Кодирование информации в компьютерных сетях. Виды кодов

физического кодирования ― на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется также модуляцией или аналоговой модуляцией, второй – цифровым кодированием. Различия:
ширина спектра результирующего сигнала;
сложность аппаратуры, необходимой для их реализации.

узкой полосой частот, типичным пред-ставителем которых является ка-нал тональной частоты, представ-ляемый в распоряжение пользо-вателям общественных телефон-ных сетей.
При физическом кодирова-нии способом аналоговой моду-ляции информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигна-ла несущей частоты.

ширины спектра результирующего сигнала;
обеспечение синхронизации между передатчиком и приёмником;
обладание способностью распознавать ошибки;
обладание низкой стоимостью реализации.

данных ставится в со-ответствие определён-ный период сигнала, который контролирует-ся таймером. Таймер-ом служит постоянная цепочка импульсов, задающая временной интервал для основ-ной системы.

данные представлены полным импульсом или же его частью.

Наиболее простым случаем такого под­хода является биполярный импульсный код, в ко­тором единица представлена импульсом одной по­лярности, а ноль – другой. Каждый им­пульс длится половину такта.
Достоинства кода:
обладает отличными самосинхронизирующимися свойствами;
спектр шире, чем у потенциальных кодов.
Недостатки:
спектр у него шире, чем у потенциальных кодов.
Из-за слишком широкого спектра биполярный им­пульсный код используется редко.

в середи­не каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль - об­рат-ным перепадом.
Так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита дан­ных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхро-низирующимися свойствами, но в отли­чие от кода RZ имеет не три, а только два уровня, что улучшает его помехозащищённость.
Достоинства кода «Манчестера»
Легко выделить синхросигнал, это даёт возможность передавать инфор-мацию очень большими пакетами без потерь из-за рассинхронизации;
в сигнале отсутствует постоянная составляющая, что позволяет при­менять для гальванической развязки импульсные трансформаторы;
не требуется дополни­тельного источника питания для линии связи;
легко решается проблема согласования.

середине периода бита. Для представления 0 используется либо отсутст­вие изменения уровня сигнала, если он следует после 1, либо изменение в начале периода если он следует за 0.

изме­нения уровня сигнала. Для пред-ставления 1 ис­пользуется дополнительное изменение в середи-не периода. Для представления 0 никаких дополнительных изме-нений не выполняется. Таким обра­зом, 1 представляется как высоким, так и низким уровнем сигнала в течение периода. Для пред­ставления 0 используется либо низкий, либо вы­сокий уро-вень сигнала в течение всего битового периода (но не оба уров-ня одновременно).

возврата к нулю) – простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал (правда, код может быть преобразован на обратную

полярность или изменены уровни, соот­ветствующие нулю и единице) аналогичен "нор­мальным" цифровым данным. При передаче по­следовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта.
Достоинства кода NRZ
простая реализация
минимальная требуемая при данной скорости пе­редачи пропускная способность линии связи.

На­иболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единицы и нуля, то есть при 1010101010..., поэтому при ско-рости пе­редачи в 10 Мбит/с (длительность одного бита 100 нс) частота изменения сигнала и, соот-ветственно, требуемая пропускная способность линии соста­вит 5 МГц. Период равен двум битам информации.

приёма пакета ис­пользуется стартовый служеб-ный бит, чей уро­вень отличается от пассивного состояния линии связи.
Применяется в стандарте RS-232C. Передача информации в нём ведётся байтами (8 бит), сопро­вождаемыми стартовым и стоповым битами. В чистом виде код NRZ в сетях не используется, но используются его различные моди-фикации. Одной из модификаций метода NRZ является метод биполярного коди-рования с альтернатив­ной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion- AMI)

и положительный. Для кодирова-ния логического нуля используется нуле-

вой потенциал, а логичес­кая единица кодируется либо положительным по­тенци-алом, либо отрицательным, при этом потен­циал каждой новой единицы противо-положен по­тенциалу предыдущей.
Частично ликвидирует проблемы по­стоянной составляющей и отсутствия самосин­хронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передаче длинных последовательностей еди­ниц. В этих случаях сигнал на линии представля­ет со-бой последовательность разнополярных им­пульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, пере­дающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гар­моникой N/2 Гц (где N – битовая скорость пере-дачи данных). Длинные же последовательности нулей также опасны для кода AMI, как и для кода NRZ – сигнал вырождается в постоянный потенциал ну­левой амплитуды.

представления 1 – уровень сигнала высокий в течение половины периода би­та, а за-

тем становится низким в оставшейся час­ти периода.
Трёхуровневый код, в котором 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 при этом соответствует положительный им­пульс, логической единице – отрицательный (или наоборот).
Наиболее час­то код RZ используется в оптоволоконных сетях. Правда, в них нет по-

ложительных и отрицатель­ных уров-ней сигнала, поэтому использует­ся три уровня: отсутствие света, "слабый" свет, "сильный" свет (даже когда нет передачи инфор­мации, свет все равно есть, что позволяет легко определить целостность оптоволокон-ной линии связи).

нулю). Этот код, похож на AMI, но только с двумя уров-

нями сигнала. При передаче нуля он передаёт потенциал, который был установ-лен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потен-циал инвертируется на противоположный. Важным моментом является то, что не существует задан­ного соотношения между 1 и 0, а также между вы­соким и низким уровнями. Бинарная единица мо­жет быть представлена как высоким уровнем сиг­нала, так и низким.
Для совершенствования потенциальных кодов AMI и NRZI, используются два метода (избыточное кодирование и скремблирование).

в 5-битовые слова или 8-битовые блоки – соответственно в 10-битовые слова.

Буква "В" в названии кода означает, что элементарный сигнал имеет 2 состояния (от английского binary – двоичный). Использование таблицы перекодировки является очень простой операцией, поэтому этот подход не усложняет сетевые адаптеры и интерфейсные блоки коммутаторов и маршрутизаторов.

уже побитовое, кодирование NRZI.

кода. Методы скремблиро-вания заключаются в побитном вычислении результирующего кода на основании бит исходного кода и полученных в предыду-щих тактах бит результирующего кода.
Предварительное "перемешивание" исходной информации осуществляется таким образом, чтобы вероятность появления единиц и нулей на линии становилась близкой.
Различные алгоритмы скремблирования отличаются количес-твом слагаемых, дающих цифру результирующего кода, и сдвигом между слагаемыми. На-пример, в сетях ISDN при передаче дан-ных от сети к абоненту используется преобразование со сдвигами в 5 и 23 позиции, а при передаче данных от абонента в сеть – со сдвигами 18 и 23 позиции.

искажении последо-вательности нулей запрещёнными символами.
Код B8ZS исправляет только пос-ледовательности, состоящие из 8 ну-лей.
Код B8ZS построен так, что его постоянная составляющая равна нулю при любых последовательностях двоичных цифр.
Код HDB3 исправляет любые че-тыре подряд идущих нуля в исходной последовательности.

Улучшенные потенциальные коды обладают достаточно узкой полосой пропускания для любых последовательностей единиц и нулей, которые встречаются в передаваемых данных. Этим объясняется применение потенциальных избыточных и скремблированных кодов в современных технологиях, вместо манчестерского и биполярного импульсного кодирования.

Схема аналогична NRZI в том, что перепады уровня в выходном сигнале происходят только тогда, когда на вход поступает 1. Причём, направление перехода из ну-левого состояния в положительное или отрицательное определяется предыс-торией.
Максимальное число перепадов на выходе кодера имеет место тогда, когда на вход подаётся последовательность из единиц.