Кодування сигналів

Кодування сигналів

При передачі цифрової інформації за допомогою цифрових сигналів застосовується цифрове кодування, що управляє послідовністю прямокутних імпульсів відповідно до послідовності переданих даних.
При передачі цифрової інформації за допомогою цифрових сигналів застосовується цифрове кодування, що управляє послідовністю прямокутних імпульсів відповідно до послідовності переданих даних.
При потенційному кодуванні інформативним є рівень сигналу. При імпульсному кодуванні використовуються або перепади рівня (транзитивне кодування), або полярність окремих імпульсів (уніполярне, полярне, біполярне кодування).
В окрему групу імпульсних кодів виділяють двофазні коди, при яких у кожному бітовому інтервалі обов'язково присутній перехід з одного стану в інше (такі коди дозволяють виділяти синхросигнал з послідовності станів лінії, тобто вони є самосинхронізуючими).

Вимоги до методів цифрового кодування

При використанні прямокутних імпульсів для передачі дискретної інформації необхідно вибрати такий спосіб кодування, що одночасно досягав би декількох цілей:

1. мав при одній і тій же бітовій швидкості найменшу ширину спектра результуючого сигналу;
2. забезпечував синхронізацію між передавачем і приймачем;
3. мав здатність розпізнавати помилки;
4. мав низьку вартість реалізації.

Синхронізація передавача й приймача потрібна для того, щоб приймач точно знав, у який момент часу необхідно зчитувати нову інформацію з лінії зв'язку. Ця проблема в мережах вирішується складніше, ніж при обміні даними між близько розташованими пристроями, наприклад між блоками усередині комп'ютера або ж між комп'ютером і принтером.
На невеликих відстанях добре працює схема, заснована на окремої тактуючій лінії зв'язку, так що інформація знімається з лінії даних тільки в момент приходу тактового імпульсу. У мережах використання цієї схеми викликає труднощі через неоднорідність характеристик провідників у кабелях. На більших відстанях нерівномірність швидкості поширення сигналу може привести до того, що тактовий імпульс прийде настільки пізніше або раніше відповідного сигналу даних, що біт даних буде пропущений або лічений повторно. Іншою причиною, по якій у мережах відмовляються від використання тактуючих імпульсів, є економія провідників у дорогих кабелях.
Тому в мережах застосовуються так звані коди, що самосинхронізуються, сигнали яких несуть для передавача вказівки про те, у який момент часу потрібно здійснювати розпізнавання чергового біта (або декількох біт, якщо код орієнтований більш ніж на два стани сигналу). Будь-який різкий перепад сигналу - так званий фронт - може служити гарною вказівкою для синхронізації приймача з передавачем.

Найпоширеніші коди:

• NRZ (Non-Return to Zero – без повернення до нуля) – потенційний код, стан якого прямо або інверсно відображає значення біта даних;
• диференціальний NRZ – стан міняється на початку бітового інтервалу для "1” і не міняється при "0”;
• NRZI (Non-Return to Zero Inverted – без повернення до нуля з інверсією) – стан міняється на початку бітового інтервалу при передачі "0” і не міняється при передачі "1”. Використовується в FDDI, 100BaseFX;
• RZ (Return to Zero – з поверненням до нуля) – біполярний імпульсний код, що самосинхронізується, що представляє "1” і "0” імпульсами протилежної полярності, що тривають половину такту (в другу половину такту стан встановлюється в нуль); усього використовується три стани;
• AMI (Bipolar Alternate Mark Inversion – біполярне кодування з альтернативною інверсією) – використовується три стани: 0, + і –, для кодування логічного нуля використовується стан 0, а логічна одиниця кодується по черзі станами + і –. Використовується в ISDN, DSx;
• Манчестерске кодування (manchester encoding) – двофазне полярне кодування, що самосинхронізується, логічна одиниця кодується перепадом потенціалу в середині такту від низького рівня до високого, логічний нуль - зворотним перепадом (якщо необхідно представити два однакових значення підряд, на початку такту відбувається додатковий службовий перепад потенціалу). Використовується в Ethernet;
• Диференціальне манчестерске кодування (differential manchester encoding) – двофазне полярне кодування, що самосинхронізується, логічний нуль кодується наявністю перепаду потенціалу на початку такту, а логічна одиниця - відсутністю перепаду; у середині такту перепад є завжди (для синхронізації). В Token Ring застосовується модифікація цього методу, крім "0” і "1”, що використовує службові біти "J” і "K”, що не мають перепаду в середині такту ("J” не має перепаду на початку такту, "K” – має);
• MLT-3 – трьохрівневе кодування зі скремблюванням без самосинхронізації, логічний нуль кодується збереженням стану, а логічна одиниця кодується по черзі наступними станами: +V, 0, -V, 0, +V і т.д. Використовується в FDDI і 100BaseTX;
• PAM5 (Pulse Amplitude Modulation) – п'ятирівневе біполярне кодування, при якому кожна пара біт даних представляється одним з п'яти рівнів потенціалу. Застосовується в 1000BaseT;
• 2B1Q (2 Binary 1 Quarternary) – пари біт даних представляються одним четвертинним символом, тобто одним із чотирьох рівнів потенціалу. Застосовується в ISDN;