2.4 Особенности построения цифровых систем передачи (2/3)

Передача дискретных данных на канальном уровне

Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения,адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня обеспечивают передачу пакетов данных адресату, причем каждый пакет оформляется в кадр собственного формата (отдельные поля кадра заполняются адресом назначения и контрольной суммой для выявления искаженных кадров).Доставка кадров данных осуществляется в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией. Например, это односегментные сети Ethernetили многосегментные сетиEthernetиToken Ringиерархической топологии, разделенных мостами и коммутаторами. В более сложных структурах сетей задача передачи кадров между узлами осуществляется с помощью протоколов сетевого уровня.

Протоколы, работающие на канальном уровне, обеспечивают передачу данных:

· в асинхронном и синхронном режимах;

· с предварительным установлением соединения и без предварительного установления соединения (дейтаграммную);

· с обнаружением искаженных данных и без обнаружения;

· с обнаружением потерянных данных и без обнаружения;

· с восстановлением искаженных и потерянных данных и без восстановления;

· с поддержкой динамической компрессии данных и без поддержки.

Многие из этих свойств и возможностей характерны и для протоколов более высоких уровней.

Асинхронная и синхронная передачи

Синхронизация между приемником и передатчиком в основном обеспечивается средствами физического уровня (на этом уровне единицей информации является бити средства этого уровня поддерживаютпобитовую синхронизацию) и канального уровня (на этом уровне единицей информации является кадри средства этого уровня поддерживаютпокадровую синхронизацию).

При покадровой синхронизации приемник обязан обеспечить распознавание начала первого байта поступившего кадра, границ полей кадра и признака окончания кадра. При плохом качестве линии связи кроме побитовой и покадровой синхронизации для повышения надежности передачи данных используются дополнительные средства синхронизации на уровнебайт, и тогда такой режим работы называется асинхронным или стартстопным. Его использование объясняется еще и тем, что в составе компьютера есть устройства, которые генерируютбайты в случайные моменты времени (например, клавиатура, с которой вводятся данные в компьютер).

В асинхронном режиме передача осуществляется небольшими блоками фиксированной длины (обычно байтами). Каждыйбайтобрамляется двумя сигналами – стартбит и стопбит. Синхронизация приемника обеспечивается сигналом стартбит. Асинхронным такой режим называется потому,что каждыйбайтможет быть несколько смещен относительно побитовых тактов предыдущегобайта.

DTM(англ. Dynamic synchronous TransferMode, динамический режим синхронной передачи) — альтернативнаяATMкоммуникационная технология, созданная фирмой Dynarc, которая базируется в Швеции и США.

В синхронном режиме пользовательские данные передаются покадрово, причем каждый кадр обрамляется байтами синхронизации(старт-стопные биты для каждогобайта отсутствуют).Байтсинхронизации – это заранее оговоренный 8-разрядный двоичный код, который оповещает приемник оприходе очередного кадра данных. При передаче длинных кадров может произойти рассинхронизация приемника, и тогда используются самосинхронизирующие коды.

Асинхронные протоколы канального уровня оперируют со стандартными наборами символов (ASCIIилиEBCDIC) или кадрами, концевик которых содержит контрольную сумму для обнаружения искаженных кадров.Так как первые 32 (ASCII) или 27 (EBCDIC) кодов в этих наборах являются специальными кодами, которые не отображаются на дисплее или принтере, то они использовались асинхронными протоколами для управления режимом обмена данными. В самих пользовательских данных, которые представляли собой буквы, цифры, а также такие знаки, как @, %, $ и т. п., специальные символы никогда не встречались, так что проблемы их отделения от пользовательских данных не существовало.

В синхронных протоколах между пересылаемыми символами (байтами) нет стартовых и стоповых сигналов, поэтому отдельные символы в этих протоколах пересылать нельзя. Все обмены данными осуществляются кадрами, которые имеют в общем случае заголовок, поле данных и концевик (рис. 24).Все биты кадра передаются непрерывным синхронным потоком, что значительно ускоряет передачу данных.

Рисунок 24 . Кадры синхронных протоколов

Так как байты в этих протоколах не отделяются друг от друга служебными сигналами, то одной из первых задач приемника является распознавание границыбайт. Затем приемник должен найти начало и конец кадра, а также определить границы каждого поля кадра - адреса назначения, адреса источника, других служебных полей заголовка, поля данных и контрольной суммы, если она имеется. Большинство протоколов допускает использование в кадре поля данных переменной длины. Иногда и заголовок может иметь переменную длину. Обычно протоколы определяют максимальное значение,которое может иметь длина поля данных.Эта величина называется максимальной единицей передачи данных (Maximum Transfer Unit,MTU).В некоторых протоколах задается также минимальное значение, которое может иметь длина поля данных. Например, протоколEthernetтребует, чтобы поле данных содержало, по крайней мере, 46байтданных (если приложение хочет отправить меньшее количествобайт, то оно обязано дополнить их до 46байтлюбыми значениями).Есть протоколы с кадрами фиксированной длины, например, 53байта в протоколе АТМ.

Синхронные протоколы канального уровня бывают двух типов:

· символьно-ориентированные(байт-ориентированные),используемые для передачи в основном текстовых файлов;

· бит-ориентированные, применяемые при передаче как двоичных, так и символьных данных, т. е. являющиеся более универсальными протоколами.

Протоколы с гибким форматом кадра

Для большей части протоколов характерны кадры, состоящие из служебных полей фиксированной длины. Исключение делается только для поля данных, с целью экономной пересылки, как небольших квитанций,так и больших файлов. Способ определения окончания кадра путем задания длины поля данных, рассмотренный выше, как раз рассчитан на такие кадры с фиксированной структурой и фиксированными размерами служебных полей.

Однако существует ряд протоколов, в которых кадры имеют гибкую структуру. Например, к таким протоколам относятся очень популярный прикладной протокол управления сетями SNMP, а также протокол канального уровня РРР, используемый для соединений типа «точка-точка».Кадры таких протоколов состоят из неопределенного количества полей, каждое из которых может иметь переменную длину. Начало такого кадра отмечается некоторым стандартным образом, например, с помощью флага, а затем протокол последовательно просматривает поля кадра и определяет их количество и размеры. Каждое поле обычно описывается двумя дополнительными полями фиксированного размера. Например, если в кадре встречается поле, содержащее некоторую символьную строку, то в кадр вставляются три поля:

Дополнительные поля «Тип» и «Длина» имеют фиксированный размер в один байт, поэтому протокол легко находит границы поля «Значение». Так как количество таких полей также неизвестно, для определения общей длины кадра используется либо общее поле «Длина», которое помещается вначале кадра и относится ко всем полям данных, либо закрывающий флаг.

Протоколами канального уровня (с участием протоколов более высоких уровней) реализуются два способа связи между отправителем и получателем данных: без установления логического соединения между ними(рис.25,а)ис предварительным установлением логического соединения (рис. 25, б).

Способ связи безустановления логического соединенияхарактеризуется следующим:

· он используется в сетях с коммутацией пакетов,причем каждый пакет рассматривается как индивидуальный объект, независимая единица передачи информации;

· пакеты от отправителя можно передавать в произвольные моменты, а также одновременно множеству адресатов по различным маршрутам;

· перед передачей данных сквозная связь между отправителем и получателем заранее не устанавливается, не требуется также синхронизация аппаратуры связи на передающем и приемном пунктах;

· из-за занятости отдельных участков маршрута может осуществляться буферизация пактов в промежуточных узлах связи (такой способ не гарантирует доставку пакета);

· передача сигнала к отправителю от адресата,подтверждающего получение информации, не производится.

Это один из первых и простейших способов обмена данными в коммуникационной технологии. Он широко используется в дейтаграммных сетях, в которых реализуютсядейтаграммныепротоколы информационного обмена.

Дейтаграммные сети можно рассматривать как аналог обычных (не электронных) почтовых служб. Когда мы хотим отправить письмо, мы пишем на конверте почтовый адрес получателя и опускаем конверт в почтовый ящик. Почтовый адрес имеет иерархическую структуру и включает в себя, например, страну, город, улицу и номер дома. Почтовая служба обрабатывает каждое из полей в порядке иерархии, начиная с самого «общего» - страны адресата. В первую очередь, письмо передается в нужную страну, затем - в нужный город, а далее местные почтовые службы доставляют письмо непосредственно по месту назначения."

Способ связи (или режим связи),ориентированный на логическое соединение, относится к более поздней технологии. Он обеспечивает более высокий уровень сервиса по сравнению с дейтаграммной связью.

Особенности организации обмена данными с установлением логического соединения:

перед передачей информации между взаимодействующими абонентами (отправителем и получателем) устанавливается логический (виртуальный) канал, причем технология создания (установления) канала такова: отправитель посылает запрос на соединение удаленному адресату через ряд промежуточных узлов связи;

адресат, получив этот запрос, в случае«согласия» на установление логического канала посылает отправителю сигнал подтверждения; после получения сигнала подтверждения отправителем начинается обмен данными с управлением потоком, сегментацией и исправлением ошибок;

после завершения обмена данными адресат посылает пакет подтверждения этого события отправителю (клиенту – инициатору установления логического канала), который воспринимается как сигнал для разъединения канала. Следовательно, при использовании этого способа связи выделяются три этапа: установление канала, обмен данными, разъединение канала.

Рисунок 25. Способы связи

Режим «с соединением» целесообразно использовать для тех применений, где взаимодействие имеет долговременный характер, конфигурация взаимодействующих объектов постоянна, а поток данных не имеет больших пауз. Протоколы с установлением соединения обладают рядом дополнительных свойств, например, способностью обнаруживать и восстанавливать искаженные кадры. Для обнаружения искаженных кадров используется ряд методов, в частности методы, основанные на циклических избыточных кодах, которые выявляют многократные ошибки. Восстановление кадров основано на использовании метода повторной передачи кадров.

Режим «без соединения» больше подходит там,где взаимодействие имеет кратковременный характер, при котором объем передаваемых данных невелик, а интервалы между передачами значительны(относительно скорости передачи). Кроме того, его целесообразно использовать в системах с повышенными требованиями к надежности доставки данных адресату, так как эти требования можно удовлетворить путем тиражирования данных и передачи адресату по разным маршрутам.

Цифровое кодирование

Цифровое кодирование (Digital Encoding),иногда не совсем корректно называемое модуляцией, определяет способ представления битов в физическом канале передачи данных. Простейший метод NRZиспользуется в протоколах на базе интерфейсаRS-232, в сетяхEthernetприменяется кодирование PE, а в телефонии используется алгоритм HDB3 (этот метод служит для кодирования сигналов в потокахE1и E2). Выбор метода кодирования зависит от полосы канала связи, используемой кабельной системы,скорости передачи данных и других параметров.

Именно благодаря своей простоте и дешевизне реализации, цифровое кодирование завоевало очень большую популярность при передаче данных. В виду своей малой чувствительности к помехам на линии цифровое кодирование в последнее время применяют даже там, где раньше использовали только аналоговые передачи.

Для цифрового кодирования используют потенциальные иимпульсныекоды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используются только значение потенциала сигнала в период такта, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются. Важно только какое значение в период такта имеет результирующий сигнал.

Рисунок 26. Потенциальное кодирование

Импульсные коды представляют логический ноль и логическую единицу либо импульсами определенной полярности, или частью импульса - перепадом потенциала определенного направления. В значение импульсного кода включается весь импульс вместе с его перепадами.

Итак, данные можно «закодировать»потенциальными или импульсными кодами, чтобы передать по линии связи от приемника к источнику. Конечно, на самом деле под словом «закодировать» скрывается большое количество возможных методов цифрового кодирования, которые позволяют проводить кодирование данных с тем или иным результатам.

Давайте посмотрим, как самым простым способом можно закодировать дискретные данные. Самый простой способ:закодировать логическую единицу одним уровнем напряжения (высоким), алогический ноль другим (низким), то есть применить для кодирования последовательности двоичных данных обыкновенный потенциальный код. Как оказалось этот метод кодирования имеет специфическое название - потенциальный код без возвращения к нулю, сокращенно NRZ.

Потенциальный код без возвращения к нулю NRZ

Этот код получил такое название потому, что при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта (как мы увидим ниже, в других методах кодирования возврат к нулю в этом случае происходит).

Код NRZ(Non Return to Zero) - без возврата к нулю - это простейший двухуровневый код. Результирующий сигнал имеет два уровня потенциала: Нулю соответствует нижний уровень, единице - верхний.Информационные переходы происходят на границе битов.

Рассмотрим три частных случая передачи данных кодом NRZ: чередующаяся последовательность нулей и единиц,последовательность нулей и последовательность единиц.

Рисунок 27. Применение кода NRZ

Прежде всего, нам нужно попытаться угадать первую синусоиду и определить основную гармонику спектра при потенциальном кодировании в каждом из этих случаев, чтобы точнее определить какие код NRZимеет требования к используемой линии связи.

Первый случай - передается информация,состоящая из бесконечной последовательности чередующихся единиц и нулей. Этот рисунок показывает, что при чередовании единиц и нулей за один такт будет передаваться два бита 0 и 1. Можем мы угадать форму синусоиды? Да можем.Следовательно, при N - битовой скорости передачи период этой синусоиды равен T= 2N. Частота основная гармоника в этом случае равна f0 = N/2.

Таким образом, наибольшая частота для потенциального кода NRZнаблюдается при передаче чередующейся последовательности нулей и единиц и она равна f0 = N/2. Эта частота еще хороша,тем, что она низкая, т.е. может пропускаться всеми основными типами линий связи. Как видно, при такой последовательности этого кода скорость передачи данных вдвое превышает частоту сигнала.

А что же происходит при передаче последовательностей нулей и единиц? При передаче только единиц, или только нулей результирующий сигнал - постоянный ток, а значит при передаче последовательности одинаковых битов частота изменения сигнала равна нулю f0 =0. Помимо этого, если учитывать, что спектр реального сигнала постоянно меняется в зависимости от того, какие данные передаются по линии связи, то следует опасаться передач длинных последовательностей нулей или единиц, которые сдвигают спектр сигнала в сторону низких частот. Другими словами код NRZпри передаче длинных последовательностей нулей или единиц имеет постоянную составляющую. И это очень плохо.

Дело в том, что к спектру передаваемого сигнала помимо требований к ширине, выдвигают еще одно очень важное требование- отсутствие постоянной составляющей (наличия постоянного тока между приемником и передатчиком), потому как применение различных трансформаторных развязок в линии связи не пропускает постоянный ток. Из-за этого многие линии связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. Так, к примеру, одним из условий реализации балансной передачи по витым парам является применение в приемопередатчиках сетевого оборудования развязывающих согласующих трансформаторов,передача постоянной составляющей сигнала через которые невозможна. Следовательно, часть информации просто будет игнорироваться этой линией связи.Поэтому на практике всегда стараются избавиться от присутствия постоянной составляющей в спектре несущего сигнала уже на этапе кодирования.

Ещё один момент, который обращает внимание при передаче длинной последовательности единиц или нулей - отсутствие синхронизации. И это очень существенный недостаток этого кода.

В этом случае помогут только дополнительные методы синхронизации, о которых поговорим ниже.

И всё же, несмотря на все трудности и недостатки кода NRZего несомненное достоинство - простота. К тому же потенциальный сигнал не надо кодировать и декодировать, поскольку такой же способ применяется и для передачи данных внутри компьютера. Но все-таки, эти достоинства не перевешивают его недостатков, разве только один - дешевизна реализации.

плюсы и минусы кода NRZ:

· очень прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов).

· имеет постоянную составляющую при передаче нулей и единиц, что делает его невозможным для передачи в линиях с трансформаторными развязками.

· не самосинхронизирующийся код и это усложняет его передачу в любой линии.

Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники fо, которая равна N/2 Гц, как это было показано выше. Таким образом, кодNRZработает на низких частотах от 0 до N/2 Гц. В результате в чистом виде кодNRZв сетях не используется. Тем не менее, используются его различные модификации, в которых с успехом устраняют как плохую самосинхронизацию кодаNRZ, так и наличие постоянной составляющей.

Следующие методы цифрового кодирования разрабатывались с целью каким-то образом улучшить возможности кода NRZ. Как пример, следующий метод.

Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией AMI

Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI) является модификацией методаNRZ. В этом методе используются три уровня потенциала -отрицательный, нулевой и положительный. Три уровня сигнала это недостаток кода,потому что требуются лучшее (чем в предыдущем случае) соотношение сигнал/шум на входе приемного устройства.

Дополнительный уровень требует увеличение мощности передатчика примерно на 3 дБдля обеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общим недостатком кодов с несколькими состояниями сигнала по сравнению с двухуровневыми кодами.

Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Рисунок 28. Применение метода кодирования AMI

Как видно из рисунка, код AMIчастично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации,присущие кодуNRZпри передаче длинных последовательностей единиц. Давайте снова рассмотрим частные случаи работы кода, и угадаем основную гармонику спектра результирующего сигнала для каждого из них. Как и в случае сNRZпри последовательности нулей -сигнал - постоянный ток - fo = 0

Рисунок 29 .Постоянный ток - fo = 0

Поэтому и код AMIтребует дальнейшего улучшения, хотя задача упрощается - осталось справиться только с последовательностями нулей.

При передаче последовательности единиц сигнал на линии представляет собой последовательность разнополярных импульсов стем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гармоникой fo = N/2

Теперь давайте посмотрим сигнал в случае чередующегося набора единиц и нулей. При передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника fo = N/2 Гц, что в два раза меньше чем у кода NRZ. В целом,для различных комбинаций бит на линии использование кодаAMIприводит к более узкому спектру сигнала, чем для кодаNRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии.

Код AMIпредоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation).

Вывод таков - код AMIликвидирует постоянную составляющую при передаче последовательности единиц, имеет узкий спектр - от N/4 - N/2, частично ликвидирует проблемы синхронизации, по сравнению с кодомNRZ, но он использует не два, а три уровня сигнала на линии и это его недостаток. Но его удалось устранить следующему методу.

Потенциальный код с инверсией при единице NRZI

Этот код полностью похож на код AMI, но только использует два уровня сигнала. При передаче нуля он передает потенциал,который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный.

Этот код называется потенциальным кодом с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI). Он удобен в тех случаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно,например, в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояния сигнала - свет и темнота.

Рисунок 30. Применение метода кодирования NRZI

Этот код немного отличается по форме результирующего сигнала от кода AMI, но если вычислить основные гармоники, для каждого случая,то окажется, что они такие же. Для последовательности чередующихся единиц и нулей основная частота сигнала fо=N/4(рис.31) ;

Рисунок 31.

при последовательности единиц - fо=N/2(рис.32);

Рисунок 32

При последовательности нулей сохраняется тот же недостаток fо=0 - постоянный ток в линии.

Из всего выше сказанного, складывается такая картина:

NRZ- простой код, но без синхронизации вообще, медленный, и имеет постоянные составляющие, как при передаче нулей, так и при передаче единиц. Он не используется в чистом виде, но послужил основой для создания последующих кодов;

AMI- этот код немного улучшил ситуацию, тут ликвидировали постоянную составляющую при передаче единиц, но она осталась при передаче нулей, благодаря сужению спектра несущего сигнала увеличилась скорость передачи в два раза, но он требует трех уровней сигнала, что усложняет его реализацию.

NRZI- обеспечивает те же возможности, что и кодAMI, но использует для этого только два уровня сигнала и поэтому более приемлем для дальнейшего усовершенствования. Этот код всем хорош, он и быстрый и двухуровневый, осталась только побороть две его проблемы - постоянную составляющую при последовательности нулей, и обеспечить синхронизацию при передаче. Как мы потом убедимся, кодNRZIстал основным при разработке более улучшенных методов кодирования на более высоких уровнях.

Биполярный импульсный код

Мы уже с вами говорили о том, что в сетях кроме потенциальных кодов используются и импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или же его частью - фронтом.

Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсомодной полярности, а ноль - другой. Каждый импульс длится половину такта.Биполярный импульсный код - трехуровневый код. Давайте посмотрим результирующие сигналы при передаче данных биполярным кодированием в следующих частных случаях.

Рисунок 33. Применение метода биполярного кодирования

Как видим, во всех этих случаях,особенностью кода является то, что в центре бита всегда есть переход(положительный или отрицательный). Следовательно, каждый бит обозначен.Приемник может выделить синхроимпульс (строб), имеющий частоту следования импульсов, из самого сигнала. Привязка производится к каждому биту, что обеспечивает синхронизацию приемника с передатчиком.

Такие коды, несущие в себе строб, называют самосинхронизирующимися.

И это бесспорное преимущество биполярного кодирования. Давайте теперь рассмотрим спектр сигналов для каждого рассматриваемого случая. При передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода fо=N Гц, что в два раза выше основной гармоники кода NRZи в четыре раза выше основной гармоники кодаAMIпри передаче чередующихся единиц и нулей. Этот недостаток кода не дает выигрыша в скорости передачи данных и явно свидетельствует о том, что импульсные коды медленнее потенциальных. Например,для передачи данных по линии со скоростью 10 Мбит/с, требуется частота несущего сигнала 10 МГц.

При передаче последовательности чередующихся нулей и единиц скорость возрастает, но не намного, частота основной гармоники кода fо=N/2 Гц.

Рисунок 34. Частота основной гармоники кода fо=N/2 Гц.

Биполярный импульсный код имеет большое преимущество, по сравнению с предыдущими кодами, - он самосинхронизирующийся. Но наряду с этим биполярные импульсные коды имеют широкий спектр сигнала, и поэтому очень медленные. Кроме этого, есть еще один его существенный недостаток биполярного кодирования - использование трех уровней. Из-за своего слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

Манчестерский код

Манчестерский код был разработан, как усовершенствованный биполярный. Поэтому манчестерский код также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от биполярного кода имеет не три, а только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность.

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса.

При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала,происходящими в середине каждого такта. Это происходит следующим образом: Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а ноль -обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд.

Снова возьмем наш стандартный прием и рассмотрим частные случаи кодирования, а потом будем определять основные гармоники для каждой из последовательностей: нулей, единиц, чередующихся нулей и единиц.

Рисунок 35. Применение метода манчестерского кодирования (Поправить картинку, 0 на 1)

Во всех случаях можно заметить, что при манчестерском кодировании изменение сигнала в центре каждого бита, позволяет легко выделить синхросигнал. Поэтому манчестерский код и обладает хорошими самосинхронизирующимися свойствами. Самосинхронизация всегда дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника.

Определим основную частоту при передаче только единиц или только нулей. Как видно при передаче, как нулей, так и единиц, постоянная составляющая отсутствует. Частота основной гармоники fо=NГц, как и при биполярном кодировании. Благодаря этому гальваническая развязка сигналов в линиях связи может выполняться простейшими способами, например, с помощью импульсных трансформаторов. При передаче чередующихся единиц и нулей частота основной гармоники равна fо=N/2Гц.

Таким образом, манчестерский код это улучшенный биполярный код, улучшенный за счет использования для передачи данных только двух уровней сигнала, а в не трех, как в биполярном. Но этот код по-прежнему остается медленным по сравнению с NRZI, который в два раза быстрее.

В качестве примера возьмем для передачи данных линию связи с полосой пропускания 100 МГц и скоростью 100 Мбит. Исходя из этого, определяем, что для передачи данных кодом NRZIнам достаточно диапазона частоты от N/2-N/4 - это частоты от 25 -50 МГц, эти частоты входят в полосу пропускания нашей линии - 100 МГц.

Для манчестерского кода нам нужен диапазон частот от N до N/2 - это частоты от 50 до 100 MГц, в этом диапазоне находятся основные гармоники спектра сигнала. Для кода Манчестера он не удовлетворяет полосе пропускания нашей линии, и, следовательно, такой сигнал линия будет передавать с большими искажениями (такой код нельзя использовать на этой линии).

Дифференциальный манчестерский (Differential Manchester) код.

Как это следует из его названия, является разновидностью манчестерского кодирования. Середину тактового интервала линейного сигнала он использует только для синхронизации, и на ней всегда происходит смена уровня сигнала. Логические 0 и 1 передаются наличием или отсутствием смены уровня сигнала в начале тактового интервала соответственно.

Этот код обладает теми же самыми преимуществами и недостатками, что и манчестерский. Но, на практике используется именно дифференциальный манчестерский код.

Не смотря на все недостатки код Манчестера раньше (когда высокоскоростные линии были большой роскошью для локальной сети)очень активно использовался в локальных сетях, из-за своей самосинхронизации и отсутствия постоянной составляющей. Он и сейчас находит широкое применение в оптоволоконных и электропроводных сетях.

Но в последнее время разработчики пришли к выводу, что лучше все-таки применять потенциальное кодирование, ликвидируя его недостатки средствами, так называемого логического кодирования.