Канальное кодирование. Методы кодирования.

Данные, изначально имеющие аналоговую, непрерывную форму, такие как речь, фото и телевизионные изображения, в последнее время все чаше переда­ются по каналам связи в дискретном виде. Для преобразования непрерывного сигнала в дискретную форму производится дискретная модуляция, называемая также кодированием.

Применяются два типа кодирования данных. Первый — на основе непрерывного синусоидального несущего сигнала — называется аналоговой модуляцией, или просто модуляцией. Кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй тип кодирования называется цифровым кодированием и осуществляется на основе последовательности прямоугольных импульсов. Эти способы кодирования различаются шириной спектра передаваемого сигнала и сложностью аппаратуры для их реализации.

Для передачи по цифровым каналам аналогового сообщения в виде непрерывной последовательности она предварительно оцифровывается. Объединение нескольких таких базовых цифровых каналов в один (мультиплексирование) позволяет создавать более скоростные каналы.

Полярное кодирование: положительное напряжение — логический «0», отрицательное — логическая «1». Этот метод прост и логичен, но имеет существенный недостаток — необходимость синхронизации. Когда двоичный код включает две или более следующие друг за другом единицы (или нулей), то на протяжении двух и более бит не происходит изменения напряжения. При обмене информацией двух вычислительных систем, не имеющих синхронизированных с большой точностью таймеров, невозможно правильно определить количество переданных бит. Поэтому полярное кодирование применяется в ВС со сверхскоростной передачей информации и сопутствующим внешним синхросигналом, синхронизирующим взаимодействующие ВС.

Поскольку большинство информационных сетей использует узкополосную среду передачи, которая разрешает единовременную посылку только одного сигнала, то такие сети используют способ кодирования, имеющий свойство самосинхронизации. Один из видов самосинхронизирующихся кодов — манчестерский код, применяемый в сетях Ethernet: уровень сигнала изменяется по центру каждого бита, что позволяет принимающей ВС точно отметить границы бита. Логические 0 и 1 определяются, исходя из направления изменения полярности: нулю соответствует переход от положительного значения к отри­цательному, единице — от отрицательного к положительному.

В сетях Token Ring применяется разностное манчестерское кодирование: уровень сигнала изменяется также по центру бита, но направление перехода не имеет значения, его наличие требуется только для синхронизации сигнала.

Значение же логического сигнала определяется по наличию или отсутствию перехода в начале следования бита: нулю соответствует смена полярности, единице — отсутствие смены. Смена полярности в середине бита во внимание не принимается.

По сравнению с манчестерским и разностным манчестерским кодированием более эффективно кодирование без возврата к нулю — NRZ (Non-Return to Zero) за счет простоты в реализации и большей помехозащищенности. Преимуществом этого кода является то, что основная гармоника спектра сигналов достаточно низка и равна N/2 (N — скорость передачи дискретных данных, бит/с). У сигналов, закодированных по другим методам, например, манчестерским, основная гармоника имеет более низкую частоту. Недостатком является отсутствие самосинхронизации, поэтому при высоких скоростях обмена код NRZ не применяется. Другой недостаток проявляется при передаче длинных последовательностей 1 и 0, тогда низкочастотная составляющая приближается к нулю, поэтому в каналах, где нет непосредственного гальванического соединения между источни­ком и приемником информации, этот код не применяется. Однако разработаны модификации метода, устраняющие два указанных недостатка.