ПРИЛОЖЕНИЕ

КОДИРОВАНИЕ И СЖАТИЕ ДАННЫХ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ

П.1. Цифровое кодирование на физическом уровне

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные коды (ПК) и импульсные коды (ИК) . В ПК логические и отображают значениями потенциала сигнала. Перепады сигнала из целых импульсов не учитывают. ИК отображают двоичные данные импульсами заданной полярности или перепадами потенциала заданного направления. Для синхронизации передатчика и приемника применяют самосинхронизирующиеся коды. Они информируют приемник о моменте прихода очередного сигнала. Фронт сигнала служит указанием для синхронизации. Если несущие сигналы – дуги синусоид, приемник ищет момент появления кода по изменению амплитуды несущей частоты.

На рис. П.1 показаны методы кодирования данных . Метод NRZ (см. рис. П.1, а) - ПК без возврата к . При передаче последовательности из нет возврата сигнала к в течение такта. Код прост, хорошо находит ошибки благодаря м резко различным значениям потенциала. Самосинхронизации нет. При передаче длинной последовательности из или из сигнал на линии не меняется. Приемник не находит по входному сигналу моменты, когда надо считывать данные. На высокой скорости передачи и небольшое различие тактовых частот передатчика и приемника может дать ошибку в такт. При ПК амплитуды гармоник спектра сигнала медленно убывают с ростом их номера - нужна широкая полоса пропускания. имеет низкочастотную компоненту в спектре сигнала. При передаче длинных последовательностей из или она близка к . Во многих сетях нет гальванического соединения источника с приемником. Для них модифицируют, чтобы ослабить эти недостатки. Достоинство - низкая частота основной гармоники спектра сигнала. При передаче комбинации из чередующихся и со скоростью бит/с .

В методе AMI - биполярного кодирования с альтернативной инверсией (модификации ) есть уровня потенциала: отрицательный, нулевой и положительный (см. рис. П.1, б). Нулевой потенциал кодирует . Логическая кодируется потенциалом или . Потенциалы х последующих противоположны. У сигнала последовательности из в спектре нет постоянной компоненты. Длинные последовательности нулей опасны, как и для . Спектр сигнала уже (пропускная способность канала больше), чем для . позволяет найти неверные символы. Нарушение чередования полярности сигнала говорит о ложном импульсе (запрещенном сигнале) или о потере в линии корректного импульса. В есть не , а уровня сигнала. Поэтому мощность передатчика примерно на дБ больше, чем для при той же верности приема.

Рис. П.1. Методы дискретного кодирования данных

ПК с инверсией при (код NRZI) похож на , но имеет лишь уровня сигнала. При передаче передается потенциал предыдущего такта. При передаче потенциал инвертируется. Код удобен, если применение го уровня потенциала нежелательно. Например, - в оптических кабелях, где устойчиво распознаются состояния сигнала – свет и темнота. Для улучшения ПК, подобных и , применяют метода. Один основан на добавлении в исходный код избыточных . Длинных последовательностей из уже нет. Самосинхронизация кода есть при передаче любых данных. Исчезает постоянная компонента в спектре сигнала - спектр еще больше сужается. Уменьшается пропускная способность линии, так как избыточные не несут информацию пользователя. Другой метод основан на предварительном перемешивании символов исходной информации в скремблере передатчика. Вероятности появления и на линии становятся близкими. Скремблер работает по известному алгоритму. В состав приемника входит дескремблер, восстанавливающий исходную последовательность символов. Оба метода относятся к логическому, а не физическому кодированию, так как форму сигналов в линии они не определяют.

Биполярный ИК показан на рис. П.1, в. Здесь отображена импульсом одной полярности, а - другой. Каждый импульс длится такта. Код - самосинхронизирующийся. Постоянная компонента в спектре сигнала может быть, например, при передаче длинной последовательности из или из . Спектр этого кода шире, чем у ПК, так что его применяют редко.

В локальных компьютерных сетях (например, - в Ethernet и Token Ring) широко применяется манчестерский код (см. рис. П.1, г). Информация кодируется перепадами потенциала в середине каждого такта. Перепадом от низкого уровня сигнала к высокому кодируют , а обратным перепадом - . В начале каждого такта может быть служебный перепад сигнала, если надо отобразить несколько или подряд. Сигнал изменяется, по крайней мере, раз за такт передачи го символа данных. Поэтому изучаемый код имеет хорошие свойства самосинхронизации. Его полоса пропускания в среднем в раза уже, чем у биполярного ИК. В нем применяется лишь , а не , как в биполярном ИК, уровня сигнала.

На рис. П.1, д показан код ПК 2B1Q с мя уровнями сигнала для кодирования данных. Каждые бита передаются сигналом за такт. Парам бит: , , и , соответствуют потенциалы: , , и В. Необходимы меры борьбы с длинными последовательностями одинаковых пар бит, когда сигнал - постоянная составляющая. При случайном чередовании бит спектр сигнала кода в раза уже, чем у кода : при той же битовой скорости длительность такта возрастает в раза. Значит, кодом можно по одной и той же линии передавать данные в раза быстрее, чем кодом или . Но для мощность передатчика должна быть выше, чтобы различить уровня сигнала на фоне помех.