyttää monimutkaisempien lähetys- ja vastaanottolaitteiden käyttöä. Tämä on miinus. Mutta kun siirryt nopeampiin protokolliin, voit käyttää samoja kaapeleita. Ja tämä on jo iso plussa.

Esimerkiksi Fast Ethernet 100 Base T4 tarjoaa 100 Mbps verkkonopeuden luokan 3 (16 MHz) kaapeleiden kautta. Gigabit Ethernet 1000 Base T on toteutettu siten, että luokan 5 kanavien (100 MHz) perusteella, jossa on jonkin verran reserviä, se pystyy lähettämään 1000 Mbit/s.

Signaalispektrin leveys

Signaalia, jolla on sinimuotoinen muoto, kutsutaan harmoniseksi. Sen parametrit määräytyvät taajuuden ja amplitudin mukaan. Mitä enemmän signaalin muoto eroaa sinimuodosta, sitä enemmän se sisältää harmonisia komponentteja. Harmoniset taajuudet ovat kantoaaltotaajuuden kerrannaisia. Esimerkiksi tehonsyöttöstandardit edellyttävät signaalin jännitteen laadun arviointia 30. harmoniseen saakka.

Kompleksisen signaalin taajuusaluetta kutsutaan signaalin spektrileveydeksi. Se sisältää peruskomponentin, joka määrittää kantoaallon, ja harmoniset komponentit, jotka määräävät pulssien muodon.

Pulssimuodon palautus suoritetaan laitteistotasolla, joten harmoniset komponentit poistetaan suodattimien avulla.

Signaalin spektrileveys riippuu kellotaajuudesta, koodausmenetelmästä ja lähettimen suodattimen ominaisuuksista.

Kuva 6 havainnollistaa kuinka koodausmenetelmä voi pienentää kantoaaltotaajuutta. Kolmelle koodausmenetelmälle on annettu tilanteet, joissa vaaditaan maksimikantoaaltotaajuus. Yksi hertsikantoaalto kuljettaa yhden bitin (1) Manchester-koodauksessa, kaksi bittiä (01) NRZ-koodissa ja neljä bittiä (1111) MLT-3-koodissa. Koodauskerroin (lähetys) on yksi, kaksi ja neljä.

Muut bittiyhdistelmät vaativat alhaisempia taajuuksia. Esimerkiksi, kun nollia ja ykkösiä vaihdetaan, MLT-3-koodin kantoaaltotaajuus pienenee toisella kertoimella, pitkä nollien sekvenssi pienentää kantoaallon taajuuden nollaan.

Signaalin spektrin leveyttä ei pidä sekoittaa kellotaajuuteen. Kellotaajuus on metronomi, joka määrittää melodian tempon. Kuvassa 6 kellotaajuus vastaa bittinopeutta. Signaalin spektrileveys tässä analogiassa on signaalin verhokäyrä, mikäli sen avulla voimme palauttaa alkuperäisen pulssisignaalin.

Analogisessa lähetyksessä spektrin leveys on melodia, jolla on paljon laajempi spektri. Jos yrität lähettää melodian puhelimessa, sinun on uhrattava spektri. Tiedonsiirtolinja, jolla on kapea kaistanleveys, "katkaisee" ylemmän harmonisen. Samanaikaisesti kapeakaistaisen viestintäkanavan lähdössä olevan melodian äänenlaatu heikkenee.

Digitaalinen lähetys vaatii vähemmän harmonisia alkuperäisen signaalin palauttamiseksi kuin analoginen lähetys. Digitaalisten signaalien lähetys- ja vastaanottotekniikan avulla voit palauttaa alkuperäisen signaalin spektrin kantoaaltoa käyttämällä. Virhesuhteen pienentämiseksi on kuitenkin oltava läsnä ensimmäinen harmoninen, joka kaksinkertaistaa spektrin leveyden tai taajuusalueen.

Yksi- ja kaksipuoliset signaalit

Signaali, jolla ei ole nollataajuista spektrienergiaa, on kaksisivukaistainen. Kaksisuuntaisella kaistalla on kaksi kertaa ensimmäisen harmonisen leveys kuin yksisuuntaisella kaistalla. Signaalispektri Manchesterin koodauksen jälkeen on kaksikaistainen. Koodaus NRZ-, MLT-3- ja PAM 5 -menetelmillä tuottaa yksisivukaistaisen signaalin.

Kuten edellä mainittiin, Manchester-II-koodi tarjoaa kaksi kantoaaltotaajuutta: 5 MHz ja 10 MHz.

10 MHz taajuus lähetetään yhdellä harmonisella (kantoaalto ja harmoniset on merkitty punaisella kuvassa 7). 5 MHz taajuudella (merkitty vihreällä) on kolme yliaaltoaluetta. Loput harmoniset katkaistaan suodattimilla.

Joten lähetettäessä yksisivukaistaista NRZ-koodattua signaalia nopeudella 10 Mbit/s, tarvitaan 10 MHz. Manchesterin kymmenen megabitin protokollan luoma kaksikaistainen signaali vaatii 20 MHz kaistanleveyttä.

NRZ-signaalin koodausmenetelmää toteuttava ATM 155 -kantoaaltospektri, jonka kellotaajuus on 155,52 MHz, vaatii 77,76 MHz:n kaistanleveyttä. Kun otetaan huomioon yksi kantoaalto, signaalin kaistanleveys on 155,52 MHz.

Vakioluokan 5 maksimipituinen kanava tarjoaa 100 MHz kaistanleveyden ja signaali-kohina-marginaali 3,1 dB. Tässä tapauksessa ylimääräisen signaalin tehon nollamarginaali kohinaan nähden on taajuudella 115 MHz. Siten spektrianalyysin avulla voimme päätellä, että tiedon valtatie ei ole riittävän leveä.

Valtatien leveyden lisäksi kankaan laatu riippuu epätasaisuuksista. Kaapelikanavien osalta tämä on signaali/kohinasuhde, joka riippuu ensisijaisesti liitosten - irrotettavien liitäntöjen - laadusta. Kohinan aallon luonne ja luokan 5 poikkeavuus luokan D protokollien vaatimusten kanssa käsitellään yksityiskohtaisesti artikkelissa Kategoria 5 puute.

Johtopäätökset

Koodaustekniikat ja monimutkaiset piirit, joissa käytetään kaikkia kierrettyjä pareja, tarjoavat suuremmat tiedonsiirtonopeudet ilman, että lähetysvälineen taajuusalue tai informaatiovaltateiden leveys kasvaa suhteellisesti.

Koodausmenetelmien analyysi antaa mahdollisuuden päätellä, että luokan 5 järjestelmillä on pulaa resursseista jopa oman luokkansa sovelluksille. Nykypäivän tietoliikenneväylät vaativat suurempaa valmistelua siirtyäkseen kymmenen megabitin sovelluksista nopeisiin protokolliin.

Linkkien purkaminen kuviin.

Toiminnot asiakirjan kanssa