Serijska digitalna komunikacija je postala zelo priljubljena. Obstaja veliko različic: med standardnimi vmesniki na ravni plošče imamo UART, SPI in I2C. "Digitalno" povezavo je mogoče doseči tudi z uporabo analognih signalov. En primer je radijska frekvenčna podatkovna linija, ki uporablja analogne amplitude, frekvence ali fazne spremembe za brezžični binarni prenos. Obstajajo tudi hitri diferencialni vmesniki, kot so serijske komunikacijske linije na osnovi LVDS ali USB.
Manchester koda: kaj je in zakaj se uporablja
Pri prenosu podatkov se uporabljajo različni načini kodiranja za varnost podatkov in hiter prenos. Manchester kodiranje je ena taka metoda digitalnega kodiranja. V veliki meri se razlikuje od drugih metod, saj je privzeto določen vsak bit podatkov. Stanje bitov se določi glede na smer prehoda. Različni sistemi različno predstavljajo bitni status, vendar večina sistemov predstavlja 1 bit proti stikalu od nizke do visoke in 0 bitov za preklop z visokega na nizko. Manchester Coding je metoda modulacije podatkov, ki se lahko uporablja v mnogih situacijah, vendar je še posebej uporabna pri prenosu binarnih informacij na podlagi analognih, radijskih, optičnih, hitrih digitalnih ali oddaljenih digitalnih signalov.
Sinhronizacija signala je glavna prednost kodiranja Manchester. S tem zagotavlja večjo zanesljivosthitrost prenosa podatkov v primerjavi z drugimi metodami. Toda Manchester kodiranje ima tudi nekaj slabosti. Na primer, porabi več pasovne širine kot izhodni signal.
Vse vrste kodiranja iz Manchestra imajo naslednje značilnosti:
Vsak bit se prenaša v določenem času.
"1" je označeno, ko pride do prehoda z visokega na nizko; "0" se izrazi, ko se izvede prehod z nizke na visoko.
Prehod, uporabljen za opombo 1 ali 0, se natančno ugotovi sredi obdobja.
Kodiranje v splošnem pomenu je postopek pretvorbe podatkov v obliko, ki je potrebna za izpolnjevanje potreb po obdelavi informacij, vključno z:
zbiranjem in izvajanjem programa.
Prenos, shranjevanje in stiskanje podatkov (dekompresija).
Obdelava podatkov aplikacije, kot je preoblikovanje datotek.
Vse vrste oznak imajo lahko dva pomena:
V računalniški tehnologiji je kodiranje postopek uporabe določene kode, kot so črke, simboli in številke, za podatke za pretvorbo v enakovredno šifro.
V elektroniki se kodiranje nanaša na analogno-digitalno pretvorbo.
Nekaj zgodovine
Manchester koda (prvič objavljena leta 1949) je tehnologija sinhronega kodiranja, ki jo fizični sloj uporablja za kodiranje signalov ure in sinhronih bitnih podatkov. Pri tej metodi dejanski binarni podatki, ki jih je treba prenesti preko kabla, niso poslani kot zaporedje logičnih enot in ničel (znanih)kot tehnično Non Return to Zero ali NRZ). Namesto tega se bitovi pretvorijo v nekoliko drugačen format, ki ima več prednosti pred neposrednim binarnim kodiranjem.
Manchester koda vsebuje pogoste prehode na ravni, ki sprejemniku omogočajo, da z digitalno fazno zanko (DPLL) izvleče sinhronizacijski signal in pravilno dekodira vrednosti in sinhronizira vsak bit. Da bi zagotovili zanesljivo delovanje z uporabo DPLL, mora biti oddani tok vsebovati visoke gostote bitov. To zagotavljajo vse vrste kod, kar DPLL-ju omogoča, da pravilno ujame signal ure.
Tehnični opis
Dvostopenjska Manchester koda porabi približno dvakrat večjo pasovno širino izhodnega signala (20 MHz). To je globa za pogoste prehode. Za lokalno omrežje s hitrostjo 10 Mb /s je spekter signalov med 5 in 20 MHz. Manchester kodiranje se uporablja kot fizični sloj Ethernet LAN, kjer dodatna pasovna širina ni pomemben problem za prenos koaksialnega kabla. Omejena pasovna širina kabla CAT5e zahteva bolj učinkovito metodo kodiranja za prenos 100 Mb /s z uporabo kode MLT 4b /5b. Uporablja tri ravni signala (namesto dveh nivojev, ki se uporabljajo v Manchester kodiranju), zato signal 100 Mb /s zavzema pasovno širino 31 MHz. Gigabitni Ethernet uporablja pet nivojev in 8b /10b kodiranje, da zagotovi še bolj učinkovito uporabo omejene pasovne širine s prenosom 1 Gbit /s v pasu 100 MHz.
Opredelitev pojma
Pri prenosu podatkov je manchesterova koda oblika digitalnega kodiranja, v katerem so bitni podatki predstavljeni s prehodi iz enega logičnega stanja v drugega. To se razlikuje od običajnejše metode, v kateri je bit predstavljen z visokim stanjem, na primer +5 voltov ali nizkim stanjem, na primer 0 voltov.
Pri uporabi kode Manchester II je dolžina vsakega podatkovnega bita nastavljena na privzeto. S tem se signal samodejno sinhronizira. Stanje bitov se določi glede na smer prehoda. V nekaterih sistemih je prehod z nizke na visoko logika 1, prehod z visokega na nizko pa je logika 0. V drugih sistemih je prehod z nizke na visoko logika nič in enota (kot prehod z visokega na nizko).
Dobro, vendar ne popolno. Prednosti in slabosti tehnologije
Glavna prednost programa Manchester Coding je dejstvo, da je signal sinhroniziran. To zmanjša stopnjo napak in optimizira zanesljivost. Glavna pomanjkljivost je, da signal, ki je kodiran v Manchestru, zahteva prenos več bitov kot izhodni signal. Kljub nepremostljivim prednostim standardne digitalne komunikacije pred analogno signalizacijo, obstajajo nekatere splošne omejitve tehnologije. Eden od njih je problem sinhronizacije: sprejemnik mora vedeti, kdaj se natančno prenašajo informacije za izbiro vhodnih podatkov. Upoštevajte, da ta sinhronizacija ni potrebna za analogne zvočne prenose. Demodulirani avdio signal se lahko preda govorniku brez izrecne interpretacijepodatke na strani sprejemnika. Druga pomanjkljivost je potreba po povezavi DC. Digitalni podatki lahko vključujejo dolge zvezne zaporedje od njih ali ničle, zato bo standardni digitalni signal, uporabljen za prenos teh podatkov, ostal pri enaki napetosti za relativno dolgo časovno obdobje.
Reševanje omejitev
Manchester Coding ponuja sredstvo za odpravo teh dveh omejitev. To je preprosta digitalna modulacijska shema, ki izvaja dve funkciji:
zagotavlja, da signal nikoli ne bo ostal na logični nizki ali visoki logični ravni v daljšem časovnem obdobju;
pretvarja podatkovni signal podatkovnega signala in sinhronizacijo.
Metode kodiranja
V številnih primerih je popolnoma sprejemljivo uporabiti ločen signal ure, da se doseže sinhronizacija med oddajnikom in sprejemnikom. Ampak včasih je ta pristop nezaželen, na primer, ko morate zmanjšati število medsebojnih povezav med deli sistema ali kadar miniaturizacija zahteva mikrokrmilnik z najmanjšim številom stikov, ki lahko na nek način zagotavljajo zahtevano funkcionalnost. V drugih primerih enojni signal preprosto ni mogoč. Na primer, izjemno ne bi bilo učinkovito vključiti dveh ločenih oddajnikov in sprejemnikov radijskih frekvenc (tj. Enega za podatke in enega za ure) v kompleksno brezžično linijo za prenos podatkov.
Omejitev vmesnikov
V primeru vmesnika UART namesto zunanje ure, ki jo prenaša oddajnik in sprejemnik, lahkouporabite notranje sinhronizacijske signale. Toda ta strategija prinaša pomembne omejitve:
Ni odporna na spremembe frekvenc, ki postanejo bolj problematične, če sta oddajnik in sprejemnik v različnih pogojih.
Nima prilagodljivosti, ker zahteva, da so naprave Tx in Rx izrecno prednastavljene za isto hitrost prenosa podatkov.
Običajno sprejemnik potrebuje notranjo uro, ki je znatno višja od podatkovne hitrosti, kar lahko povzroči hude omejitve največje hitrosti prenosa podatkov.
Izogibanje enosmerni napetosti
Kompleksni sistemi, zlasti visoka napetost, ne morejo vedno zagotoviti skupne napetosti signala, ki se prenaša skupaj z dovoljenim območjem splošnega načina sprejemnika. Drugi problem so tokovi poškodb. Stalna povezava ne ščiti pred nevarnimi dolgoročnimi tokovi, ki so posledica kratkega stika. Tako je AC povezava preprost način za zmanjšanje neprijetnosti in tveganj, povezanih s skupnim načinom in načinom zavrnitve. Tehnologija linearnega kodiranja se uporablja na standardnih omrežjih Ethernet, določenih v standardu IEEE 802.3. Linearno kodiranje je proces, s katerim se digitalne informacije v binarnem bitnem toku pretvarjajo v električne signale za prenos.
Kako deluje
Dvostopenjska koda uporablja napetostni prehod v dveh državah, da predstavlja en bit informacij. Binary 0 je predstavljen s prehodomod višje do nižje napetosti v času, ki je nastavljen za oddajanje enega bita (to je en "bitni čas"). Binarni 1 je predstavljen s prehodom iz nižjega v višji. Za Ethernet omrežja je visoka napetost običajno +85 voltov, nizka napetost pa je običajno -085 voltov, kar pomeni, da je vsak prehod napetosti enak 17 voltov.
Pozitivni vidiki postopka
Prednost programa Manchester je, da omogoči prenos podatkov brez dodatnega taktilnega signala. To je mogoče, ker se napetostni prehodi pojavijo v sredini vsakega intervala prenosa bitov, ki določa sinhronizacijski vzorec. Tako spreminjanje srednjega obsega omogoča sprejemnim postajam, da ohranijo ustrezno sinhronizacijo med seboj, da zagotovijo celovitost prenosa. Zaradi dodatnega prehoda bitov, ki se uporablja za sinhronizacijo, je Manchester kodiranje samo 50% učinkovito. Na primer, za hitrost prenosa podatkov 10 Mbps je potrebna pasovna širina 20 MHz.
Druga različica, imenovana diferencialno manchesterovo kodiranje, je binarna ničelna koda, ki premika napetost na začetku bitnega intervala in binarno kodo enote, ne da bi se začela na začetku bitnega intervala. V obeh primerih se prehod pojavi v sredini intervala za sinhronizacijo. Za omrežja Token Ring IEEE 802.5 se uporablja diferencialno Manchester kodiranje.
