Потенциальный код 2B1Q

На рисунке 2.6,д показан потенциальный код с четырьмя уровнями сигнала для кодирования данных. Это код 2В1Q, название которого отражает его суть — каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q):

1 Паре бит 00 соответствует потенциал -2,5 В.

2 Паре бит 01 соответствует потенциал -0,833 В.

3 Паре 11 — потенциал +0,833 В.

4 Паре 10 — потенциал +2,5 В.

При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар бит, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании бит спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза. Таким образом, с помощью кода 2В1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI или NRZI. Однако для его реализации мощность передатчика должна быть выше, чтобы четыре уровня четко различались приемником на фоне помех.

Логическое кодирование

Логическое кодирование используется для улучшения потенциальных кодов типа AMI, NRZI или 2Q1B, заменой длинной последовательности бит, приводящие к постоянному потенциалу, вкраплениями единиц.

Как уже отмечалось выше, для логического кодирования характерны два метода — избыточные коды и скрэмблирование.

Избыточные коды

Избыточные коды основаны на разбиении исходной последовательности бит на тетрады, которые часто называют символами. Затем каждый исходный символ заменяется на новый, который имеет большее количество бит, чем исходный.

Например, логический код 4В/5В, используемый в технологиях FDDI и Fast Ethernet, заменяет исходные символы длиной в 4 бита на символы длиной в 5 бит (таблица 2.1).

Так как результирующие символы содержат избыточные биты, то общее количество битовых комбинаций в них больше, чем в исходных.

Так, в коде 4В/5В результирующие символы могут содержать 32 битовых комбинации, в то время как исходные символы − только 16. Поэтому в результирующем коде отбирают 16 комбинаций не содержащих большого количества нулей, а остальные комбинации запрещенные (code violation).

Таблица 2.1– Соответствие исходных и результирующих кодов 4В/5В

Кроме устранения постоянной составляющей и придания коду свойства самосинхронизации, избыточные коды позволяют приемнику распознавать искаженные биты. Если приемник принимает запрещенный код, значит, на линии произошло искажение сигнала.

Код 4В/5В затем передается по линии с помощью физического кодирования по одному из методов потенциального кодирования, чувствительному только к длинным последовательностям нулей. Символы кода 4В/5В длиной 5 бит гарантируют, что при любом их сочетании на линии не могут встретиться более трех нулей подряд.

Буква В в названии кода означает, что элементарный сигнал имеет 2 состояния — от английского binary — двоичный.

Имеются также коды и с тремя состояниями сигнала, например, в коде 8В/6Т для кодирования 8 бит исходной информации используется код из 6 сигналов, каждый из которых имеет три состояния. Избыточность кода 8В/6Т выше, чем кода 4В/5В, так как на 256 исходных кодов приходится 3⁶=729 результирующих символов.

Использование таблицы перекодировки является очень простой операцией, поэтому этот подход не усложняет сетевые адаптеры и интерфейсные блоки коммутаторов и маршрутизаторов.

Для обеспечения заданной пропускной способности линии передатчик, использующий избыточный код, должен работать с повышенной тактовой частотой.

Так, для передачи кодов 4В/5В со скоростью 100 Мб/с передатчик должен работать с тактовой частотой 125 МГц.

При этом спектр сигнала на линии расширяется по сравнению со случаем, когда по линии передается чистый, не избыточный код.

Тем не менее, спектр избыточного потенциального кода оказывается уже спектра манчестерского кода, что оправдывает дополнительный этап логического кодирования, а также работу приемника и передатчика на повышенной тактовой частоте.

Скрэмблирование

Перемешивание данных скрэмблером перед передачей их в линию с помощью потенциального кода является другим способом логического кодирования.

Методы скрэмблирования заключаются в побитном вычислении результирующего кода на основании бит исходного кода и полученных в предыдущих тактах бит результирующего кода. Например, скрэмблер может реализовывать следующее соотношение:

Bi = Ai + Bi-3 + Bi-5

где Вi − двоичная цифра результирующего кода, полученная на i-м такте работы скрэмблера,

Ai — двоичная цифра исходного кода, поступающая на i-м такте на вход скрэмблера,

Вi-з и Bi-5 — двоичные цифры результирующего кода, полученные на предыдущих тактах работы скрэмблера, соответственно на 3 и на 5 тактов ранее текущего такта, (+) − операция исключающего ИЛИ (сложение по модулю 2).

Например, для исходной последовательности 110110000001 скрэмблер даст следующий результирующий код:

В1 = А1 = 1 (первые три цифры результирующего кода будут совпадать с исходным, так как еще нет нужных предыдущих цифр)

В2= А2 = 1

В3 = Аз = 0

В4= А4 + B1 = 1 + 1 = 0

В5= А5 + В2 = 1+ 1 = 0

В6 = А6 + В3 + B1 = 0 + 0 + 1 = 1

В7= А7 + В4 + В2 = 0 + 0 + 1 = 1

В8= А8 + В5 + В3 = 0 + 0 + 0 = 0

В9=А9+В6+В4=0+1+0=1
В10=A10+В7+В5=0+1+0=1
В11 = A11+ В8 + В6 = 0 + 0 + 1 = 1

B12 = A12 + В9 + В7 = 1 + 1 + 1 = 1

Таким образом, на выходе скрэмблера появится последовательность 110001101111, в которой нет последовательности из шести нулей, присутствовавшей в исходном коде.

После получения результирующей последовательности приемник передает ее дескрэмблеру, который восстанавливает исходную последовательность на основании обратного соотношения:

С_I = В_I + В_I-3 +В_I-5 = (Ai + В_I-з + Bi-5) + Bi-з + Bi-5 = A_I.

Различные алгоритмы скрэмблирования отличаются количеством слагаемых, дающих цифру результирующего кода, и сдвигом между слагаемыми.

Существуют и более простые методы борьбы с последовательностями единиц, также относимые к классу скрэмблирования.

Потенциальные коды имеют более узкий спектр, чем спектр манчестерского кода, даже при повышенной тактовой частоте.

Этим объясняется применение потенциальных избыточных и скрэмблированных кодов в современных технологиях, подобных FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, ISDN и т. п. вместо манчестерского и биполярного импульсного кодирования.