Логічне кодування
Логічне кодуваннявиконується передавачем дофізичного кодування, розглянутого вище, засобами канального або фізичного рівня. На етапілогічного кодуванняборються з недоліками методівфізичного цифрового кодування - відсутність синхронізації, наявність постійної складової. Таким чином, спочатку за допомогою засобів логічного кодування формуються виправлені бітові послідовності, які потім за допомогою простих методів фізичного кодування передаються по лініях зв'язку.
Логічне кодуванняпередбачає заміну біт вихідної інформаційної послідовності новою послідовністю біт, що несе ту ж інформацію, але володіє, крім цього, додатковими властивостями, наприклад можливістю для приймальної сторони виявляти помилки в прийнятих даних або надійно підтримувати синхронізацію з сигналом, що надходить.
Розрізняютьдва методи логічного кодування:
Надлишкові коди(табличні коди) засновані на розбиття вихідної послідовності біт на групи та наступній заміні кожної вихідної групи кодовим словом відповідно до таблиці. Кодове слово завжди містить більше біт, ніж вихідна група.
Логічний код 4В/5Взамінює вихідні групи завдовжки 4 біта кодовими словами довжиною 5 біт. Через війну загальна кількість можливих бітових комбінацій їм (2 5 =32) більше, ніж вихідних груп (2 4 =16). Тому в кодову таблицю можна включити 16 таких комбінацій, які не містять більше двох нулів поспіль, і використовувати їх для передачі даних.Код гарантує, що при будь-якому поєднанні кодових слів на лінії не можуть зустрітися більше трьох нулів поспіль.
Інші комбінації кодувикористовуються для передачі службових сигналів (синхронізація передачі, початок блоку даних, кінець блоку даних, управління передачею на канальному рівні). Ціна за отримані переваги за такого способу кодування даних - зниження швидкості передачі корисної інформації на 25%.
| Лінійний код | Символ | Початкова група |
| A | ||
| B | ||
| C | ||
| D | ||
| E | ||
| F |
Логічне кодування 4В/5В використовується в мережах Ethernet зі швидкістю передачі 100Мбіт/с:
- у поєднанні з кодом NRZI (специфікація 100Base FX, середовище передачі - оптоволокно);
- у поєднанні з кодом MLT-3 (специфікація 100Base TX, середовище передачі UTP Cat 5e).
Є також коди і з трьома станами сигналу, наприклад, код8В/6Тдля кодування 8 біт вихідної інформації використовуються кодові слова троїчного коду з 6 елементів. Кожен елемент може набувати одне з трьох значень (+1, 0, -1). Надмірність коду8В/6Твище, ніж коду4В/5В, тому що на 2 8=256вихідних символів доводиться3 6 =729результуючих кодових слів. Цей метод кодування використовується у специфікації 100Base T4 – при організації 100Мбіт/с Ethernet за кабелем UTP Cat3 (застаріла специфікація). Тут для передачі бітового потоку одночасно використовуються 3 кручені пари. Швидкість передачі з кожної пари становить N=100 Мбіт/с / 3 = 33,3 Мбіт/с, швидкість модуляції лінійного сигналу дорівнює 25 М Бод (8:6=1,33; 33,3:1,33=25) , що дозволяє використовувати неекрановану виту пару UTP Cat3.
У коді8B/10Вкожні 8 біт вихідної послідовності замінюються десятьма бітами кодового слова. При цьому на 256 вихідних комбінацій припадає 1024 результуючі комбінації. При заміні відповідно до кодової таблиці дотримуються такі правила:
a. жодна результуюча комбінація (кодове слово) повинна мати більше 4-х однакових біт поспіль;
b. жодна результуюча комбінація не повинна містити понад 6 нулів або 6 одиниць;
Код 8B/10В(+NRZI) використовується у стандарті Gigabit Ethernet 1000Base-Х (коли в якості середовища передачі даних використовується оптоволокно).
Здійснюють логічне кодування мережеві адаптери. Оскільки використання таблиці перекодування є дуже простою операцією, метод логічного кодування надлишковими кодами не ускладнює функціональні вимоги до цього обладнання.
Для забезпечення заданої пропускної спроможності N Біт/с передавач, який використовує надлишковий код, повинен працювати з підвищеною тактовою частотою.Так, для передачі сигналу в коді4В/5Взі швидкістю передачі інформації N=100 Мбіт/с,передавач повинен працювати з тактовою частотою125 МГц (тобто B=125 МБод). У цьому спектр лінійного сигналу розширюється. Тим не менш, спектр сигналу надлишкового потенційного коду виявляється вже спектра сигналуманчестерському коді, що виправдовує додатковий етап логічного кодування, а також роботу приймача і передавача на підвищеній тактовій частоті.
Скремблюванняявляє собою таке "перемішування" вихідної бітової послідовності, при якому ймовірність появи одиниць та нулів на вході модуля фізичного кодування стає близькою 0,5. Пристрої (або програмні модулі), що виконують таку операцію, називаютьсяскремблерами (scramble - звалище, безладне складання).
Схема включення скремблера до каналу зв'язку
Скремблер у передавачі виконує перетворення структури вихідного цифрового потоку. Дескремблер у приймачі відновлює вихідну послідовність біт. Практично єдиною операцією, що використовується в скремблерах і дескремблерах, єXOR - "побитное виключає АБО"(складання помодулю 2).
Основна частина скремблер і дескремблера - це генератор псевдовипадкової послідовності (ПСП) у вигляді К-розрядного регістру зсуву зі зворотними зв'язками.
Розрізняють 2 основних типи пар скремблерів – дескремблерів:
2. з початковою установкою (адитивні).
Самосинхронізуються схеми управляються скрембльованої послідовністю. Ці схеми мають нестачу – розмноження помилок. Вплив помилкового символу проявляється стільки разів, скільки зворотних зв'язків є у схемі.
Варіант реалізації скремблювання в схемі, що самосинхронізується.
Тут Bi – двійкова цифра результуючого коду, отримана на i-му такті роботи скремблера; Ai – двійкова цифра вихідного коду, що надходить у передавачі на вхід скремблера на i-му такті; Bi-5 та Bi-7 – двійкові цифри результуючого коду, отримані на попередніх тактах роботи скремблера, відповідно на «i-5» та «i-7» тактах.
Дескремблер у приймачі відновлює вихідну послідовність, використовуючи співвідношення
В адитивних схемах скрембльована послідовність не надходить на вхід регістрів зсуву, розмноження помилок відсутня, але потрібна синхронізація роботи пари скремблер-дескремблер.