Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Методы цифрового кодирования в сетях. NRZ, NRZI, 2B1Q Методы цифрового кодирования в сетях. AMI, MLT-3, манчестерское кодирование



Передаваемая по линии связи информация обычно подвергается специальному кодированию, которое способствует более надежной передаче информации. Это приводит к дополнительным аппаратурным затратам на кодирование на передающем конце и декодирование на приемном конце и увеличивает стоимость адаптеров сети, но преимущества кодирования все же перевешивают.

Наиболее часто в локальных сетях используются следующие коды передачи информации (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Наиболее распространенные коды передачи информации

NRZ (Non Return to Zero — без возврата к нулю) — простейший код, представляющий собой практически обычный цифровой сигнал (правда, может быть преобразована на обратную полярность или изменены уровни, соответствующие нулю и единице). К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его очень простая реализация (исходный сигнал не надо ни кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов требуемая при данной скорости передачи пропускная способность линии связи. Пример: наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единицы и нуля, то есть 1010101010 ... , поэтому при скорости передачи в 10 Мбит/с (длительность одного бита 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 5 МГц (рис. 1.16: период равен двум битам информации: 10).

Рис. 1.16. Скорость передачи и пропускная способность линии (код NRZ)

Самый большой недостаток данного кода — отсутствие синхросигнала информации, позволяющего приемнику синхронизовать прием информации из сети с передачей ее передатчиком. То есть в данном случае приемник может выбирать данные из сети не в нужный момент, если его частота приема несколько отличается от частоты передачи (часто говорят об уходе часов приемника). Особенно это критично для больших блоков (пакетов) информации (1—2 килобайта и более). Здесь не помогает и кварцевый генератор. К концу принимаемого пакета теряется взаимная синхронизация передачи и приема, следовательно, возможна потеря данных. В принципе можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 1.17). Но при этом длина линии связи увеличивается в 2 раза, количество приемников и передатчиков также увеличивается в 2 раза. При большой длине сети и большом количестве абонентов это оказывается невыгодным. Поэтому код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита). Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи — 0, стартовый бит — 1). Наиболее известное применение кода NRZ — стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера, который вполне может использоваться для организации небольших и медленных локальных сетей. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.

Рис. 1.17. Последовательная передача данных с синхросигналом (стробом)

2. RZ (Return to Zero — с возвратом к нулю) — этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине передаваемого бита информации следует возврат к некоему "нулевому" уровню (например, соответствующему нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине бита. Логическому нулю таким образом соответствует положительный импульс, логической единице — отрицательный (или наоборот). Особенностью кода RZ является то, что в центре бита всегда есть переход (положительный или отрицательный), следовательно, из этого кода приемник может выделить синхроимпульс (строб). То есть здесь возможна привязка не только к началу пакета, как в случае кода NRZ, но и к каждому отдельному биту, поэтому рассинхронизации не произойдет даже при очень длинных пакетах. Такие коды, несущие в себе строб, получили название самосинхронизирующихся. Недостаток кода RZ состоит в том, что требуется вдвое большая полоса пропускания канала при тойже скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на 1 бит приходится 2 изменения уровня напряжения). Для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии 10 МГц. Наиболее часто код RZ используется в оптоволоконных сетях.

Правда, в них нет положительных и отрицательных уровней сигнала, поэтому используется три уровня: отсутствие света, "слабый" свет, "сильный" свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно есть, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи (рис. 1.18).

Рис. 1.18. Использование кода RZ в оптоволоконных сетях

3. Код Манчестер-II или манчестерский код получил наибольшее распространение в сетях, использующих электрические кабели. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а только два уровня, что способствует его лучшей помехозащищенности. Логическому нулю соответствует положительный переход в центре бита (то есть первая половина битового интервала — низкий уровень, вторая половина — высокий), логической единице соответствует отрицательный переход в центре бита (или наоборот). Обязательное наличие перехода в центре бита позволяет легко выделить синхросигнал, что дает возможность передавать информацию сколь угодно большими пакетами без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%. Как и в случае кода RZ, здесь требуется пропускная способность линии в два раза выше, чем при использовании NRZ. Для скорости передачи 10 Мбит/с требуется полоса пропускания 10 МГц.

Большое достоинство манчестерского кода — отсутствие постоянной составляющей в сигнале (половину времени сигнал положительный, другую половину — отрицательный). Это дает возможность применять для гальванической развязки импульсные трансформаторы. При этом не требуется дополнительного источника питания для линии связи (как в случае использования оптронной развязки), резко уменьшается влияние низкочастотных помех, которые не проходят через трансформатор, легко решается проблема согласования. Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает в себя только две частоты: при скорости передачи 10 Мбит/с это 10 МГц (соответствует передаваемой цепочке из одних нулей или одних единиц) и 5 МГц (соответствует последовательности из чередующихся нулей и единиц: 1010101010 ...). Поэтому с помощью простейших полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты (помехи, наводки).

Так же как и в случае кода RZ, при манчестерском кодировании очень просто определить, идет передача или нет, то есть детектировать занятость сети. Для этого достаточно контролировать, есть ли изменение сигнала в течение битового интервала или нет. Код Манчестер-II используется как в электрических кабелях, так и в оптоволоконных. В самой распространенной локальной сети Ethernet используется именно этот код. А теперь кратко остановимся на проблеме дешифрации кодов RZ и Манчестер-II. Задача дешифрации состоит в том, чтобы выделить из кода данные и строб (синхросигнал). Сначала посмотрим, как можно дешифровать Манчестер-II. Нетрудно заметить (рис. 1.15), что в сигнале с манчестерским кодированием существуют два вида переходов (фронтов сигнала): информационные (в середине битовых интервалов) и граничные (на границе битовых интервалов). Задача дешифрации сводится, видимо, к тому, чтобы разделить эти два вида переходов, отсечь граничные и далее работать уже только с информационными.

Простейший путь для этого — формирование по переходу любой полярности (из высокого уровня в низкий и из низкого уровня в высокий) запрещающего импульса длительностью больше половины битового интервала, но меньше целого битового интервала, например, 0,75 от длительности битового интервала (рис. 1.19). При этом, конечно, надо обеспечить, чтобы первым переходом в пакете всегда был информационный. А затем все очень просто: после первого перехода пакета мы запрещаем поступление входного сигнала (реакцию на него) на время 3/4 Т. Затем снова разрешаем реакцию на любой переход и т.д. Этот сигнал запрета (нижний на рис. 1.19) может использоваться в качестве строба данных, а данными может служить сам входной сигнал в коде Манчестер-II (правда, придется несколько задержать строб относительно данных). Конкретные аппаратурные решения будут рассмотрены в следующих главах.

Рис. 1.19. Принцип дешифрации кода Манчестер-II

Для дешифрации кода RZ придется различать три уровня сигнала, для чего можно использовать два компаратора напряжения, имеющие пороги срабатывания вблизи центрального уровня с обеих сторон от него. Из выходных сигналов этих компараторов легко получить сигнал данных и строб. Конкретные аппаратурные решения данного дешифратора также будут рассмотрены в следующей главе.

Существуют и более сложные коды, например код 4В/5В, используемый в высокоскоростной оптоволоконной локальной сети FDDI. При ее создании был достигнут компромисс между кодом NRZ с одной стороны и кодами Манчестер-II и RZ с другой стороны. Сигнал в сети должен был содержать синхроэлементы, быть самосинхронизирующимся, но в то же время он не должен был требовать вдвое большей полосы, чем NRZ. Выход был найден в добавлении на каждые четыре информационные бита пятого (синхробита) по определенным правилам. То есть любая комбинация из четырех бит заменяется на 5-битовую в передатчике и преобразуется обратно в 4 бита в приемнике (таблица 1.1). Синхронизация при этом получается в 5 раз реже, чем в манчестерском коде и в RZ, поэтому требуемая полоса пропускания оказывается всего в 1,25 раза больше, чем при использовании NRZ: для скорости 100 Мбит/с — 62,5 МГц, а не 100 МГц (при манчестерском коде).

Таблица 1.1. Код 4В/5В

Помимо рассмотренных здесь в локальных сетях используются и другие коды, например, такой, в котором логической единице соответствует один импульс на битовом интервале, а логическому нулю — два импульса на битовом интервале. Применяются также различные методы модуляции: амплитудной, частотной и фазовой. Но подробное описание всех возможных кодов заняло бы слишком много места.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.