Потенциальный код с инверсией при единице NRZI

Этот код полностью похож на код AMI, но только использует два уровня сигнала. При передаче нуля он передает потенциал,который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный.

Этот код называется потенциальным кодом с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI). Он удобен в тех случаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно,например, в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояния сигнала - свет и темнота.

Рисунок 30. Применение метода кодирования NRZI

Этот код немного отличается по форме результирующего сигнала от кода AMI, но если вычислить основные гармоники, для каждого случая,то окажется, что они такие же. Для последовательности чередующихся единиц и нулей основная частота сигнала fо=N/4(рис.31);

Рисунок 31.

при последовательности единиц - fо=N/2(рис.32);

Рисунок 32

При последовательности нулей сохраняется тот же недостаток fо=0 - постоянный ток в линии.

Из всего выше сказанного, складывается такая картина:

NRZ - простой код, но без синхронизации вообще, медленный, и имеет постоянные составляющие, как при передаче нулей, так и при передаче единиц. Он не используется в чистом виде, но послужил основой для создания последующих кодов;

AMI - этот код немного улучшил ситуацию, тут ликвидировали постоянную составляющую при передаче единиц, но она осталась при передаче нулей, благодаря сужению спектра несущего сигнала увеличилась скорость передачи в два раза, но он требует трех уровней сигнала, что усложняет его реализацию.

NRZI - обеспечивает те же возможности, что и код AMI, но использует для этого только два уровня сигнала и поэтому более приемлем для дальнейшего усовершенствования. Этот код всем хорош, он и быстрый и двухуровневый, осталась только побороть две его проблемы - постоянную составляющую при последовательности нулей, и обеспечить синхронизацию при передаче. Как мы потом убедимся, код NRZI стал основным при разработке более улучшенных методов кодирования на более высоких уровнях.

Биполярный импульсный код

Мы уже с вами говорили о том, что в сетях кроме потенциальных кодов используются и импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или же его частью - фронтом.

Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсомодной полярности, а ноль - другой. Каждый импульс длится половину такта.Биполярный импульсный код - трехуровневый код. Давайте посмотрим результирующие сигналы при передаче данных биполярным кодированием в следующих частных случаях.

Рисунок 33. Применение метода биполярного кодирования

Как видим, во всех этих случаях,особенностью кода является то, что в центре бита всегда есть переход(положительный или отрицательный). Следовательно, каждый бит обозначен.Приемник может выделить синхроимпульс (строб), имеющий частоту следования импульсов, из самого сигнала. Привязка производится к каждому биту, что обеспечивает синхронизацию приемника с передатчиком.

Такие коды, несущие в себе строб, называют самосинхронизирующимися.

И это бесспорное преимущество биполярного кодирования. Давайте теперь рассмотрим спектр сигналов для каждого рассматриваемого случая. При передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода fо=N Гц, что в два раза выше основной гармоники кода NRZ и в четыре раза выше основной гармоники кода AMI при передаче чередующихся единиц и нулей. Этот недостаток кода не дает выигрыша в скорости передачи данных и явно свидетельствует о том, что импульсные коды медленнее потенциальных. Например,для передачи данных по линии со скоростью 10 Мбит/с, требуется частота несущего сигнала 10 МГц.

При передаче последовательности чередующихся нулей и единиц скорость возрастает, но не намного, частота основной гармоники кода fо=N/2 Гц.

Рисунок 34. Частота основной гармоники кода fо=N/2 Гц.

Биполярный импульсный код имеет большое преимущество, по сравнению с предыдущими кодами, - он самосинхронизирующийся. Но наряду с этим биполярные импульсные коды имеют широкий спектр сигнала, и поэтому очень медленные. Кроме этого, есть еще один его существенный недостаток биполярного кодирования - использование трех уровней. Из-за своего слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

Манчестерский код

Манчестерский код был разработан, как усовершенствованный биполярный. Поэтому манчестерский код также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от биполярного кода имеет не три, а только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность.

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса.

При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала,происходящими в середине каждого такта. Это происходит следующим образом: Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль -обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд.

Снова возьмем наш стандартный прием и рассмотрим частные случаи кодирования, а потом будем определять основные гармоники для каждой из последовательностей: нулей, единиц, чередующихся нулей и единиц.

Рисунок 35. Применение метода манчестерского кодирования

Во всех случаях можно заметить, что при манчестерском кодировании изменение сигнала в центре каждого бита, позволяет легко выделить синхросигнал. Поэтому манчестерский код и обладает хорошими самосинхронизирующимися свойствами. Самосинхронизация всегда дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника.

Определим основную частоту при передаче только единиц или только нулей. Как видно при передаче, как нулей, так и единиц, постоянная составляющая отсутствует. Частота основной гармоники fо=NГц, как и при биполярном кодировании. Благодаря этому гальваническая развязка сигналов в линиях связи может выполняться простейшими способами, например, с помощью импульсных трансформаторов. При передаче чередующихся единиц и нулей частота основной гармоники равна fо=N/2Гц.

Таким образом, манчестерский код это улучшенный биполярный код, улучшенный за счет использования для передачи данных только двух уровней сигнала, а в не трех, как в биполярном. Но этот код по-прежнему остается медленным по сравнению с NRZI, который в два раза быстрее.

В качестве примера возьмем для передачи данных линию связи с полосой пропускания 100 МГц и скоростью 100 Мбит. Исходя из этого, определяем, что для передачи данных кодом NRZI нам достаточно диапазона частоты от N/2-N/4 - это частоты от 25 -50 МГц, эти частоты входят в полосу пропускания нашей линии - 100 МГц.

Для манчестерского кода нам нужен диапазон частот от N до N/2 - это частоты от 50 до 100 MГц, в этом диапазоне находятся основные гармоники спектра сигнала. Для кода Манчестера он не удовлетворяет полосе пропускания нашей линии, и, следовательно, такой сигнал линия будет передавать с большими искажениями (такой код нельзя использовать на этой линии).