Потенциальный код без возврата к нулю (NRZ)

На рис.5,а показан метод потенциального кодирования, называемый также кодированием без возврата к нулю (Non Return to Zero, NRZ).

Достоинства:

· наличие только двух уровней потенциала;

· хорошая распознаваемость ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов);

· низкая частота основной гармоники f₀ = С/2 Гц (где С – битовая скорость передачи данных);

· простота реализации.

Недостатки:

· не обладает свойством самосинхронизации; при передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные;

· наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей единиц или нулей, из-за чего многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают.

По этим причинам в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее, используются его различные модификации, в которых устраняют как плохую самосинхронизацию кода NRZ, так и наличие постоянной составляющей. Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники f₀, которая равна С/2 Гц. У других методов кодирования основная гармоника имеет более высокую частоту.

 

Биполярный импульсный код (RZ)

Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или же его частью - фронтом. Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, называемый также кодированием с возвратом к нулю (Return to Zero, RZ), в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль - другой (рис.5, б). Каждый импульс длится половину такта.

Достоинства:

· отличные самосинхронизирующие свойства.

Недостатки:

· наличие трех уровней сигнала, что требует увеличения мощности передатчика для обеспечения достоверности приема;

· спектр сигнала шире, чем у потенциальных кодов; так, при передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода будет равна С 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.

Из-за слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

 

Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (AMI)

Одной из модификаций метода RZ является метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI). В этом методе (рис.5,в) используются три уровня потенциала — отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Достоинства:

· частично ликвидируется проблема постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущих коду NRZ, при передаче длинных последовательностей единиц, когда сигнал на линии представляет собой последовательность разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гармоникой С/2 Гц;

· в целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ. а значит, и к более высокой пропускной способности линии, в частности, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника f₀ имеет частоту С/4 Гц;

· предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов; так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса; сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation).

Недостатки:

· наличие трех уровней сигнала на линии, что требует увеличения мощности передатчика примерно на 3 дБ для обеспечения той же достоверности приема бит на линии;

· в случае длинных последовательностей нулей, как и для кода NRZ, сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды.

 

Потенциальный код с инверсией при единице (NRZI)

Потенциальный код с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI) похож на AMI, но имеет только два уровня сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте, а при передаче единицы потенциал меняется на противоположный.

Манчестерский код

В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования был так называемый манчестерский код (рис.5, г). Он применяется в ЛВС Ethernet и Token Ring.

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. 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.

Достоинства:

· отличные самосинхронизирующие свойства, так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита данных;

· наличие только двух уровней потенциала;

· полоса пропускания манчестерского кода у же, чем у биполярного импульсного;

· нет постоянной составляющей;

· в среднем спектр манчестерского кода в полтора раза у же, чем у биполярного импульсного кода, а основная гармоника колеблется вблизи значения 3С/4; основная гармоника в худшем случае (при передаче последовательности единиц или нулей) имеет частоту С Гц, а в лучшем (при передаче чередующихся единиц и нулей) она равна С/2 Гц, как и у кодов AMI или NRZ.

Недостатки:

· спектр сигнала шире, чем у кода NRZ и кода AMI.