Манчестерский код
В телекоммуникациях и хранении данных манчестерский код (также известный как фазовое кодирование или PE ) представляет собой линейный код , в котором кодирование каждого бита данных либо низкое, затем высокое, или высокое, а затем низкое, в течение одинакового времени. Это самосинхронизирующийся сигнал без составляющей постоянного тока . Следовательно, электрические соединения, использующие манчестерский код, легко гальванически развязываются .
Манчестерский код получил свое название от своей разработки в Манчестерском университете , где кодирование использовалось для хранения данных на магнитных барабанах компьютера Manchester Mark 1 .
Манчестерский код широко использовался для магнитной записи на компьютерных лентах с разрешением 1600 бит на дюйм до появления лент с разрешением 6250 бит на дюйм, в которых использовалась более эффективная запись с групповым кодированием . [1] Манчестерский код использовался в ранних стандартах физического уровня Ethernet и до сих пор используется в потребительских ИК- протоколах, RFID и связи ближнего радиуса действия .
Функции
[ редактировать ]Манчестерское кодирование — это особый случай двоичной фазовой манипуляции (BPSK), когда данные управляют фазой прямоугольной несущей , частота которой равна скорости передачи данных. Манчестерский код обеспечивает частые изменения напряжения в сети, прямо пропорциональные тактовой частоте; это помогает восстановлению часов .
Постоянная составляющая кодированного сигнала не зависит от данных и, следовательно, не несет никакой информации. Поэтому соединения могут быть индуктивными или емкостными , что позволяет удобно передавать сигнал по гальванически изолированной среде (например, Ethernet) с использованием сетевого изолятора — простого однозначного импульсного трансформатора , который не может передавать составляющую постоянного тока.
Ограничения
[ редактировать ]Скорость передачи данных манчестерского кодирования составляет лишь половину скорости передачи некодированного сигнала, что ограничивает его полезность для систем, где полоса пропускания не является проблемой, таких как локальная сеть (LAN) . [2]
Манчестерское кодирование создает сложные проблемы, связанные с частотой, которые делают его непригодным для использования на более высоких скоростях передачи данных. [2] [3]
Существуют более сложные коды, такие как кодирование 8B/10B , которые используют меньшую полосу пропускания для достижения той же скорости передачи данных, но могут быть менее устойчивы к частотным ошибкам и джиттеру в опорных тактовых импульсах передатчика и приемника. [ нужна ссылка ]
Кодирование и декодирование
[ редактировать ]
Манчестерский код всегда имеет переход в середине каждого битового периода и может (в зависимости от передаваемой информации) также иметь переход в начале периода. Направление перехода среднего бита указывает на данные. Переходы на границах периодов не несут информации. Они существуют только для того, чтобы перевести сигнал в правильное состояние, позволяющее осуществить переход среднего бита.
Соглашения для представления данных
[ редактировать ]Существует два противоположных соглашения о представлении данных.
Первый из них был впервые опубликован Дж. Э. Томасом в 1949 году, за ним последовали многочисленные авторы (например, Энди Таненбаум ). [4] Он определяет, что для нулевого бита уровни сигнала будут низкими-высокими (при условии амплитудного физического кодирования данных) – с низким уровнем в первой половине периода бита и высоким уровнем во второй половине. Для 1 бита уровни сигнала будут высокими и низкими. Он также известен как код Manchester II или Biphase-L.
Второму соглашению также следуют многие авторы (например, Уильям Столлингс ). [5] а также стандартами IEEE 802.4 (токен-шина) и более низкоскоростными версиями стандартов IEEE 802.3 (Ethernet). В нем говорится, что логический 0 представлен последовательностью сигналов высокого и низкого уровня, а логическая 1 представлена последовательностью сигналов низкого и высокого уровня.
Если сигнал, закодированный в Манчестере, инвертируется при передаче, он преобразуется из одного соглашения в другое. Эту неоднозначность можно преодолеть, используя дифференциальное манчестерское кодирование .
Декодирование
[ редактировать ]Существование гарантированных переходов позволяет сигналу быть самосинхронизирующимся, а также позволяет приемнику правильно выравниваться; приемник может определить, смещено ли оно на половину периода бита, поскольку в течение каждого периода бита больше не всегда будет переход. Цена этих преимуществ — удвоение требований к полосе пропускания по сравнению с более простыми схемами кодирования NRZ .
Кодирование
[ редактировать ]| Исходные данные | Часы | Стоимость Манчестера | ||
|---|---|---|---|---|
| 0 | БЕСПЛАТНО ⊕ | 0 | = | 0 |
| 1 | 1 | |||
| 1 | 0 | 1 | ||
| 1 | 0 |
Соглашения о кодировании следующие:
- Каждый бит передается в фиксированное время («период»).
- А
0выражается переходом от низкого к высокому,1путем перехода от высокого к низкому (согласно соглашению GE Thomas - в соглашении IEEE 802.3 верно обратное). [7] - Переходы, которые означают
0или1происходят в середине периода. - Переходы в начале периода являются служебными и не представляют собой данные.
См. также
[ редактировать ]- Инверсия кодового знака
- Дифференциальное манчестерское кодирование
- Модуляция двоичной смещенной несущей
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Савард, Джон Дж. Г. (2018) [2006]. «Цифровая магнитная запись» . четырехблок . Архивировано из оригинала 2 июля 2018 года . Проверено 16 июля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Оэд, Ричард (22 апреля 2022 г.). «Старый, но все еще полезный: Манчестерский кодекс» . ДигиКей . Архивировано из оригинала 22 августа 2022 года . Проверено 2 февраля 2023 г.
- ^ Ethernet Technologies , Cisco Systems , заархивировано из оригинала 28 декабря 2018 г. , получено 12 сентября 2017 г. ,
манчестерское кодирование вызывает некоторые сложные проблемы, связанные с частотой, которые делают его непригодным для использования на более высоких скоростях передачи данных.
- ^ Таненбаум, Эндрю С. (2002). Компьютерные сети (4-е изд.). Прентис Холл . стр. 274–275 . ISBN 0-13-066102-3 .
- ^ Столлингс, Уильям (2004). Данные и компьютерные коммуникации (7-е изд.). Прентис Холл . стр. 137–138 . ISBN 0-13-100681-9 .
- ^ Манчестерское кодирование данных для радиосвязи , получено 28 мая 2018 г.
- ^ Форстер, Р. (2000). «Манчестерская кодировка: разрешены противоположные определения». Журнал инженерной науки и образования . 9 (6): 278–280. дои : 10.1049/esej:20000609 .
В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).
Линейное кодирование (цифровая передача в основной полосе частот) | ||
|---|---|---|
| Основные статьи |  | |
| Базовые коды линий | ||
| Расширенные коды линий | ||
| Оптические линейные коды | ||