Манчестерское кодирование

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Манчестерский код»)
Перейти к: навигация, поиск

Манчестерское кодирование[1] (код Манчестер-II[2], абсолютный биимпульсный код[3]) — один из способов представления сигнала (иногда встречаются синонимы: линейное кодирование,[3][4] физическое кодирование, манипуляция сигнала, модуляция, импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)[3]) в соответствие с оцифрованными данными с целью передачи по каналу связи или записи на носитель информации. Манчестерское кодирование является самосинхронизирующимся за счет того, что за время передачи одного бита данных обеспечивается один переход с одного потенциала на другой, что позволяет приемнику синхронизироваться с передатчиком в течении передачи одного бита данных. Сигнал, закодированный в соответствие с манчестерским кодом, не имеет постоянного тока смещения, поэтому передающие сигнал электрические соединения, могут быть гальванически развязаны с помощью трансформатора.[5] Название происходит из университета Манчестера, где данное кодирование было использовано для хранения данных на магнитном барабане компьютера Манчестерский Марк I.

Принцип формирования манчестерского кода

Варианты манчестерского кодирования:

  • Вариант №1 (по Д.Е. Томасу): логический ноль кодируется перепадом напряжения с низкого уровня на верхний уровень, а логическая единица кодируется перепадом напряжения с верхнего уровня на нижний.[1]
  • Вариант №2 (стандарт IEEE 802.4, стандарт IEEE 802.3): логический ноль кодируется перепадом напряжения с верхнего уровня на нижний, а логическая единица кодируется перепадом напряжения с низкого уровня на верхний уровень.[3][2]
  • Вариант №3 (дифференциальное манчестерское кодирование, разностное манчестерское кодирование,[1] IEEE 802.5[1]): логический ноль кодируется изменением состояния в начале значащего интервала, а логическая единица кодируется сохранением предыдущего уровня.[1]

Области применения манчестерского кодирования[править | править код]

Манчестерское кодирование применяется:

Особенности[править | править код]

При манчестерском кодировании гарантируется переход за передачу одного бита с одного уровня на другой, что помогает синхронизировать тактовую частоту передатчик и приёмника. Направление серединного битового перехода указывает на данные.

Отсутствие ёмкостного сопротивления, что позволяет обеспечить гальваническую развязку с помощью трансформатора.[5]

В компоненте постоянного тока кодированный сигнал не зависит от данных и, следовательно, не несет никакой информации, разрешающий сигнал для передачи по сети (например, Ethernet), которая, как правило, не передает постоянной составляющей.

Извлечение исходных данных из полученных закодированных бит (Манчестерским кодированием согласно IEEE 802.3):

Original data
Clock
Manchester value
0 = 0 XOR 

0
1 1
1 0 1
1 0

Итого:

  • Каждый бит передается в установленный срок.
  •  0 определяет переход сигнала от низкого к высокому, 1 — от высокого к низкому.
  • Переходы, которые обозначаются 0 или 1 происходят в середине периода.
  • Переходы в начале периода являются накладными расходами и не обозначают данные. Они существуют только чтобы поместить сигнал в правильном состоянии, чтобы позволить серединный битовый переход. Существование гарантированных переходов позволяет сигналу быть самосинхронизирующимся, а также позволяет приемнику правильно его выровнять; приемник может определить, существует ли смещение на половину периода бита, так как больше не будет постоянных переходов в течение каждого периода битов.
  • Существование гарантированных переходов позволяет сигналу быть самосинхронизирующимся, а также позволяет приемнику правильно его выровнять; приемник может определить, существует ли смещение на половину периода бита, так как больше не будет постоянных переходов в течение каждого периода битов.
  • Цена этих преимуществ — это удвоение требований к полосе пропускания по сравнению со схемами кодирования NRZ.

Манчестерское кодирование как фазовая манипуляция[править | править код]

Манчестерское кодирование представляет собой частный случай двоичной фазовой манипуляции (ФМ), где данные контролируют фазу квадратной волны несущей, частота которых является скоростью передачи данных.

Соглашения для представления данных[править | править код]

Существует разные соглашения для представления данных согласно коду манчестера:

  • Одно из них было впервые опубликовано Д.Е. Томасом в 1949 году и этого соглашения придерживаются многие авторы (например, Эндрю Таненбаум[1]). Оно указывает, что для бита '0' уровни сигнала будут иметь перепад от низкого к высокому — с низким уровнем в первой половине интервала бита, и высоким уровнем во второй половине. Для сигнала в '1' бит перепад уровней будет от высокого к низкому.
  • Другое соглашение тоже придерживаются авторы (например, Уильям Сталлингс), а также стандарт IEEE 802.4 (шина с маркерным доступом) стандарт IEEE 802.3 (Ethernet). Он утверждает, что логический '0' представлен последовательностью перепадов сигнала от высокого к низкому, а логическая '1' представлена последовательностью перепада сигнала от низкого к высокому.
  • Если сигнал, кодированный Манчестерским кодом инвертируется в сообщении, он преобразуется из одного соглашения в другое. Эту неоднозначность можно преодолеть с помощью дифференциального манчестерского кодирования.

Достоинства манчестерского кодирования[править | править код]

  • Полоса частот в сравнении с NRZ кодированием — основная гармоника в при передаче последовательности единиц или нулей имеет частоту N Гц, а при постоянной последовательности (при передаче чередования единиц и нулей) — N/2 Гц.
  • Является самосинхронизирующимся, то есть не требует специальной кодировки синхроимпульса, который бы занимал полосу данных и поэтому является самым плотным кодом на единицу частоты. Отсутствие необходимости в синхронизующих битах (как в NRZ-коде) и, вследствие этого, данные могут передаваться подряд сколь угодно долго, из-за чего плотность данных в общем потоке кода приближается к 100 % (например для кода NRZ 1-8-0 она равна 80 %).
  • Возможность обеспечить гальваническую развязку с помощью трансформатора, так как у него отсутствует постоянная составляющая.

Недостатки[править | править код]

  • Способ кодирования 8B/10B использует меньше полосы пропускания для достижения той же скорости передачи данных, но может быть менее терпимым к частоте ошибок и джиттера в передатчике и приемнике эталонных часов.
  • Полоса пропускания по сравнению со схемами кодирования NRZ в два раза шире

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 4 5 6 Таненбаум Э. Компьютерные сети. — 4-е изд.. — СПб.: Питер, 2003. — 992 с. — ISBN 5-318-00492-X.
  2. 1 2 Дж. Парк, С. Маккей, Э. Райт. Передача данных в системах контроля и управления: практическое руководство / перевод с англ. В. В. Савельева. — М.: ООО "Группа ИДТ", 2007. — 480 с. — ISBN 978-5-94833-023-5.
  3. 1 2 3 4 Берлин А. Н. Коммутация в системах и сетях связи. — М.: Эко-Трендз, 2006. — 344 с. — ISBN 5-88405-073-9.
  4. Абилов А. В. Сети связи и системы коммутации. — М.: Радио и связь, 2004. — 288 с. — ISBN 5-256-01704-7.
  5. 1 2 Дансмор, Брэд, Сканьдер, Тоби. Справочник по телекоммуникационным технологиям. — М.: Вильямс, 2004. — 640 с. — ISBN 5-8459-0562-1.

Литература[править | править код]

  • Forster, R. (2000). "Manchester encoding: Opposing definitions resolved". Engineering Science & Education Journal. 9 (6): 278. doi:10.1049/esej:20000609.
  • Tanenbaum, Andrew, S. (2002). Computer Networks (4th Edition). Prentice Hall. pp. 274–275. ISBN 0-13-066102-3
  • Stallings, William (2004). Data and Computer Communications (7th ed.). Prentice Hall. pp. 137–138. ISBN 0-13-100681-9.
  • Гольдштейн Борис Соломонович. Протоколы сети доступа. — БХВ-Петербург. — 2005.
  • Сухман С.М., Бернов А.В., Шевкопляс Б.В. Синхронизация в телекоммуникационных системах: Анализ инженерных решений. - М.: Эко-Тренз, - 2003, 272с. ISBN 5-88405-046-1

Ссылки[править | править код]