НОУ ІНТУІТ, Лекція, Підключення ліній зв’язку та коди передачі інформації
Біфазний код
Біфазний код часто розглядають як різновид манчестерського, тому що їх характеристики практично повністю збігаються.
Цей код відрізняється від класичного манчестерського коду тим, що він не залежить від зміни місць двох проводів кабелю. Особливо це зручно у випадку, коли для зв'язку застосовується кручена пара, дроти якої легко переплутати. Саме цей код використовується в одній із найвідоміших мереж Token-Ring компанії IBM.
Принцип цього коду простий: на початку кожного бітового інтервалу сигнал змінює рівень на протилежний попередньому, а в середині одиничних (і лише одиничних) бітових інтервалів рівень змінюється ще раз. Таким чином, на початку бітового інтервалу завжди є перехід, що використовується для самосинхронізації. Як і у випадку класичного манчестерського коду, у частотному спектрі при цьому присутні дві частоти. При швидкості 10 Мбіт/с це частоти 10 МГц (при послідовності одних одиниць: 11111111.. .) та 5 МГц (при послідовності одних нулів: 00000000.. .).
Є ще один варіант біфазного коду (його ще називають диференціальним манчестерським кодом). У цьому коді одиниці відповідає наявність переходу на початку бітового інтервалу, а нулю – відсутність переходу на початку бітового інтервалу (або навпаки). При цьому в середині бітового інтервалу перехід є завжди, і він служить для побітової самосинхронізації приймача. Характеристики цього варіанта коду також повністю відповідають характеристикам манчестерського коду.
Тут же варто згадати про те, що часто абсолютно неправомірно вважається, що одиниця виміру швидкості передачі бод - це те ж саме, що біт на секунду, а швидкість передачі вбодах дорівнює швидкості передачі в бітах за секунду. Це вірно лише у випадку коду NRZ. Швидкість у бодах характеризує не кількість біт, що передаються в секунду, а кількість змін рівня сигналу в секунду. І при RZ або манчестерському кодах необхідна швидкість в бодах виявляється удвічі вищою, ніж при NRZ. У бодах вимірюється швидкість передачі сигналу, а бітах на секунду – швидкість передачі. Тому, щоб уникнути неоднозначного розуміння, швидкість передачі мережі краще вказувати в бітах в секунду (біт/с, Кбіт/с, Мбіт/с, Гбіт/с).
Інші коди
Всі коди, що розробляються останнім часом, покликані знайти компроміс між необхідною при заданій швидкості передачі смугою пропускання кабелю і можливістю самосинхронізації. Розробники прагнуть зберегти самосинхронізацію, але не ціною дворазового збільшення смуги пропускання, як у розглянутих RZ, манчестерському та біфазному кодах.
Найчастіше для цього в потік бітів, що передаються, додають біти синхронізації. Наприклад, один біт синхронізації на 4, 5 або 6 інформаційних бітів або два біти синхронізації на 8 інформаційних бітів. Насправді все складніше: кодування не зводиться до простої вставки в передані дані додаткових бітів. Групи інформаційних бітів перетворюються на групи, що передаються по мережі, з кількістю бітів на один або два більше. Приймач здійснює зворотне перетворення, відновлює вихідні інформаційні біти. Досить легко здійснюється у разі і виявлення несучої частоти (детектування передачі).
Так, наприклад, в мережі FDDI (швидкість передачі 100 Мбіт/с) застосовується код 4В/5В, який 4 інформаційних біта перетворює на 5 бітів, що передаються. При цьому синхронізація приймача здійснюється один раз на 4 біти, а не вкожному биті, як у випадку манчестерського коду. Зате необхідна смуга пропускання збільшується порівняно з кодом NRZ не вдвічі, а лише в 1,25 рази (тобто становить не 100 МГц, а лише 62,5 МГц). За тим же принципом будуються інші коди, зокрема, 5В/6В, що використовується в стандартній мережі 100VG-AnyLAN, або 8В/10В, що використовується в мережі Gigabit Ethernet.
Іноді вже закодована інформація піддається додатковому кодуванню, що дозволяє спростити синхронізацію на приймальному кінці. Найбільшого поширення для цього набули 2-рівневий код NRZI, що застосовується в оптоволоконних мережах (FDDI і 100BASE-FX), а також 3-рівневий код MLT-3, який використовується в мережах на кручених парах (TPDDI і 100BASE-TХ). Обидва ці коди (рис. 3.17) не є самосинхронізованими.
Код NRZI (без повернення до нуля з інверсією одиниць - Non-Return to Zero, Invert to one) передбачає, що рівень сигналу змінюється на протилежний початку одиничного бітового інтервалу і не змінюється при передачі нульового бітового інтервалу. При послідовності одиниць межах бітових інтервалів є переходи, при послідовності нулів – переходів немає. У цьому сенсі код NRZI краще синхронізується, ніж NRZ (там немає переходів ні за послідовністю нулів, ні за послідовністю одиниць).
Код MLT-3 (Multi-Level Transition-3) передбачає, що при передачі нульового бітового інтервалу рівень сигналу не змінюється, а при передачі одиниці – змінюється на наступний рівень за таким ланцюжком: +U, 0, –U, 0, +U , 0, -U і т.д. Таким чином, максимальна частота зміни рівнів виходить в чотири рази менше швидкості передачі в бітах (при послідовності суцільних одиниць). Необхідна смуга пропускання виявляється меншою, ніж при коді NRZ .
УсеЗгадані в цьому розділі коди передбачають безпосередню передачу в мережу цифрових дво- або трирівневих прямокутних імпульсів.
Однак іноді в мережах використовується інший шлях – модуляція інформаційними імпульсами високочастотного аналогового сигналу (синусоїдального). Таке аналогове кодування дозволяє при переході на широкосмугову передачу суттєво збільшити пропускну спроможність каналу зв'язку (у цьому випадку через мережу можна передавати кілька біт одночасно). До того ж, як зазначалося, при проходженні каналом зв'язку аналогового сигналу (синусоїдального) не спотворюється форма сигналу, лише зменшується його амплітуда, а разі цифрового сигналу форма сигналу спотворюється (див. рис. 3.2).
До найпростіших видів аналогового кодування належать такі (рис. 3.18):
- Амплітудна модуляція (АМ, AM – Amplitude Modulation ), коли він логічній одиниці відповідає наявність сигналу (або сигнал більшої амплітуди), а логічному нулю – відсутність сигналу (або сигнал меншої амплітуди). Частота сигналу залишається постійною. Недолік амплітудної модуляції полягає в тому, що АМ-сигнал сильно схильний до дії перешкод і шумів, а також висуває підвищені вимоги до загасання сигналу в каналі зв'язку. Переваги – простота апаратурної реалізації та вузький частотний спектр.
Застосовуються і значно складніші методи модуляції, які є комбінацією перерахованих найпростіших методів. Про деякі з них буде розказано у розділі 12.