Manchester koda je kaj?

Serijska digitalna komunikacija je postala zelo priljubljena. Obstaja veliko variacij: med standardnimi vmesniki na ravni krovu imamo UART, SPI in I2C. Digitalno komunikacijo je mogoče doseči tudi s pomočjo analognih signalov. Eden od primerov je prenosna linija radijskih frekvenc, ki uporablja spremembe analogne amplitude, frekvence ali faze za brezžično prenašanje binarnih podatkov. Prav tako obstajajo diferencialni vmesniki za visoke hitrosti, kot so serijske linije na osnovi LVDS ali USB.

Koda Manchester: kaj je to in zakaj ga uporabljati

Pri prenosu podatkov se uvedejo različne metode kodiranja, ki zagotavljajo varnost podatkov in hiter prenos. Manchester kodiranje je ena taka digitalna kodirna metoda. Zelo se razlikuje od drugih metod, ker je privzeto vsaka bitna dolžina podatkov določena. Stanje bitov se določi v skladu s smerjo prehoda. Različni sistemi predstavljajo bitni status drugače, vendar večina sistemov predstavlja 1 bit proti prehodu od nizke do visoke in 0 bitov za visok in nizek prehod.

Manchester kodiranje - metoda modulacija podatkov, ki se lahko uporabijo v številnih primerih, vendar je še posebej uporabna pri prenosu binarno informacije temeljijo na analog, radijske frekvence, optičnih, digitalno ali hitrimi daljinskih digitalnih signalov.

Sinhronizacija signalov je glavna prednost Manchester kodiranja. Zagotavlja večjo zanesljivost z enako hitrostjo prenosa podatkov v primerjavi z drugimi metodami. Toda Manchester kodiranje ima tudi nekaj pomanjkljivosti. Na primer, porabi več pasovne širine kot prvotni signal.

Vse vrste kodiranja v Manchesteru imajo naslednje značilnosti:

• Vsak bit se prenaša v določenem času.
• "1" označuje, kdaj pride do prehodja med visokim in nizkim, se izraz "0" izrazi, ko je prehod nizek in visok.
• Prehod, ki se uporablja za opombo 1 ali 0, se pojavi točno sredi obdobja.

Kodiranje v splošnem smislu je proces pretvorbe podatkov v format, ki je potreben za zadovoljevanje potreb obdelave informacij, vključno z:

• Sestavljanje in izvedba programa.
• Prenos, shranjevanje in stiskanje podatkov (dekompresija).
• Obdelava podatkov aplikacij, kot je pretvorba datoteke.

Vse vrste kode imajo lahko dva pomena:

• V računalniški tehnologiji je kodiranje proces uporabe določene kode, kot so črke, simboli in številke, na podatke za pretvorbo v enakovredno šifro.
• V elektroniki se kodiranje nanaša na analogno-digitalno pretvorbo.

Malo zgodovine

Manchester koda (prvič objavljena leta 1949) je tehnologija sinhronega uvajanja uro, ki jo fizični sloj uporablja za kodiranje podatkov o času in sinhronih bitnih tokov. V tej metodi se dejanski binarni podatki, ki jih je treba prenesti prek kabla, ne pošiljajo kot zaporedje logičnih enot in ničel (tehnično znano kot Non Return to Zero ali NRZ). Namesto tega so bitovi pretvorjeni v nekoliko drugačno obliko, ki ima več prednosti pred uporabo neposrednega binarnega kodiranja.

Kodeks Manchester vsebuje pogoste prehode na ravni, ki omogočajo sprejemu sinhronizacijskega signala z digitalno fazno zaklenjeno zanko (DPLL) in pravilno dekodirajo vrednost in sinhronizacijo vsakega bitja. Da bi zagotovili zanesljivo delovanje z uporabo DPLL, mora oddan bitni tok vsebovati veliko gostoto bitnih prehodov. To omogoča vse vrste kod, kar omogoča, da sprejemni DPLL pravilno izvleče uro.

Tehnični opis

Dvofazna koda Manchester lahko porabi približno dvakratno pasovno širino prvotnega signala (20 MHz). To je v redu za uvedbo pogostih prehodov. Za lokalno omrežje 10 Mb / s spekter signalov leži med 5 in 20 MHz. Manchester kodiranje se uporablja kot fizična plast Ethernet LAN, kjer dodatna pasovna širina ni pomemben problem za prenos koaksialnega kabla. Omejena pasovna širina kabla CAT5e je zahtevala učinkovitejšo kodirno metodo za prenos 100 Mbps z uporabo kode MLT 4b / 5b. To uporablja tri ravni signala (namesto dveh ravni, uporabljenih v kodiranju v Manchestru), zato signal 100 Mbps zaseda samo pasovno širino 31 MHz. Gigabit Ethernet uporablja pet plasti in kodiranje 8b / 10b, da zagotovi še učinkovitejšo uporabo omejene pasovne širine kabla, ki oddaja 1 Gb / s v pasovni širini 100 MHz.

Opredelitev pojma

Kod prenosa podatkov je koda Manchester oblika digitalnega kodiranja, v katerem so podatkovni bitji predstavljeni s prehodi iz enega logičnega stanja v drugega. To se razlikuje od bolj pogostega načina, v katerem bit predstavlja veliko stanje, na primer +5 voltov ali nizko stanje, na primer 0 voltov.

Ko se uporablja koda Manchester II, je dolžina vsakega podatkovnega bitja privzeto nastavljena. Zaradi tega se signal samodejno sinhronizira. Stanje bitov se določi v skladu s smerjo prehoda. V nekaterih sistemih prehod iz nizke na visoko predstavlja logiko 1 in prehod od velikega do nižjega predstavlja logiko 0. V drugih sistemih prehod iz nizke v višje predstavlja logiko nič in eno (kot prehod od visokega do nižjega).

Dobro, a ne popolno. Prednosti in slabosti tehnologije

Glavna prednost Manchester kodiranja je dejstvo, da je signal sinhroniziran. S tem se zmanjša stopnja napak in optimizira zanesljivost. Glavna pomanjkljivost je dejstvo, da signal, kodiran v Manchesteru, zahteva več bitov, ki jih je treba prenesti, kot v prvotnem signalu.

Kljub nesprejemljivim prednostim standardne digitalne komunikacije v primerjavi z analogno signalizacijo, obstaja nekaj splošnih omejitev tehnologije.

Ena izmed njih je težava s sinhronizacijo: sprejemnik mora vedeti, kdaj natančno pošiljajo informacije, da bi izbrali vhodne podatke. Upoštevajte, da ta sinhronizacija ni potrebna za analogni prenos zvoka. Demodulirani avdio signal se lahko dostavi na zvočnik brez eksplicitne interpretacije podatkov na strani sprejemnika.

Druga pomanjkljivost je potreba po povezovanju neposrednega toka. Digitalni podatki lahko vključujejo dolge neprekinjene sekvence od njih ali ničle, zato standardni digitalni signal, ki se uporablja za prenos teh podatkov, ostane pri isti napetosti relativno dolgo časa.

Reševanje težav z omejitvami

Manchester kodiranje ponuja sredstva za odpravo teh dveh omejitev. To je preprosta digitalna shema modulacije, ki opravlja dve funkciji:

• zagotavlja, da signal ne bo ostal dolgo na logični ravni z nizko ali visoko logično raven za daljše časovno obdobje;
• pretvori podatkovni signal v podatkovni signal plus sinhronizacijo.

Metode kodiranja

V mnogih primerih je popolnoma sprejemljivo, da uporabite ločen signal za uro, da dosežete sinhronizacijo med oddajnikom in sprejemnikom. Ampak včasih ta pristop je nezaželeno, na primer, ko boste morali zmanjšati količino medsebojno povezovanje med deli sistema ali ko miniaturizacijo zahteva mikrokrmilnik z najnižjim številom oseb, ki lahko nekako zagotavljajo zahtevane funkcionalnosti.

V drugih primerih ločen signal za uro preprosto ni možnost. Na primer, bilo bi zelo neučinkovito vključiti dva ločena oddajnika radijske frekvence in sprejemnik (to je ena za podatke in eno za uro) v kompleksni brezžični podatkovni povezavi.

Omejitve vmesnika

V primeru vmesnika UART se namesto zunanje ure, ki jo prenašajo oddajnik in sprejemnik, lahko uporabi notranja ura. Toda ta strategija prinaša pomembne omejitve:

• Ni odporen na spremembe frekvence, ki postanejo bolj problematične, kadar sta oddajnik in sprejemnik v različnih pogojih.
• Nima prožnosti, ker zahteva, da so naprave Tx in Rx izrecno vnaprej konfigurirane za enako hitrost prenosa podatkov.
• Običajno sprejemnik potrebuje notranjo frekvenco enote, ki je znatno višja od hitrosti prenosa podatkov, kar lahko privede do resnih omejitev največje hitrosti prenosa podatkov.

Izogibanje neposrednemu toku

Kompleksni sistemi, zlasti visokonapetostni, ne morejo vedno zagotavljati navadnega načina prenosa signalov, ki je združljiv s sprejemljivim dosegom splošnega načina sprejemnika. Druga težava je trenutna napaka. Stalna povezava ne ščiti pred nevarnimi dolgoročnimi tokovi, ki so posledica kratkega stika.

Tako je povezava AC enostaven način za zmanjšanje nevšečnosti in tveganj, povezanih z običajnimi načini napajanja in načinom izpada.

Linearna tehnologija kodiranja se uporablja v standardnih omrežjih Ethernet, določenih v standardu IEEE 802.3. Linearno kodiranje je proces, s katerim se digitalni podatki v binarnem bitnem toku pretvorijo v električne signale za prenos.

Kako deluje

Dvostopenjska koda uporablja napetostni prehod v dveh državah, da predstavlja en košček informacij. Binarni 0 predstavlja prehod z višje na nižjo napetost za čas, določen za prenos enega bitja (tj. En "bitni čas"). Binarni 1 predstavlja prehod iz nižjega na višji. Za omrežja Ethernet je visoka napetost navadno +0,85 V, nizka napetost pa običajno -0,85 V, zaradi česar je vsak napetostni prehod enako 1,7 V.

Pozitivni vidiki procesa

Manchester kodiranje ima prednost, da omogoča prenos podatkov brez potrebe po dodatnem časovnem signalu. To je mogoče, ker se napetostni prehodi pojavijo sredi vsakega oddajnega intervala bitov, ki določa vzorec sinhronizacije. Tako spreminjanje povprečnega intervala omogoča, da sprejemne postaje vzdržujejo ustrezno sinhronizacijo med seboj, da se zagotovi celovitost prenosa. Zaradi dodatnega prehoda na bit, ki se uporablja za sinhronizacijo, je Manchester kodiranje učinkovito le za 50%. Na primer, da bi dobili hitrost prenosa podatkov 10 Mb / s, je potrebna pasovna širina 20 MHz.

Druga različica, imenovana diferencialno kodiranje v Manchestru, je binarna koda nič za napetostni prehod na začetku bitnega intervala in binarno kodo enote brez prehoda na začetku bitnega intervala. V obeh primerih prehod poteka sredi intervala za namene sinhronizacije. Diferencialno kodiranje v Manchestru se uporablja za omrežja Token Ring IEEE 802.5.