Входной Выходной Входной Выходной

Символ символ символ символ

0000 11110 1000 10010

0001 01001 1001 10011

0010 10100 1010 10110

0011 10101 1011 10111

0100 01010 1100 11010

0101 01011 1101 11011

0110 01110 1110 11100

0111 01111 1111 11101

Табл. 3.1. Код 4B/5B

Логический код 8B/10B заменяет каждый 8-битный исходный символ 10-битным выходным символом. При том же уровне накладных расходов (25%), что и в случае кода 4B/5B, обладает 4-кратной избыточностью (1024 выходных символов и 256 исходных символов). При кодировании 8B/10B каждому исходному символу сопоставлено два выходных символа, выбор из которых осуществляется в зависимости от последнего бита предыдущего переданного символа. В результате код обеспечивает стабильное соотношение 0 и 1 в выходном потоке, независимо от исходных данных. Это свойство важно для лазерных передатчиков, поскольку от данного соотношения зависит их нагрев и количество ошибок приема. Код 8B/10B используется в Gigabit Ethernet: 1000BaseSX, 1000BaseLX, 1000BaseCX.

Логический код 8B/6T кодирует каждые 8 бит исходной информации шестью троичными (T – ternary, троичный) разрядами, принимающими значения {+, 0, –}. Например, 00000000 = +–00+–, 11111110 = –+0+00. Избыточность кода 8B/6T выше, чем у кода 4B/5B и составляет 36/28 = 729/256 = 2,85. Применяется в Fast Ethernet – 100BaseT4.

В сегменте 100BASE-T4 сети Fast Ethernet используется также и другой подход. Код 8В/6Т предусматривает параллельную передачу трех трехуровневых сигналов по трем витым парам. Это позволяет достичь скорости передачи 100 Мбит/с на дешевых кабелях с витыми парами категории 3, имеющих полосу пропускания всего лишь 16 МГц. Это требует большего расхода кабеля и увеличения количества приемников и передатчиков. К тому же принципиально, чтобы все провода были одной длины и задержки сигнала в них не слишком различались.

Другие коды

Иногда уже закодированная информация подвергается дополнительному кодированию, что позволяет упростить синхронизацию на приемном конце. Наибольшее распространение для этого получили 2-уровневый код NRZI, применяемый в оптоволоконных сетях FDDI и 100BASE-FX, а также 3-уровневый код MLT-3, используемый в сетях на витых парах TPDDI и 100BASE-TХ. Оба эти кода (рис. 3.25) не являются самосинхронизирующимися.

Рис. 3.25. Коды NRZI и MLT-3

Код NRZI (без возврата к нулю с инверсией единиц – Non-Return toZero, Invert to one) предполагает, что уровень сигнала меняется на противоположный в начале единичного битового интервала и не меняется при передаче нулевого битового интервала. При последовательности единиц на границах битовых интервалов имеются переходы, при последовательности нулей – переходов нет. В этом смысле код NRZI лучше синхронизируется, чем NRZ, где нет переходов ни при последовательности нулей, ни при последовательности единиц.

Код MLT-3 (Multi-Level Transition-3) предполагает, что при передаче нулевого битового интервала уровень сигнала не меняется, а при передаче единицы – меняется на следующий уровень по такой цепочке: +U, 0, –U, 0, +U, 0, –U и т.д. Таким образом, максимальная частота смены уровней получается вчетверо меньше скорости передачи в битах при последовательности только единиц. Требуемая полоса пропускания оказывается меньше, чем при коде NRZ.

Все упомянутые в разделе коды предусматривают непосредственную передачу в сеть цифровых двух- или трехуровневых прямоугольных импульсов.

Аналоговое кодирование

Иногда в сетях используется и другой путь – модуляция информационными импульсами высокочастотного синусоидального сигнала. Такое аналоговое кодирование позволяет при переходе на широкополосную передачу существенно увеличить пропускную способность канала связи. В этом случае по сети можно передавать несколько бит одновременно. К тому же при прохождении по каналу связи синусоидального сигнала не искажается форма сигнала, а только уменьшается его амплитуда, а в случае цифрового сигнала форма сигнала искажается.

К самым простым видам аналогового кодирования относятся следующие(рис. 3.26):

Ø Амплитудная модуляция (АМ, AM – Amplitude Modulation), при которой логической единице соответствует наличие сигнала или сигнал большей амплитуды, а логическому нулю – отсутствие сигнала или сигнал меньшей амплитуды. Частота сигнала при этом остается постоянной. Недостаток амплитудной модуляции состоит в том, что АМ-сигнал сильно подвержен действию помех и шумов, а также предъявляет повышенные требования к затуханию сигнала в канале связи. Достоинства – простота аппаратурной реализации и узкий частотный спектр.

Ø Частотная модуляция (ЧМ, FM – Frequency Modulation), при которой логической единице соответствует сигнал более высокой частоты, а логическому нулю – сигнал более низкой частоты (или наоборот). Амплитуда сигнала при частотной модуляции остается постоянной, что является большим преимуществом по сравнению с амплитудной модуляцией.

Рис. 3.26. Аналоговое кодирование цифровой информации

Ø Фазовая модуляция (ФМ, PM – Phase Modulation), при которой смене логического нуля на логическую единицу и наоборот соответствует резкое изменение фазы синусоидального сигнала одной частоты и амплитуды. Важно, что амплитуда модулированного сигнала остается постоянной, как и в случае частотной модуляции.

Применяются и значительно более сложные методы модуляции, являющиеся комбинацией перечисленных простейших методов.

Чаще всего аналоговое кодирование используется при передаче информации по каналу с узкой полосой пропускания, например, по телефонным линиям в глобальных сетях. Кроме того, аналоговое кодирование применяется в радиоканалах, что позволяет обеспечивать связь между многими пользователями одновременно. В локальных кабельных сетях аналоговое кодирование практически не используется из-за высокой сложности и стоимости как кодирующего, так и декодирующего оборудования.