Manchester-codecodering. Doel en formaat van de Manchester-2-code. Beperkingsproblemen oplossen

Coderingsmechanisme

Digitale gegevensoverdracht vereist verschillende verplichte handelingen:

· synchronisatie van de klokfrequentie van zender en ontvanger;

Het omzetten van een reeks bits in een elektrisch signaal;

· het verminderen van de frequentie van het elektrische signaalspectrum met behulp van filters;

· transmissie van een beperkt spectrum via een communicatiekanaal;

· signaalversterking en vormherstel door de ontvanger;

· Omzetten van een analoog signaal naar een digitaal signaal.

Laten we eens kijken naar de relatie tussen klokfrequentie en bitvolgorde. De bitstroom wordt verzonden met een snelheid die wordt bepaald door het aantal bits per tijdseenheid. Met andere woorden bits per seconde is het aantal discrete veranderingen signaal per tijdseenheid. De klokfrequentie, gemeten in hertz, is het aantal sinusoïdale veranderingen signaal per tijdseenheid.

Deze voor de hand liggende correspondentie heeft aanleiding gegeven tot een misvatting over de toereikendheid van de waarden van hertz en bits per seconde. In de praktijk is alles ingewikkelder. De gegevensoverdrachtsnelheid is doorgaans hoger dan de klokfrequentie. Om de transmissiesnelheid te verhogen, kan het signaal over meerdere paren parallel lopen. Gegevens kunnen in bits of bytes worden verzonden. Het gecodeerde signaal kan twee, drie, vijf of meer niveaus hebben. Sommige signaalcoderingsmethoden vereisen aanvullende gegevenscodering of synchronisatie, waardoor de transmissiesnelheid van informatiesignalen wordt verminderd.

Zoals uit de tabel blijkt, bestaat er geen één-op-één-correspondentie tussen MHz en Mbit/s.

Tabel 1. Relatie tussen kanaalcategorie, frequentiebereik en maximale datasnelheid

Elk het protocol vereist een bepaalde spectrumbreedte of, als je dat liever hebt, de breedte van de informatiesnelweg . Codeerschema's worden steeds complexer om beter gebruik te kunnen maken van de informatiesnelwegen. Net als bij de analogie met de motor is het helemaal niet nodig om hem op maximale snelheid te laten draaien; het is beter om de versnelling in te schakelen.

Eerste versnelling - codes RZ en Manchester-II

Code RZ

RZ is een code met drie niveaus die terugkeert naar niveau nul nadat elk bit aan informatie is verzonden. Dit heet Return to Zero-codering. Een logische nul komt overeen met een positieve impuls, een logische nul - een negatieve.

De informatieovergang vindt plaats aan het begin van de bit, de terugkeer naar het nulniveau bevindt zich in het midden van de bit. Bijzonder aan de RZ-code is dat er altijd een overgang (positief of negatief) in het midden van de bit zit. Daarom is elk bit gelabeld. De ontvanger kan markeren een synchronisatiepuls (stroboscoop), die een pulsherhalingssnelheid heeft van het signaal zelf. De binding wordt op elke bit uitgevoerd, wat ervoor zorgt dat de ontvanger gesynchroniseerd wordt met de zender. Zo een codes die een flitser dragen, worden zelfsynchroniserend genoemd.

Gebrek RZ-code is dat hij levert geen winst op in de snelheid van de gegevensoverdracht. Om met 10 Mbps te kunnen zenden, is een draaggolffrequentie van 10 MHz vereist. Bovendien vereist het onderscheid tussen de drie niveaus een betere signaal-ruisverhouding aan de ingang van de ontvanger dan bij codes met twee niveaus.

Het meest voorkomende gebruik van de RZ-code is glasvezelnetwerken. Bij het uitzenden van licht zijn er geen positieve en negatieve signalen, daarom worden er drie vermogensniveaus van lichtpulsen gebruikt.

Code Manchester-II

Code Manchester-II of Manchester-code is de meest gebruikte in lokale netwerken. Het geldt ook voor zelfsynchroniserende codes, maar in tegenstelling tot de RZ-code heeft deze niet drie, maar slechts twee niveaus, wat zorgt voor een betere immuniteit tegen ruis.

Een logische nul komt overeen met een overgang naar het bovenste niveau in het midden van het bitinterval, en een logische nul komt overeen met een overgang naar het lagere niveau.

De coderingslogica is duidelijk zichtbaar in het voorbeeld van het verzenden van een reeks enen of nullen. Bij het verzenden van afwisselende bits wordt de pulsherhalingssnelheid gehalveerd.

Informatieovergangen in het midden van de bit blijven bestaan, maar grensovergangen (op de grens van bitintervallen) ontbreken bij het afwisselen van enen en nullen. Dit gebeurt met behulp van een reeks blokkeringspulsen. Deze pulsen zijn gesynchroniseerd met informatiepulsen en zorgen ervoor dat ongewenste grensovergangen worden uitgesloten.

Het grote voordeel van de Manchester-code is de afwezigheid van een constante component bij het verzenden van een lange reeks enen of nullen. Dankzij dit wordt galvanische isolatie van signalen op de eenvoudigste manieren uitgevoerd, bijvoorbeeld met behulp van pulstransformatoren. Goede geluidsimmuniteit. Het foutcriterium is het ‘bevriezen’ van het signaal op een van de niveaus gedurende een tijd die de transmissietijd van één informatiebit overschrijdt, aangezien het signaal altijd ‘oscilleert’ en nooit ‘bevriest’.

Het frequentiespectrum van een signaal met Manchester-codering omvat alleen: twee draaggolffrequenties. Voor een protocol van tien megabit is dit 10 MHz bij het verzenden van een signaal dat uit allemaal nullen of allemaal enen bestaat, en 5 MHz voor een signaal met afwisselend nullen en enen. Met banddoorlaatfilters kunt u daarom eenvoudig alle andere frequenties wegfilteren.

De Manchester-II-code heeft toepassing gevonden in glasvezel- en elektrische netwerken. Het meest voorkomende LAN-protocol, 10 Mbit/s Ethernet, gebruikt deze code.

Kanalen die de code "Manchester II" gebruiken

Dit diagram laat zien in welk stadium de sommatie van het bitsignaal en de stroboscoop wordt uitgevoerd en omgekeerd: de Manchester-decompositie.

Code RZ

RZ-code (Return to Zero - met een terugkeer naar nul) - deze code met drie niveaus kreeg deze naam omdat na een aanzienlijk signaalniveau in de eerste helft van het bitinterval er een terugkeer is naar een bepaald "nul", gemiddeld niveau ( bijvoorbeeld naar nulpotentiaal). De overgang ernaar vindt plaats in het midden van elk bitinterval. Logische nul komt daarom overeen met een positieve puls, en logische één met een negatieve puls (of omgekeerd) in de eerste helft van het bitinterval.

Er is altijd een signaalovergang (positief of negatief) in het midden van het bitinterval, daarom kan de ontvanger eenvoudig een klokpuls (stroboscoop) uit deze code halen. Tijdreferentie is niet alleen mogelijk naar het begin van het pakket, zoals in het geval van de NRZ-code, maar ook naar elk afzonderlijk bit, zodat bij geen enkele pakketlengte synchronisatieverlies zal optreden.

Een ander belangrijk voordeel van de RZ-code is de eenvoudige timing van de ontvangst, zowel tot het begin van de reeks als tot het einde ervan. De ontvanger hoeft alleen maar te analyseren of er tijdens het bitinterval een verandering in het signaalniveau optreedt of niet. Het eerste bitinterval zonder verandering van het signaalniveau komt overeen met het einde van de ontvangen bitreeks (Fig.). Daarom kan de RZ-code gebruik maken van sequentietransmissie met variabele lengte.

Bepalen van het begin en einde van de ontvangst met de RZ-code

Het nadeel van de RZ-code is dat deze tweemaal de kanaalbandbreedte nodig heeft bij dezelfde bitsnelheid vergeleken met NRZ (aangezien er twee signaalniveauveranderingen per bitinterval zijn). Een gegevensoverdrachtsnelheid van 10 Mbit/s vereist bijvoorbeeld een verbindingsbandbreedte van 10 MHz, en niet 5 MHz, zoals bij de NRZ-code.

Baudrate en doorvoer met RZ-code

Een ander belangrijk nadeel is de aanwezigheid van drie niveaus, wat de uitrusting van zowel zender als ontvanger altijd ingewikkeld maakt.

De RZ-code wordt niet alleen gebruikt in netwerken op basis van elektrische kabels, maar ook in glasvezelnetwerken. Het is waar dat er geen positieve en negatieve signaalniveaus in zitten, dus worden de volgende drie niveaus gebruikt: geen licht, "medium" licht, "sterk" licht. Dit is erg handig: ook als er geen informatieoverdracht plaatsvindt, is het licht nog steeds aanwezig, waardoor het eenvoudig is om zonder extra maatregelen de integriteit van de glasvezelcommunicatielijn vast te stellen.

Gebruik van RZ-code in glasvezelnetwerken

De Manchester-code (of Manchester-II-code) wordt het meest gebruikt in lokale netwerken. Het behoort ook tot zelfsynchroniserende codes, maar in tegenstelling tot RZ heeft het niet drie, maar slechts twee niveaus, wat bijdraagt aan de betere ruisimmuniteit en de vereenvoudiging van ontvangende en verzendende knooppunten. Een logische nul komt overeen met een positieve overgang in het midden van een bitinterval (dat wil zeggen, de eerste helft van het bitinterval is laag, de tweede helft is hoog), en een logische nul komt overeen met een negatieve overgang in het midden van een bitinterval. bitinterval (of omgekeerd).

Net als bij RZ zorgt de verplichte aanwezigheid van een overgang in het midden van de bit ervoor dat de Manchester-codeontvanger gemakkelijk een synchronisatiesignaal uit het binnenkomende signaal kan selecteren en informatie in willekeurig grote reeksen kan verzenden zonder verliezen als gevolg van desynchronisatie. Het toegestane verschil tussen de klokken van de ontvanger en de zender kan oplopen tot 25%.

Net als de RZ-code vereist de Manchester-code tweemaal de lijncapaciteit van de eenvoudigste NRZ-code. Voor een transmissiesnelheid van 10 Mbit/s is bijvoorbeeld 10 MHz bandbreedte nodig (Figuur 3.15).

Overdrachtssnelheid en doorvoer met Manchester-code

Net als bij de RZ-code kan de ontvanger in dit geval eenvoudig niet alleen het begin van de verzonden bitreeks, maar ook het einde ervan bepalen. Als er tijdens het bitinterval geen signaalovergang plaatsvindt, eindigt de ontvangst. In Manchester-code is het mogelijk om reeksen bits van variabele lengte te verzenden (Fig. 3.16). Het proces van het bepalen van de transmissietijd wordt ook wel draaggolfcontrole genoemd, hoewel de draaggolffrequentie in dit geval niet expliciet aanwezig is.

Bepalen van het begin en einde van een ontvangst met behulp van de Manchester-code

De Manchester-code wordt gebruikt in zowel elektrische als glasvezelkabels (in het laatste geval komt het ene niveau overeen met de afwezigheid van licht en het andere met de aanwezigheid ervan).

Het belangrijkste voordeel van de Manchester-code is de constante component in het signaal (de helft van de tijd bevindt het signaal zich op een hoog niveau, de andere helft op een laag niveau). De DC-component is gelijk aan de gemiddelde waarde tussen twee signaalniveaus.

Als het hoge niveau een positieve waarde heeft en het lage niveau dezelfde negatieve waarde, dan is de constante component gelijk aan nul. Hierdoor is het mogelijk om eenvoudig pulstransformatoren voor galvanische scheiding in te zetten. In dit geval is er geen extra stroombron nodig voor de communicatielijn (zoals bijvoorbeeld bij het gebruik van galvanische isolatie met optocoupler), de invloed van laagfrequente interferentie die niet door de transformator gaat, wordt sterk verminderd en de Het matchingprobleem is eenvoudig op te lossen.

Als een van de signaalniveaus in de Manchester-code nul is (zoals bijvoorbeeld in een Ethernet-netwerk), dan zal de waarde van de DC-component tijdens verzending gelijk zijn aan ongeveer de helft van de signaalamplitude. Dit maakt het gemakkelijk om botsingen van pakketten in het netwerk (conflict, botsing) te detecteren door de afwijking van de constante componentwaarde voorbij de vastgestelde limieten.

Het frequentiespectrum van een signaal met Manchester-codering omvat slechts twee frequenties: bij een transmissiesnelheid van 10 Mbit/s is dit 10 MHz (overeenkomend met een uitgezonden keten van allemaal nullen of allemaal enen) en 5 MHz (overeenkomend met een reeks afwisselende nullen en enen: 1010101010.. .). Daarom kunt u met de eenvoudigste banddoorlaatfilters eenvoudig alle andere frequenties (interferentie, interferentie, ruis) verwijderen.

Er worden twee hoofdtypen fysieke codering gebruikt: gebaseerd op een sinusoïdaal draaggolfsignaal en gebaseerd op een reeks rechthoekige pulsen. De eerste methode wordt vaak genoemd modulatie of analoge modulatie, waarbij de nadruk wordt gelegd op het feit dat codering wordt uitgevoerd door de parameters van het analoge signaal te wijzigen. De tweede methode wordt meestal aangeroepen digitale codering. Deze methoden verschillen in de breedte van het spectrum van het resulterende signaal en de complexiteit van de apparatuur die nodig is voor de implementatie ervan.

Bij het digitaal coderen van discrete informatie worden potentiaal- en pulscodes gebruikt. In potentiële codes wordt alleen de potentiële waarde van het signaal gebruikt om logische enen en nullen weer te geven, en de druppels, die volledige pulsen vormen, worden niet in aanmerking genomen. Met pulscodes kunt u binaire gegevens weergeven als pulsen met een bepaalde polariteit, of een deel van de puls als een potentiaalverschil in een bepaalde richting.

Wanneer rechthoekige pulsen worden gebruikt om discrete informatie te verzenden, is het noodzakelijk een codeermethode te kiezen die tegelijkertijd verschillende doelen bereikt:

had de kleinste spectrumbreedte van het resulterende signaal bij dezelfde bitsnelheid;
zorgde voor synchronisatie tussen de zender en ontvanger;
had het vermogen om fouten te herkennen;
had een lage verkoopprijs.

Een smaller spectrum aan signalen maakt het mogelijk een hogere gegevensoverdrachtsnelheid te bereiken op dezelfde lijn (met dezelfde bandbreedte). Bovendien moet het signaalspectrum vaak geen DC-component hebben, dat wil zeggen de aanwezigheid van een gelijkstroom tussen de zender en de ontvanger. Synchronisatie van zender en ontvanger is nodig zodat de ontvanger precies weet op welk moment het nodig is om nieuwe informatie van de communicatielijn te lezen. De netwerken maken gebruik van zogenaamde zelfsynchroniserende codes, waarvan de signalen voor de zender informatie bevatten over wanneer het nodig is om het volgende bit te herkennen.

De vereisten voor codeermethoden zijn onderling tegenstrijdig, daarom heeft elk van de hieronder besproken digitale codeermethoden zijn eigen voor- en nadelen in vergelijking met andere.

In afb. De meest populaire fysieke coderingsmethoden worden gegeven.

Potentiële code zonder terug te keren naar nul (Non Return to Zero, NRZ)

De NRZ-methode is eenvoudig te implementeren, heeft een goede foutherkenning (vanwege twee sterk verschillende potentiëlen), maar heeft niet de eigenschap van zelfsynchronisatie. Bij het verzenden van een lange reeks enen of nullen verandert het signaal op de lijn niet, waardoor de ontvanger uit het ingangssignaal niet kan bepalen op welke momenten de gegevens opnieuw moeten worden gelezen. Om het begin van de pakketontvangst te synchroniseren, wordt een startservicebit, bijvoorbeeld één, gebruikt. Het meest gebruikelijke protocol, RS232, dat wordt gebruikt voor verbindingen via de seriële poort van de pc, maakt ook gebruik van de NRZ-code. Informatie wordt verzonden in bytes van 8 bits, vergezeld van start- en stopbits.

Potentieel code NRZI (Niet terugkeren naar nul omgekeerd)

Deze code is handig in gevallen waarin het gebruik van een derde signaalniveau hoogst ongewenst is, bijvoorbeeld in optische kabels, waar twee signaaltoestanden stabiel worden herkend: licht en donker. De NRZI-code heeft geen synchronisatie. Dit is het grootste nadeel. Als de klokfrequentie van de ontvanger verschilt van de zenderfrequentie, gaat de synchronisatie verloren, worden bits geconverteerd en gaan gegevens verloren. Om het begin van de pakketontvangst te synchroniseren, wordt een startservicebit, bijvoorbeeld één, gebruikt. De meest bekende toepassing van de NRZI-code is de ATM155-standaard.

Bipolaire codeermethode met alternatieve inversie ( Bipolaire alternatieve tekeninversie, AMI )

Deze methode (Figuur 1, c) gebruikt drie potentiële niveaus: negatief, nul en positief. Om een logische eenheid te coderen, wordt een nulpotentiaal gebruikt en wordt een logische eenheid gecodeerd door een positieve of negatieve potentiaal, waarbij het potentieel van elke nieuwe eenheid tegengesteld is aan het potentieel van de vorige.

De AMI-code elimineert gedeeltelijk de DC- en het gebrek aan zelfsynchronisatieproblemen die inherent zijn aan de NRZ-code. Dit gebeurt bij het verzenden van lange reeksen enen. In deze gevallen is het signaal op de lijnen een reeks multipolaire pulsen met hetzelfde spectrum als de NRZ-code, die afwisselend nullen en enen opleveren, dat wil zeggen zonder een constante component.

Over het algemeen resulteert het gebruik van de AMI-code bij verschillende bitcombinaties op een lijn in een smaller signaalspectrum dan de NRZ-code, en dus in een hogere lijncapaciteit.

Bipolaire pulscode

Naast potentiële codes gebruiken netwerken ook pulscodes, wanneer de gegevens worden weergegeven door een volledige puls of een deel ervan - een rand. Het eenvoudigste geval van deze benadering is een bipolaire pulscode, waarbij één wordt weergegeven door een puls met de ene polariteit en nul door een andere (figuur 1, d). Elke puls duurt een halve tel. Deze benadering heeft uitstekende zelfsynchroniserende eigenschappen, maar er kan een constante component aanwezig zijn, bijvoorbeeld bij het verzenden van een lange reeks enen of nullen. Bovendien is het spectrum ervan breder dan dat van potentiële codes.

Manchester-code (Manchester II)

Het wordt gebruikt in Ethernet- en Token Ring-technologieën. In de Manchester-code wordt een potentiaalverschil, dat wil zeggen de flank van een puls, gebruikt om enen en nullen te coderen. Bij Manchester-codering wordt elke maat in twee delen verdeeld. Informatie wordt gecodeerd door potentiële dalingen die optreden in het midden van elke klokcyclus. Een één wordt gecodeerd door een daling van een laag signaalniveau naar een hoog niveau, en een nul wordt gecodeerd door een omgekeerde daling. Aan het begin van elke klokcyclus kan er een signaaldaling optreden als u meerdere enen of nullen op een rij moet weergeven. Omdat het signaal minstens één keer per transmissiecyclus van één databit verandert, heeft de Manchester-code goede zelfsynchroniserende eigenschappen. De bandbreedte van de Manchester-code is smaller dan die van de bipolaire puls. Het heeft ook geen constante component. Voor de verzending worden twee signaalniveaus gebruikt. De Manchester-code heeft toepassing gevonden in glasvezel- en elektrische netwerken.

Code MLT-3

De MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) transmissiecode op drie niveaus (e) heeft veel gemeen met de NRZ-code. Het belangrijkste verschil zijn de drie signaalniveaus. Eén komt overeen met een overgang van het ene signaalniveau naar het andere. Het signaalniveau verandert opeenvolgend, rekening houdend met de vorige overgang. De maximale frequentie van het signaal komt overeen met de verzending van een reeks enen. Bij het verzenden van nullen verandert het signaal niet. Informatieovergangen worden op de bitgrens geregistreerd. Eén signaalcyclus bevat vier bits. Het nadeel van de MLT-3-code, evenals de NRZ-code, is het gebrek aan synchronisatie. Dit probleem wordt opgelost door gebruik te maken van een datatransformatie die lange reeksen nullen en de mogelijkheid van desynchronisatie elimineert.

Potentiaalcode 2B1Q (PAM 5)

Figuur 1, g toont een code met vijf niveaus die gebruik maakt van vijf amplitudeniveaus en twee-bits codering. Dit is een 2B1Q-code (of PAM 5-code), waarvan de naam de essentie ervan weerspiegelt: elke twee bits (2B) worden in één klokcyclus verzonden door een signaal met vier toestanden (1Q). Bitpaar 00 komt overeen met een potentiaal van –2,5 V, bitpaar 01 komt overeen met een potentiaal van –0,833 V, paar 11 komt overeen met een potentiaal van +0,833 V en paar 10 komt overeen met een potentiaal van +2,5 V. Deze codeermethode vereist aanvullende maatregelen om lange reeksen identieke bitparen tegen te gaan, omdat het signaal in dit geval verandert in een constante component. Bij willekeurige afwisseling van bits is het signaalspectrum tweemaal zo smal als dat van de NRZ-code, aangezien bij dezelfde bitsnelheid de pulsduur wordt verdubbeld. Met de 2B1Q-code kunt u dus twee keer zo snel gegevens over dezelfde lijn overbrengen dan met de AMI- of NRZI-code. Bij de implementatie ervan moet het zendvermogen echter hoger zijn, zodat de vier niveaus duidelijk te onderscheiden zijn door de ontvanger tegen de achtergrond van interferentie. Er is een vijfde niveau toegevoegd om redundantie te creëren in de code die wordt gebruikt om fouten te corrigeren. Dit levert een extra signaal-ruisverhoudingsreserve op van 6 dB.

Er zijn geen soortgelijke berichten...

Mancunischcode verwijst naar zelfsynchroniserende pulscodes en heeft twee niveaus, wat een goede ruisimmuniteit biedt. Elke klokcyclus (bitinterval) is verdeeld in twee delen. Informatie wordt gecodeerd door potentiële dalingen die optreden in het midden van elke klokcyclus.

Een één wordt gecodeerd door een flank van een hoog signaalniveau naar een laag signaalniveau, en een nul wordt gecodeerd door een omgekeerde flank. Aan het begin van een klokcyclus kan een servicesignaaldaling optreden (bij het verzenden van meerdere enen of nullen achter elkaar).

Laten we speciale gevallen van codering bekijken, zoals in de voorgaande gevallen.

Bij Manchester codering maakt de verplichte signaalverandering in het midden van elk bitinterval het gemakkelijk om het kloksignaal te isoleren. Dat is waarom Mancunischcode heeft goed zelfsynchroniserend eigenschappen.

Het signaal bevat geen constante component, de frequentie van de fundamentele harmonische van het signaal ligt in het bereik van fo=N/2 Hz tot fo=N Hz, variërend afhankelijk van het type bitstream.

Manchester-codering werd gebruikt in vroege versies van Ethernet-technologie met een overdrachtssnelheid van 10 Mbit/s.

Differentiële Manchester-code

De logische waarden "0" en "1" worden respectievelijk verzonden beschikbaarheid of gebrek aan verschuivingen signaalniveau in begin klok (bit) interval. In het midden van het bitinterval vindt een verplichte verandering van de signaalwaarde plaats.

Differentiële Manchester-codering

Deze code heeft dezelfde voor- en nadelen als Mancunisch.

Van alle codes die we hebben overwogen, heeft Manchester-codering de beste zelfsynchronisatie, aangezien de signaalovergang minstens één keer per klokcyclus plaatsvindt.

De Manchester-code wordt gebruikt in Ethernet-netwerken met een transmissiesnelheid van 10 Mbit/s (10Base-T). Differentiële Manchester-code – in netwerken met Token Ring-technologie.

Momenteel zijn ontwikkelaars tot de conclusie gekomen dat het in veel gevallen rationeler is om potentiële codering te gebruiken, waarbij de tekortkomingen ervan worden geëlimineerd met behulp van de zogenaamde logisch codering (cm. verderop in dit gedeelte).

Code met terugkeer naar nul rz (Return to Zero)

Bit "1" - puls een polariteit in de eerste helft van het bitinterval, in de tweede helft van het bitinterval heeft het signaal een nulpotentiaal.

Bit “0” – puls een andere polariteit in de eerste helft van het bitinterval, in de tweede helft van het bitinterval heeft het signaal een nulpotentiaal. De code heeft goede synchronisatie-eigenschappen.

Voor deze code het bitinterval
.

Codeer met inversie van cmi-codewaarden.

Bij deze transmissiemethode wordt bit 1 volgens de regels weergegeven quasi-ternair codering, en bit 0 - in de vorm van twee pulsen van tegengestelde polariteit met een tekenverandering in het midden. De code heeft ook goede synchronisatie-eigenschappen.

Potentiële code 2b1q

Dit is een potentiële code met vier signaalniveaus voor het coderen van gegevens. De naam weerspiegelt de essentie van codering: elke twee bits (2B) verzonden in één klokcyclus door een signaal van een bepaald niveau (1Q) . Een lineair signaal heeft vier toestanden. Met andere woorden: de informatietransmissiesnelheid N is bij deze coderingsmethode tweemaal de modulatiesnelheid B.

Codering 2B1Q

Signaal in code 2B1Q

De figuur toont een signaal dat overeenkomt met de bitreeks: 01 01 10 00. De fundamentele frequentie van het signaal in de 2B1Q-code overschrijdt de waarde niet fo=N/4 Hz

Om deze coderingsmethode te implementeren moet het zendvermogen echter hoger zijn, zodat de vier potentiële waarden door de ontvanger duidelijk worden onderscheiden van de achtergrondruis.

Code MLT3 (Transmissie op meerdere niveaus - 3) .

Er worden drie transmissieniveaus gebruikt: “-1”, “0”, “+1”.

Eenheid komt overeen vereist overgang van het ene signaalniveau naar het andere op de grens van het klokinterval.

Nul komt overeen afwezigheid veranderingen in het niveau van het lineaire signaal.

Bij het verzenden van een reeks enen omvat de vier bits. In dit geval fo=N/4 Hz Dit is de maximale fundamentele frequentie van het signaal in de code MLT-3. In het geval van een afwisselende reeks nullen en enen ligt de fundamentele harmonische van het signaal op de frequentie fo=N/8 Hz, wat twee keer minder is dan de code NRZI.

Signaal in MLT-3-code

Logische codering

Logische codering uitgevoerd door de zender tot fysiekcodering die hierboven is besproken met behulp van kanaal- of fysieke laagmiddelen. In het stadium logischcodering worstelen met de tekortkomingen van methoden fysiekdigitaalcodering - afwezigheidsynchronisatie, beschikbaarheidconstantebestanddeel. Dus eerst met middelen logischcodering Er worden gecorrigeerde bitreeksen gevormd, die vervolgens eenvoudig worden gebruikt methodenfysiekcodering verzonden via communicatielijnen.

Booleaanscodering omvat het vervangen van de bits van de oorspronkelijke informatiereeks door een nieuwe reeks bits die dezelfde informatie bevat, maar ook aanvullende eigenschappen heeft, bijvoorbeeld de mogelijkheid voor de ontvangende kant om fouten in ontvangen gegevens te detecteren of op betrouwbare wijze de synchronisatie met het binnenkomende signaal te behouden .

Onderscheiden twee logische codeermethoden:

- codering redundante code;

- klauteren.

Overbodig codes (tabelcodes) zijn gebaseerd op het verdelen van de originele bitreeks in groepen en het vervolgens vervangen van elke originele groep door een codewoord in overeenstemming met de tabel. Het codewoord bevat altijd meer bits dan de oorspronkelijke groep.

Logische code 4V/5V vervangt de oorspronkelijke 4-bitsgroepen door 5-bits codewoorden. Als gevolg hiervan is het totale aantal mogelijke bitcombinaties voor hen (2 5 =32) groter dan voor de oorspronkelijke groepen (2 4 =16). Daarom kan de codetabel 16 van dergelijke combinaties bevatten die niet bevatten meer dan twee nullen op rij en gebruik ze om gegevens over te dragen. De code garandeert dat voor elke combinatie van codewoorden er niet meer dan drie nullen achter elkaar op de regel kunnen verschijnen.

De resterende codecombinaties worden gebruikt om servicesignalen te verzenden (transmissiesynchronisatie, begin van datablok, einde van datablok, transmissiecontrole op verbindingsniveau). Ongebruikte codewoorden kunnen door de ontvanger worden gebruikt om fouten in de datastroom te detecteren. De prijs voor de voordelen die met deze methode van gegevenscodering worden verkregen, is een verlaging van de transmissiesnelheid van nuttige informatie met 25%.

Lineaire code	Symbool	Originele groep

4V/5V logische codering wordt gebruikt in Ethernet-netwerken met een overdrachtssnelheid van 100 Mbps:

in combinatie met de NRZI-code (100Base FX-specificatie, transmissiemedium - glasvezel);

in combinatie met MLT-3-code (100Base TX-specificatie, UTP Cat 5e-transmissiemedium).

Er zijn ook codes met drie signaaltoestanden, bijvoorbeeld in de code 8V/6T Om 8 bits broninformatie te coderen worden codewoorden van een ternaire code van 6 elementen gebruikt. Elk element kan een van de drie waarden aannemen (+1, 0, -1). Redundantie van codes 8V/6T hoger dan code 4V/5V, sinds tegen 2 8 = 256 brontekens worden verwerkt 3 6 =729 de resulterende codewoorden. Deze coderingsmethode wordt gebruikt in de 100Base T4-specificatie - bij het organiseren van 100 Mbit/s Ethernet via een UTP Cat3-kabel (verouderde specificatie). Hier worden 3 getwiste paren tegelijkertijd gebruikt om de bitstroom te verzenden. De informatieoverdrachtsnelheid voor elk paar is N=100 Mbit/s / 3 = 33,3 Mbit/s, de modulatiesnelheid van het lineaire signaal is 25 M Baud (8:6=1,33; 33,3:1,33=25), waardoor het gebruik van UTP Cat3 onafgeschermde twisted pair-kabel.

In code8B/10V Elke 8 bits van de originele reeks worden vervangen door tien bits van het codewoord. In dit geval zijn er voor 256 initiële combinaties 1024 resulterende combinaties. Bij vervanging volgens de codetabel worden de volgende regels in acht genomen:

geen enkele resulterende combinatie (codewoord) mag meer dan 4 identieke bits op rij hebben;

geen enkele resulterende combinatie mag meer dan zes nullen of zes enen bevatten;

Code 8B/10B(+NRZI) wordt gebruikt in de Gigabit Ethernet 1000Base-X-standaard (wanneer glasvezel wordt gebruikt als medium voor gegevensoverdracht).

Netwerkadapters voeren logische codering uit. Omdat het gebruik van een opzoektabel een zeer eenvoudige handeling is, compliceert de logische redundantiecoderingsmethode de functionele vereisten voor deze apparatuur niet.

Om de opgegeven doorvoer te garanderenNEen bit/s-zender die redundantiecode gebruikt, moet op een hogere kloksnelheid werken. Dus een signaal in code verzenden 4V/5V met informatieoverdrachtssnelheid N= 100 Mbit/s, de zender moet op een klokfrequentie werken 125 MHz (d.w.z.B=125 MBd). In dit geval breidt het spectrum van het lineaire signaal zich uit. Het spectrum van het signaal van de redundante potentiaalcode blijkt echter smaller te zijn dan het spectrum van het signaal in Manchestercode, wat de extra fase van logische codering rechtvaardigt, evenals de werking van de ontvanger en zender op een verhoogde klokfrequentie.

Klauteren vertegenwoordigt een dergelijke "vermenging" van de originele bitreeks waarbij de waarschijnlijkheid van het verschijnen van enen en nullen aan de ingang van de fysieke coderingsmodule bijna 0,5 wordt. Apparaten (of softwaremodules) die een dergelijke bewerking uitvoeren, worden aangeroepen scramblers (scramble - dump, wanordelijke montage).

Schema voor het aansluiten van een scrambler op een communicatiekanaal

De scrambler in de zender transformeert de structuur van de originele digitale stream. Een descrambler in de ontvanger herstelt de oorspronkelijke bitreeks. Bijna de enige bewerking die wordt gebruikt in scramblers en descramblers is XOR - "bitsgewijze exclusieve OR"(aanvulling door module 2).

Het grootste deel van de scrambler en descrambler is een pseudo-willekeurige sequentiegenerator (PSG) in de vorm van een K-bit schuifregister met terugkoppeling.

Er zijn 2 hoofdtypen scrambler-descrambler-paren:

zelfsynchroniserend;

bij eerste installatie (additief).

Zelfgetimede circuits worden aangedreven door een gecodeerde reeks. Deze schema's hebben het nadeel dat ze fouten vermenigvuldigen. De invloed van een foutief symbool komt net zo vaak voor als er feedbackverbindingen in het circuit zijn.

Een variant van het implementeren van scrambling in een zelfsynchroniserend circuit.

Laat bijvoorbeeld een scrambler de relatie B i =A i +B i -5 +B i -7 implementeren.

Hier is Bi het binaire cijfer van de resulterende code verkregen bij de i-de klokcyclus van de scrambler; Ai – binair cijfer van de broncode, ontvangen in de zender op de scrambler-ingang tijdens de i-de klokcyclus; B i -5 en B i -7 zijn de binaire cijfers van de resulterende code verkregen in respectievelijk de voorgaande klokcycli van de scrambler op de klokcycli "i-5" en "i-7".

De descrambler in de ontvanger herstelt de oorspronkelijke volgorde met behulp van de relatie

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

In additieve circuits komt de gecodeerde reeks de schuifregisters niet binnen, er is geen voortplanting van fouten, maar synchronisatie van de werking van het scrambler-descrambler-paar is vereist.

Open bekabelingsstandaarden Open bekabelingsstandaarden, coderingsmechanisme http://www.site/lan/standarti_otkritih_kabeljnih_sistem http://www.site/@@site-logo/logo.png

Open bekabelingsstandaarden

Open bekabelingsstandaarden, coderingsmechanisme

Basisconcepten: coderingsmethoden, transmissieschema, signaalspectrum, enkelzijband- en dubbelzijdige bandsignalen

Lokale netwerkinformatiesystemen worden soms vergeleken met transportinfrastructuur. Kabels zijn snelwegen, connectoren zijn kruispunten, netwerkkaarten en apparaten zijn terminals. Netwerkprotocollen zijn gekoppeld aan verkeersregels, die mede bepalend zijn voor het type, het ontwerp en de kenmerken van voertuigen.

Open bekabelingsstandaarden, ook wel gestructureerde standaarden genoemd, definiëren de parameters en regels voor het construeren van een signaaloverdrachtomgeving. Het transmissiemedium bestaat uit elektrische en glasvezelkabels die via connectoren in kanalen zijn verbonden. Bij draadloze communicatie worden signalen verzonden via radiogolven, inclusief infrarood. Vrije ruimte wordt echter nog niet beschouwd als medium voor lokale netwerken.

Normen definiëren de frequentie en het dynamische bereik van elementen: kabels, connectoren, lijnen en kanalen.

Een andere groep standaarden, ontwikkeld door standaardorganisaties zoals het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) en publieke organisaties zoals het ATM Forum en Gigabit Ethernet Alliance, definieert de fysieke laagparameters van netwerkprotocollen. Deze omvatten klokfrequentie, coderingsmethode, transmissieschema en signaalspectrum.

Het open informatie-uitwisselingssysteem OSI (Open System Interconnect), dat standaarden definieert voor communicatie en gegevensoverdracht in elk netwerk, verdeelt alle functies van systeeminteractie in zeven niveaus.

De onderste of fysieke laag zorgt voor de omzetting van gegevens in elektromagnetische signalen bedoeld voor een specifiek transmissiemedium, en vice versa. Signalen die van de fysieke laag naar de tweede laag of datalinklaag worden verzonden, zijn onafhankelijk van het transmissiemedium. Netwerkprotocollen die op het eerste en tweede niveau werken, definiëren de parameters van de signalen die langs de snelwegen worden verzonden.

Sommige analogieën die in het artikel worden gegeven, stellen ons in staat de relatie tussen klokfrequentie, signaalspectrum en gegevensoverdrachtsnelheid beter te begrijpen.

Als je je voorstelt dat de klokfrequentie de snelheid van de automotor is, dan is de gegevensoverdrachtsnelheid de bewegingssnelheid. De omzetting van de een naar de ander wordt verzekerd door codering of een versnellingsbak.

Coderingsmechanisme

Digitale gegevensoverdracht vereist verschillende verplichte handelingen:

synchronisatie van de klokfrequentie van de zender en ontvanger;
het omzetten van een reeks bits in een elektrisch signaal;
het verminderen van de frequentie van het elektrische signaalspectrum met behulp van filters;
transmissie van gereduceerd spectrum via een communicatiekanaal;
signaalversterking en vormherstel door de ontvanger;
Een analoog signaal omzetten naar een digitaal signaal.

Laten we eens kijken naar de relatie tussen klokfrequentie en bitvolgorde. De bitstroom wordt verzonden met een snelheid die wordt bepaald door het aantal bits per tijdseenheid. Met andere woorden: bits per seconde zijn het aantal discrete signaalveranderingen per tijdseenheid. De klokfrequentie, gemeten in hertz, is het aantal sinusoïdale veranderingen in een signaal per tijdseenheid.

Deze voor de hand liggende correspondentie heeft aanleiding gegeven tot een misvatting over de toereikendheid van de waarden van hertz en bits per seconde. In de praktijk is alles ingewikkelder. De gegevensoverdrachtsnelheid is doorgaans hoger dan de klokfrequentie. Om de transmissiesnelheid te verhogen, kan het signaal over meerdere paren parallel lopen. Gegevens kunnen in bits of bytes worden verzonden. Het gecodeerde signaal kan twee, drie, vijf of meer niveaus hebben. Sommige signaalcoderingsmethoden vereisen aanvullende gegevenscodering of synchronisatie, waardoor de transmissiesnelheid van informatiesignalen wordt verminderd.

Zoals uit de tabel blijkt, bestaat er geen één-op-één-correspondentie tussen MHz en Mbit/s.

Tabel 1. Relatie tussen kanaalcategorie, frequentiebereik en maximale datasnelheid

Elk protocol vereist een bepaalde spectrumbreedte of, als je dat liever hebt, de breedte van de informatiesnelweg. Codeerschema's worden steeds complexer om beter gebruik te kunnen maken van de informatiesnelwegen. Net als bij de analogie met de motor is het helemaal niet nodig om hem op maximale snelheid te laten draaien; het is beter om de versnelling in te schakelen.

Eerste versnelling - codes RZ en Manchester-II

Code RZ

De informatieovergang vindt plaats aan het begin van de bit, de terugkeer naar het nulniveau bevindt zich in het midden van de bit. Bijzonder aan de RZ-code is dat er altijd een overgang (positief of negatief) in het midden van de bit zit. Daarom is elk bit gelabeld. De ontvanger kan uit het signaal zelf een klokpuls (stroboscoop) halen, die een pulsherhalingssnelheid heeft. De binding wordt op elke bit uitgevoerd, wat ervoor zorgt dat de ontvanger gesynchroniseerd wordt met de zender. Dergelijke codes, die een flitser bevatten, worden zelfsynchroniserend genoemd.

Het nadeel van de RZ-code is dat deze geen enkel voordeel biedt op het gebied van gegevensoverdrachtsnelheid. Om met 10 Mbps te kunnen zenden, is een draaggolffrequentie van 10 MHz vereist. Bovendien vereist het onderscheid tussen de drie niveaus een betere signaal-ruisverhouding aan de ingang van de ontvanger dan bij codes met twee niveaus.

Het meest voorkomende gebruik van de RZ-code is in glasvezelnetwerken. Bij het uitzenden van licht zijn er geen positieve en negatieve signalen, daarom worden er drie vermogensniveaus van lichtpulsen gebruikt.

Code Manchester-II

De Manchester-II-code of Manchester-code is het meest wijdverspreid in lokale netwerken. Het behoort ook tot zelfsynchroniserende codes, maar heeft in tegenstelling tot de RZ-code niet drie, maar slechts twee niveaus, wat voor een betere ruisimmuniteit zorgt.

Een logische nul komt overeen met een overgang naar het bovenste niveau in het midden van het bitinterval, en een logische nul komt overeen met een overgang naar het lagere niveau. De coderingslogica is duidelijk zichtbaar in het voorbeeld van het verzenden van een reeks enen of nullen. Bij het verzenden van afwisselende bits wordt de pulsherhalingssnelheid gehalveerd.

De coderingslogica is duidelijk zichtbaar in het voorbeeld van het verzenden van een reeks enen of nullen. Bij het verzenden van afwisselende bits wordt de pulsherhalingssnelheid gehalveerd.

Het frequentiespectrum van een signaal met Manchester-codering omvat slechts twee draaggolffrequenties. Voor een protocol van tien megabit is dit 10 MHz bij het verzenden van een signaal dat uit allemaal nullen of allemaal enen bestaat, en 5 MHz voor een signaal met afwisselend nullen en enen. Met banddoorlaatfilters kunt u daarom eenvoudig alle andere frequenties wegfilteren.

De Manchester-II-code heeft toepassing gevonden in glasvezel- en elektrische netwerken. Het meest voorkomende LAN-protocol, 10 Mbit/s Ethernet, gebruikt deze code.

Tweede versnelling - code NRZ

De NRZ-code (Non Return to Zero) is de eenvoudigste code met twee niveaus. Nul komt overeen met het lagere niveau, één met het hogere niveau. Informatieovergangen vinden plaats op bitgrenzen. Codeoptie NRZI (Non Return to Zero Inverted) - komt overeen met omgekeerde polariteit.

Het onbetwiste voordeel van de code is de eenvoud ervan. Het signaal hoeft niet gecodeerd en gedecodeerd te worden.

Bovendien is de gegevensoverdrachtsnelheid het dubbele van de frequentie. De hoogste frequentie wordt geregistreerd bij het afwisselen van enen en nullen. Bij een frequentie van 1 Hz worden twee bits verzonden. Voor andere combinaties zal de frequentie lager zijn. Bij het verzenden van een reeks identieke bits is de signaalveranderingsfrequentie nul.

De NRZ-code (NRZI) heeft geen synchronisatie. Dit is het grootste nadeel. Als de klokfrequentie van de ontvanger verschilt van de zenderfrequentie, gaat de synchronisatie verloren, worden bits geconverteerd en gaan gegevens verloren.

Om het begin van de pakketontvangst te synchroniseren, wordt een startservicebit, bijvoorbeeld één, gebruikt. De meest bekende toepassing van de NRZI-code is de ATM155-standaard. Het meest gebruikelijke protocol, RS232, dat wordt gebruikt voor verbindingen via de seriële poort van de pc, maakt ook gebruik van de NRZ-code. Informatie wordt verzonden in bytes van 8 bits, vergezeld van start- en stopbits.

Vierde versnelling - code MLT-3

De transmissiecode met drie niveaus MLT-3 (Multi Level Transmission - 3) heeft veel gemeen met de NRZ-code. Het belangrijkste verschil zijn de drie signaalniveaus.

Eén komt overeen met een overgang van het ene signaalniveau naar het andere. Het signaalniveau verandert opeenvolgend, rekening houdend met de vorige overgang. De maximale frequentie van het signaal komt overeen met de verzending van een reeks enen. Bij het verzenden van nullen verandert het signaal niet. Informatieovergangen worden op de bitgrens geregistreerd. Eén signaalcyclus bevat vier bits.

Het nadeel van de MLT-3-code, evenals de NRZ-code, is het gebrek aan synchronisatie. Dit probleem wordt opgelost door gebruik te maken van een datatransformatie die lange reeksen nullen en de mogelijkheid van desynchronisatie elimineert.

Versnellingsbak - datacodering 4B5B

Protocollen die de NRZ-code gebruiken, worden meestal aangevuld met 4B5B-gegevenscodering. In tegenstelling tot signaalcodering, waarbij gebruik wordt gemaakt van een klokfrequentie en van pulsen naar bits gaat en omgekeerd, wordt bij gegevenscodering de ene reeks bits in de andere omgezet.

De 4B5B-code gebruikt een vijf-bits basis om informatiesignalen van vier bits te verzenden. Het vijf-bitsschema produceert 32 (twee tot de vijfde) alfanumerieke tekens van twee cijfers met een decimale waarde van 00 tot 31. Vier bits of 16 (twee tot de vierde) tekens worden toegewezen aan gegevens.

Het vier-bits informatiesignaal wordt in de zendercodeerder gehercodeerd naar een vijf-bits signaal. Het geconverteerde signaal heeft 16 waarden voor het verzenden van informatie en 16 redundante waarden. In de ontvangerdecoder worden vijf bits ontcijferd als informatie- en servicesignalen. Voor servicesignalen zijn negen symbolen toegewezen, zeven symbolen zijn uitgesloten.

Combinaties met meer dan drie nullen zijn uitgesloten (01 - 00001, 02 - 00010, 03 - 00011, 08 - 01000, 16 - 10000). Dergelijke signalen worden geïnterpreteerd door het V-symbool en het ontvangercommando VIOLATION - mislukking. Het commando geeft een fout aan vanwege hoge interferentie of zenderstoring. De enige combinatie van vijf nullen (00 - 00000) verwijst naar servicesignalen, betekent het Q-symbool en heeft de status QUIET - geen signaal op de lijn.

Gegevenscodering lost twee problemen op: synchronisatie en verbetering van de immuniteit tegen ruis. Synchronisatie vindt plaats door reeksen van meer dan drie nullen te elimineren. Hoge ruisimmuniteit wordt bereikt door ontvangen gegevens over een interval van vijf bits te bewaken.

De kosten van gegevenscodering zijn een verlaging van de transmissiesnelheid van nuttige informatie. Als gevolg van het toevoegen van één redundant bit aan vier informatiebits wordt de efficiëntie van het frequentiegebruik in protocollen met MLT-3-code en 4B5B-gegevenscodering met respectievelijk 25% verminderd.

Wanneer MLT-3-signaalcodering en 4B5B-gegevens samen worden gebruikt, werkt de vierde transmissie feitelijk als de derde: 3 bits informatie per 1 hertz signaaldraaggolffrequentie. Dit schema wordt gebruikt in het TP-PMD-protocol.

Vijfde versnelling - PAM-code 5

De hierboven besproken signaalcoderingsschema's waren op bits gebaseerd. Bij bitcodering komt elke bit overeen met een signaalwaarde die wordt bepaald door de protocollogica.

Bij bytecodering wordt het signaalniveau bepaald door twee bits of meer.

De PAM 5-code met vijf niveaus gebruikt 5 amplitudeniveaus en twee-bits codering. Voor elke combinatie wordt het spanningsniveau ingesteld. Bij twee-bits codering zijn vier niveaus nodig om informatie te verzenden (twee tot de tweede macht - 00, 01, 10, 11). Door twee bits tegelijkertijd te verzenden, wordt de frequentie van het signaal gehalveerd.

Er is een vijfde niveau toegevoegd om redundantie te creëren in de code die wordt gebruikt om fouten te corrigeren. Dit levert een extra signaal-ruisverhoudingsreserve op van 6 dB.

PAM 5-code wordt gebruikt in het 1000 Base T Gigabit Ethernet-protocol (zie Gigabit Ethernet-transmissiediagram). Dit protocol biedt datatransmissie met een snelheid van 1000 Mbit/s bij een signaalspectrumbreedte van slechts 125 MHz.

Hoe wordt dit bereikt? Gegevens worden op alle vier de paren tegelijkertijd verzonden. Daarom moet elk paar een snelheid van 250 Mbps bieden. De maximale frequentie van het draaggolfspectrum bij het verzenden van twee-bits PAM 5-codesymbolen is 62,5 MHz. Rekening houdend met de transmissie van de eerste harmonische vereist het 1000 Base T-protocol een frequentieband tot 125 MHz. Maar de draaggolf, harmonischen en frequentieband moeten afzonderlijk worden besproken.

Trunkbreedte - vereiste frequentieband

De bewegingssnelheid hangt niet alleen af van de mogelijkheden van de auto, maar ook van de kwaliteit van de snelweg. Hetzelfde geldt voor datatransmissie. Laten we eens kijken naar de mogelijkheden van informatiesnelwegen.

Signaalcodering is een methode voor het omzetten van de klokfrequentie in een datasnelheid. Wat is het doel van de transformatie? Om de snelheid te verhogen zonder het frequentiebereik van het communicatiekanaal te veranderen. Codering vereist het gebruik van complexere zend- en ontvangstapparatuur. Dit is een minpuntje. Maar als u overstapt op hogere snelheidsprotocollen, kunt u dezelfde kabels gebruiken. En dit is al een groot pluspunt.

Fast Ethernet 100 Base T4 biedt bijvoorbeeld netwerksnelheden van 100 Mbps via Categorie 3 (16 MHz) kabels. Gigabit Ethernet 1000 Base T is zo geïmplementeerd dat het op basis van categorie 5-kanalen (100 MHz), dat enige reserve heeft, 1000 Mbit/s kan verzenden.

Signaalspectrumbreedte

Een signaal dat een sinusoïdale vorm heeft, wordt harmonisch genoemd. De parameters worden bepaald door frequentie en amplitude. Hoe meer de signaalvorm verschilt van een sinusoïde, des te meer harmonische componenten het draagt. Harmonische frequenties zijn veelvouden van de draaggolffrequentie. Voedingsnormen vereisen bijvoorbeeld evaluatie van de kwaliteit van de signaalspanning tot aan de dertigste harmonische.

Het frequentiebereik van een complex signaal wordt de spectrale breedte van het signaal genoemd. Het omvat de fundamentele component, die de draaggolf bepaalt, en harmonische componenten, die de vorm van de pulsen bepalen.

Het herstel van de pulsvorm wordt op hardwareniveau uitgevoerd, zodat harmonische componenten worden verwijderd met behulp van filters.

De spectrale breedte van een signaal hangt af van de klokfrequentie, coderingsmethode en zenderfilterkarakteristieken.

Figuur 6 illustreert hoe de coderingsmethode de draaggolffrequentie kan verminderen. Voor de drie codeermethoden zijn situaties gegeven die de maximale draaggolffrequentie vereisen. Eén hertz-draaggolf draagt één bit (1) in Manchester-codering, twee bits (01) in NRZ-code en vier bits (1111) in MLT-3-code. De coderings- (transmissie)factor is respectievelijk één, twee en vier.

Andere bitcombinaties vereisen lagere frequenties. Wanneer nullen en enen worden afgewisseld, wordt de draaggolffrequentie van de MLT-3-code bijvoorbeeld met nog een factor twee verlaagd; een lange reeks nullen reduceert de draaggolffrequentie tot nul.

De spectrale breedte van een signaal mag niet worden verward met de klokfrequentie. De klokfrequentie is een metronoom die het tempo van de melodie bepaalt. In figuur 6 komt de klokfrequentie overeen met de bitsnelheid. De spectrale breedte van het signaal is in deze analogie de omhullende van het signaal, op voorwaarde dat we hierdoor het oorspronkelijke pulssignaal kunnen herstellen.

Bij analoge transmissie is de spectrale breedte de melodie met een veel breder spectrum. Als je een melodie via de telefoon probeert uit te zenden, zul je spectrum moeten opofferen. Een communicatielijn met een smalle bandbreedte zal de hogere harmonischen “afsnijden”. Tegelijkertijd zal de geluidskwaliteit van de melodie aan de uitgang van het smalbandcommunicatiekanaal verslechteren.

Digitale transmissie vereist minder harmonischen om het oorspronkelijke signaal te herstellen dan analoge transmissie. Dankzij de technologie voor het verzenden en ontvangen van digitale signalen kunt u het oorspronkelijke signaal herstellen met behulp van de spectrumdraaggolf. Om het foutenpercentage te verminderen moet echter de eerste harmonische aanwezig zijn, waardoor de spectrale breedte of het frequentiebereik wordt verdubbeld.

Enkelzijdige en dubbelzijdige signalen

Een signaal dat geen spectrale energie met een nulfrequentie heeft, is tweezijband. In een tweewegsband is de breedte van de eerste harmonische tweemaal zo groot als in een enkelwegsband. Het signaalspectrum na Manchester-codering is tweebands. Codering met behulp van NRZ-, MLT-3- en PAM 5-methoden produceert een enkelzijbandsignaal.

Zoals hierboven opgemerkt, biedt de Manchester-II-code twee draaggolffrequenties: 5 MHz en 10 MHz.

De 10 MHz-frequentie wordt verzonden met één harmonische (de draaggolf en de harmonischen zijn rood aangegeven in figuur 7). De 5 MHz-frequentie (aangegeven in groen) heeft drie harmonischen in het bovenste bereik. De overige harmonischen worden door filters afgesneden.

Bij het verzenden van een enkelzijband NRZ-gecodeerd signaal met 10 Mbit/s is dus 10 MHz vereist. Het dual-band signaal dat wordt gecreëerd door het Manchester-protocol van tien megabit vereist een bandbreedte van 20 MHz.

Het ATM 155-draaggolfspectrum, dat de NRZ-signaalcoderingsmethode implementeert en een klokfrequentie heeft van 155,52 MHz, vereist een bandbreedte van 77,76 MHz. Rekening houdend met één draaggolf bedraagt de signaalbandbreedte 155,52 MHz.

Een standaard Categorie 5-kanaal met maximale lengte biedt een bandbreedte van 100 MHz met een signaal-ruismarge van 3,1 dB. In dit geval zal de nulmarge voor overtollig signaalvermogen ten opzichte van ruis een frequentie van 115 MHz hebben. Spectrumanalyse stelt ons dus in staat te concluderen dat de informatiesnelweg onvoldoende breed is.

Naast de breedte van de snelweg is de kwaliteit van het doek afhankelijk van de oneffenheden. Met betrekking tot kabelkanalen is dit de signaal/ruis-verhouding, die vooral afhangt van de kwaliteit van de verbindingen - afneembare verbindingen. Het golfkarakter van geluid en het niet voldoen van Categorie 5 aan de eisen van Klasse D-protocollen wordt uitgebreid behandeld in het artikel Categorie 5 Tekortkoming.

Conclusies

Codeertechnieken en complexe circuits die gebruik maken van uitsluitend getwiste paren zorgen voor hogere datasnelheden zonder een proportionele toename van het frequentiebereik van het transmissiemedium of de breedte van informatiesnelwegen.

Analyse van codeermethoden stelt ons in staat te concluderen dat Categorie 5-systemen zelfs voor toepassingen van hun klasse een tekort aan middelen hebben. De huidige informatiesnelwegen vereisen een grotere voorbereiding om van tien-megabit-applicaties over te stappen op hogesnelheidsprotocollen.

Koppelingen naar afbeeldingen extraheren.

Bewerkingen met een document