Лекція № 6. Методи канального кодування цифрових сигналів
План
1. NRZ
2. RZ
3. AMI
4. HDB3
5. 4B3T
6. 4B5B
7. Manchester code
8. СMI
9. MCMI
NRZ (Non Return to Zero)
Код NRZ (Non Return to Zero - без повернення до нуля) - це найпростіший код.
«0» - низький рівень напруги
«1» - високий рівень напруги.
Протягом бітового інтервалу (bit time, BT), тобто часу передачі одного біта ніяких змін рівня сигналу не відбувається.
Переваги:
проста реалізація
мінімальна необхідна пропускна здатність лінії зв'язку при даній швидкості передачі
Недоліки:
блоки інформації повинні бути короткі (через можливість втрати синхронізації приймачем під час прийому занадто довгих блоків інформації)
блоки інформації повинні мати фіксовану довжину (бо кінець передачі не позначається службовим повідомленням)
Сфери застосування: стандарт RS232-C, послідовний порт PC
Cmi (Coded Mark Inversion)
Код CMI - це дворівневий код, модифікація коду NRZ, в якому «1» передаються поперемінно високим і низьким рівнем сигналу протягом тактового інтервалу, а «0» передається першу половину тактового інтервалу низьким рівнем, а другу - високим. Таким чином один біт інформації кодується двома бітами.
Переваги: покращені синхронізуючі властивості у порівнянні з NRZ
Недоліки: вдвічі більша смуга пропускання каналу при тій же швидкості передачі порівняно з NRZ (так як тут на один бітовий інтервал доводиться дві зміни рівня сигналу).
Сфери використання: передача потоків SDH, зокрема STM-1
Rz (Return to Zero)
Код RZ (Return to Zero - з поверненням до нуля) - це трирівневий код. Після значущого рівня сигналу в першій половині бітового інтервалу відбувається повернення до якогось "нульового", середнього рівня (наприклад, до нульового потенціалу). Перехід до нього відбувається в середині кожного бітового інтервалу. Логічному нулю, таким чином, відповідає позитивний імпульс, логічної одиниці - негативний (або навпаки) у першій половині бітового інтервалу.
Переваги:
блоки інформації можуть мати будь-яку довжину ( у центрі бітового інтервалу завжди є перехід сигналу, отже, з цього коду приймач легко може виділити синхроімпульс).
блоки інформації можуть мати змінну довжину (приймач визначає початок та кінець передачі по зміні рівня сигналу протягом бітового інтервалу)
Недоліки:
вдвічі більша смуга пропускання каналу при тій же швидкості передачі порівняно з NRZ (так як тут на один бітовий інтервал доводиться дві зміни рівня сигналу).
ускладнення апаратури приймача та передавача (через наявність трьох рівнів)
Сфери застосування: оптоволоконні мережі
AMI (Alternate Mark Inversion) або ЧПІ (код з Чергуванням Полярності Імпульсів)
В AMI використовуються такі представлення бітів: «0» представляється нульовою напругою (0 В), а «1» представляються по черзі значеннями-U або + U (В).
Переваги:
гарні синхронізуючі властивості при передачі серій одиниць
простота в реалізації
Недоліки:
обмеження на кількість нулів у потоці даних (оскільки довгі послідовності нулів ведуть до втрати синхронізації)
Сфери застосування:
HDB3 (High Density Bipolar of order 3) або код з високою щільністю слідування одиниць
Код HDB3 це модифікований код AMI. Модифікація полягає у виправленні будь-яких 4 нулів, що йдуть поспіль, за певним правилом.
Правило заміни послідовності «0000»
Кількість «1» в попередній послідовності |
Правило заміни «0000» |
Полярність останньої «1» в попередній послідовності |
Код заміни («+» та «–» позначають полярність одиниці в коді заміни) |
непарна |
000V |
+ |
000+ |
- |
000- |
||
парна |
B00V |
+ |
-00- |
- |
+00+ |
Крім того полярність наступною за кодом заміни «1» повинна бути протилежною до полярності останньої одиниці в коді заміни. Тобто має зберігатись чергування полярності імпульсів.
Переваги:
кращі синхронізуючі властивості у порівнянні до AMI
відсутність постійної складової у спектрі сигналу (через чергування полярності одиниць)
Недоліки: неможливість виявити помилку у прийнятій послідовності бітів
Сфери застосування: потік E1 (2 Мбіт/с)
MCMI
Код МCMI призначений для перетворення трьохрівневого сигналу HDB-3 (High Density Bipolar of Order 3) в біімпульсний за певним правилом.
Правило для перетворення HDB-3 в MCMI
Символ в HDB-3 |
-1 |
0 |
+1 |
Код заміни для MCMI |
00 |
01 |
11 |
Сфери застосування: волоконно-оптичні системи передачі
Manchester code
Манчестерський код відноситься до самосинхронізуючихся кодів, але на відміну від RZ має не три, а всього два рівні. «0» відповідає позитивний перехід в центрі бітового інтервалу (тобто перша половина бітового інтервалу - низький рівень, друга половина - високий), а «1» відповідає негативний перехід в центрі бітового інтервалу.
Переваги:
наявність постійної складової в спектрі сигналу (дозволяє виявити колізії в мережах Ethernet)
краща завадостійкість порівняно з RZ (через наявність в спектрі сигналу лише 2 частот можне застосувати смугові фільтри, щоб позбутися завад)
спрощення схеми передавача і приймача (через наявність лише 2 рівнів)
блоки інформації можуть мати будь-яку
блоки інформації можуть мати змінну довжину
Недоліки:
вдвічі більша смуга пропускання каналу при тій же швидкості передачі порівняно з NRZ.
Сфери використання: 10 Мбіт-Ethernet, оптоволоконні мережі