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 является либо низким, затем высоким, либо высоким, затем низким, в течение одинакового времени. Это самосинхронизирующийся сигнал без компонента постоянного тока . Следовательно, электрические соединения, использующие манчестерский код, легко гальванически изолируются .

Код Manchester получил свое название от разработки в Манчестерском университете , где он использовался для хранения данных на магнитных барабанах компьютера Manchester Mark 1 .

Манчестерский код широко использовался для магнитной записи на компьютерных лентах с разрешением 1600 бит/дюйм до появления лент с разрешением 6250 бит/дюйм, которые использовали более эффективную групповую кодированную запись . ^[1] Манчестерский код использовался в ранних стандартах физического уровня Ethernet и до сих пор используется в потребительских ИК- протоколах, RFID и ближней связи . Он использовался и до сих пор используется для загрузки команд на космический корабль Voyager . ^[2]

Функции

Манчестерское кодирование является частным случаем двоичной фазовой манипуляции (BPSK), где данные управляют фазой несущей прямоугольной волны , частота которой является скоростью передачи данных. Манчестерский код обеспечивает частые переходы напряжения линии, прямо пропорциональные тактовой частоте; это помогает восстановлению тактовой частоты .

Постоянная составляющая кодированного сигнала не зависит от данных и, следовательно, не несет никакой информации. Поэтому соединения могут быть индуктивно или емкостно связаны, что позволяет удобно передавать сигнал по гальванически изолированным средам (например, Ethernet) с использованием сетевого изолятора — простого импульсного трансформатора один к одному , который не может передавать постоянную составляющую.

Ограничения

Скорость передачи данных манчестерского кодирования составляет всего лишь половину скорости передачи данных некодированного сигнала, что ограничивает его полезность в системах, где полоса пропускания не является проблемой, например, в локальных вычислительных сетях (LAN) . ^[3]

Манчестерское кодирование приводит к сложным проблемам, связанным с частотой, что делает его непригодным для использования на более высоких скоростях передачи данных. ^[3]^[4]

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 терпимы к ошибкам частоты и джиттеру в опорных тактовых частотах передатчика и приемника. ^{[ необходима ссылка ]}

Кодирование и декодирование

Манчестерский код всегда имеет переход в середине каждого битового периода и может (в зависимости от передаваемой информации) иметь переход в начале периода. Направление перехода в середине бита указывает на данные. Переходы на границах периода не несут информации. Они существуют только для того, чтобы поместить сигнал в правильное состояние, чтобы разрешить переход в середине бита.

Соглашения о представлении данных

Существуют два противоположных соглашения о представлении данных.

Первый из них был впервые опубликован GE Thomas в 1949 году и был поддержан многочисленными авторами (например, Andy Tanenbaum ). ^[5] Он определяет, что для 0 бит уровни сигнала будут низкими-высокими (предполагая амплитудное физическое кодирование данных) - с низким уровнем в первой половине периода бита и высоким уровнем во второй половине. Для 1 бита уровни сигнала будут высокими-низкими. Это также известно как Manchester II или Biphase-L код.

Второе соглашение также соблюдается многочисленными авторами (например, Уильямом Столлингсом ) ^[6] , а также стандартами IEEE 802.4 (маркерная шина) и более низкоскоростными версиями стандартов IEEE 802.3 (Ethernet). Оно гласит, что логический 0 представлен последовательностью сигналов высокий-низкий, а логическая 1 представлена последовательностью сигналов низкий-высокий.

Если сигнал, закодированный в Манчестере, инвертируется в коммуникации, он преобразуется из одной конвенции в другую. Эту неоднозначность можно преодолеть, используя дифференциальное манчестерское кодирование .

Расшифровка

Наличие гарантированных переходов позволяет сигналу быть самосинхронизирующимся, а также позволяет приемнику правильно выравниваться; приемник может определить, смещен ли он на половину периода бита, поскольку больше не всегда будет переход в течение каждого периода бита. Цена этих преимуществ — удвоение требований к полосе пропускания по сравнению с более простыми схемами кодирования NRZ .

Кодирование

Соглашения о кодировании следующие:

Каждый бит передается в течение фиксированного времени (периода).
A 0выражается переходом от низкого к высокому уровню, a 1— переходом от высокого к низкому уровню (согласно соглашению GE Thomas — в соглашении IEEE 802.3 верно обратное). ^[8]
Переходы, которые означают 0или 1происходят в середине периода.
Переходы в начале периода являются накладными расходами и не несут в себе данных.

Смотрите также

Ссылки

^ Savard, John JG (2018) [2006]. "Цифровая магнитная запись на ленту". quadibloc . Архивировано из оригинала 2 июля 2018 года . Получено 16 июля 2018 года .
^ Хьюз, Марк (2 июля 2017 г.). «Связь на расстоянии в миллиарды миль: связь на больших расстояниях в космическом корабле «Вояджер»». Все о схемах . Получено 27 сентября 2024 г.
^ ab Oed, Richard (22 апреля 2022 г.). "Old, but Still Useful: The Manchester Code". DigiKey . Архивировано из оригинала 22 августа 2022 г. . Получено 2 февраля 2023 г. .
^ Ethernet Technologies, Cisco Systems , архивировано из оригинала 28 декабря 2018 г. , извлечено 12 сентября 2017 г. , Манчестерское кодирование привносит 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.). Prentice Hall . стр. 274–275. ISBN 0-13-066102-3.
^ Сталлингс, Уильям (2004). Данные и компьютерные коммуникации (7-е изд.). Prentice Hall . С. 137–138. ISBN 0-13-100681-9.
^ Manchester Data Encoding for Radio Communications , получено 28 мая 2018 г.
^ Форстер, Р. (2000). «Манчестерское кодирование: разрешены противоположные определения». Журнал инженерной науки и образования . 9 (6): 278–280. doi :10.1049/esej:20000609.

В этой статье использованы материалы из общедоступного Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).