کدگذاری منچستر یکی از تکنیک‌های کدگذاری همزمان ساعت است که توسط لایه فیزیکی مدل OSI برای کدگذاری ساعت و داده‌های یک جریان بیت همزمان استفاده می‌شود.
این روش ترکیبی از ایده بازگشت به صفر (RZ) و سطوح منطقی (L) است. برای تضمین امنیت داده و سرعت انتقال در ارتباطات داده از تکنیک‌های مختلف کدگذاری استفاده می‌شود. کدگذاری منچستر نمونه‌ای از کدگذاری دیجیتال است که به دلیل تعریف پیش‌فرض طول هر بیت، با سایر روش‌ها تفاوت دارد. وضعیت بیت‌ها با جهت انتقال تعیین می‌شود؛ اکثر سیستم‌ها از ۱ برای انتقال از سطح پایین به بالا و از ۰ برای انتقال از سطح بالا به پایین استفاده می‌کنند.
در کدگذاری منچستر، زمان یک بیت به دو قسمت تقسیم می‌شود. ولتاژ در نیمه اول در یک سطح باقی می‌ماند و سپس به سطح دیگر منتقل می‌شود. این انتقال در وسط بیت همگام‌سازی را فراهم می‌کند. کدگذاری منچستر تفاضلی ایده‌های RZ و NRZ-I را ترکیب می‌کند؛ در وسط هر بیت همیشه یک انتقال وجود دارد، اما مقادیر بیت‌ها در ابتدای بیت تعیین می‌شوند. اگر بیت بعدی صفر باشد، یک انتقال وجود دارد و اگر بیت بعدی ۱ باشد، انتقالی وجود ندارد.
نکته: مهم‌ترین مزیت کدگذاری منچستر، همگام‌سازی سیگنال است.
داده‌های باینری که قرار است از طریق کابل منتقل شوند، به صورت NRZ [بدون بازگشت به صفر] ارسال نمی‌شوند.
کدگذاری NRZ [بدون بازگشت به صفر] – در کد NRZ سطح ولتاژ در طول یک بازه بیت ثابت است. در صورت وجود دنباله طولانی از ۰ و ۱، در انتهای دریافت‌کننده مشکل همگام‌سازی به وجود می‌آید. این مشکل به دلیل فقدان انتقالات رخ می‌دهد.
این کد دارای دو نوع است:
- کدگذاری سطح NRZ – پولاریته سیگنال‌ها وقتی تغییر می‌کند که سیگنال ورودی از ۱ به ۰ یا از ۰ به ۱ تغییر کند. این روش اولین بیت داده را به عنوان تغییر پولاریته در نظر می‌گیرد.
- کدگذاری تفاضلی NRZ-Inverted – در این نوع، انتقالات در ابتدای بازه بیت برابر با ۱ هستند و اگر در ابتدای بازه بیت هیچ انتقالی وجود نداشته باشد برابر با ۰ است.
ویژگی‌های کدگذاری منچستر
- یک منطق ۰ با انتقال از ۰ به ۱ در مرکز بیت و منطق ۱ با انتقال از ۱ به ۰ نشان داده می‌شود.
- انتقالات سیگنال همیشه در مرز بیت اتفاق نمی‌افتد، اما همیشه در مرکز هر بیت یک انتقال وجود دارد.
- لایه فیزیکی تفاضلی از یک درایور خط معکوس‌کننده برای تبدیل ارقام باینری به سیگنال الکتریکی استفاده نمی‌کند، بنابراین سیگنال روی سیم مخالف خروجی توسط انکدر نیست.
- ویژگی‌های کدگذاری منچستر به شرح زیر است:
- هر بیت با نرخ از پیش تعیین‌شده ارسال می‌شود.
- وقتی انتقال از بالا به پایین اتفاق می‌افتد، یک ‘۱’ ثبت می‌شود؛ وقتی انتقال از پایین به بالا رخ می‌دهد، یک ‘۰’ ثبت می‌شود.
- در نقطه میانی یک دوره، انتقالی که برای دقیقاً تعیین ۱ یا ۰ استفاده می‌شود، رخ می‌دهد.
- کدگذاری منچستر همچنین به عنوان کد دو فاز شناخته می‌شود زیرا هر بیت با یک انتقال فاز مثبت ۹۰ درجه یا با یک انتقال فاز منفی ۹۰ درجه کدگذاری می‌شود.
- حلقه قفل فاز دیجیتال (DPLL) سیگنال ساعت را استخراج می‌کند و مقدار و زمان هر بیت را تخصیص می‌دهد. جریان بیت ارسال‌شده باید تراکم بالایی از انتقالات بیت داشته باشد.
- کدگذاری منچستر دو برابر پهنای باند سیگنال اصلی را مصرف می‌کند.
- مزیت کد منچستر این است که مؤلفه DC سیگنال هیچ اطلاعاتی را حمل نمی‌کند. این امکان را می‌دهد که استانداردهایی که معمولاً برق را حمل نمی‌کنند، این اطلاعات را منتقل کنند.
- این یک پروتکل خودهمگام‌سازی است، به این معنی که گیرنده می‌تواند فرکانس ساعت را از داده‌های ورودی تعیین کند.
- کدگذاری منچستر تراکم انتقالات ثابت را تضمین می‌کند، که شروع و پایان یک فریم داده را آسان‌تر می‌کند.
- این روش یک راه ساده و قابل اطمینان برای تشخیص خطاها در انتقال داده با بررسی نقض قوانین کدگذاری فراهم می‌کند.
- فرآیند کدگذاری یک بیت اضافی به داده‌ها اضافه می‌کند که امکان تصحیح خطا را در برخی از کاربردها فراهم می‌کند.
- کدگذاری منچستر می‌تواند برای سیگنالینگ چندسطحی نیز استفاده شود، جایی که چندین سطح ولتاژ برای نمایش حالت‌های مختلف داده استفاده می‌شود. تنها ایراد، نرخ سیگنال است. نرخ سیگنال در کدگذاری منچستر و تفاضلی دو برابر نرخ برای NRZ است. دلیل آن این است که همیشه یک انتقال در وسط بیت وجود دارد و شاید یک انتقال در انتهای هر بیت. مثال: برای LAN با سرعت ۱۰ مگابیت بر ثانیه، طیف سیگنال بین ۵ و ۲۰ قرار دارد.
مزایای کدگذاری منچستر:
- خودهمگام‌سازی: کدگذاری منچستر خودهمگام‌سازی است، به این معنی که گیرنده می‌تواند ساعت خود را با ساعت فرستنده همگام کند. این تضمین می‌کند که داده‌ها با همان نرخ ارسال و دریافت می‌شوند و نیازی به سیگنال ساعت جداگانه نیست.
- کاهش مؤلفه DC: کدگذاری منچستر مؤلفه DC در سیگنال ارسال‌شده را حذف می‌کند، که خطر خطاها را به دلیل تداخل از منابع خارجی کاهش می‌دهد.
- تشخیص خطا: کدگذاری منچستر مکانیزمی برای تشخیص خطاها در داده‌های ارسال‌شده فراهم می‌کند. هر تغییر در سطح ولتاژ در یک بازه زمانی نشان‌دهنده یک خطای بیت است که می‌تواند تشخیص و تصحیح شود.
- سادگی: کدگذاری منچستر یک طرح کدگذاری نسبتاً ساده است که می‌تواند با استفاده از مدارهای دیجیتال ساده پیاده‌سازی شود.
معایب کدگذاری منچستر:
- نرخ داده پایین‌تر: کدگذاری منچستر نرخ داده کمتری نسبت به سایر طرح‌های کدگذاری مانند NRZ دارد، که به این معنی است که برای ارسال همان مقدار داده زمان بیشتری می‌برد.
- نیاز به پهنای باند بیشتر: کدگذاری منچستر به پهنای باند بیشتری نسبت به سایر طرح‌های کدگذاری نیاز دارد، زیرا هر بیت نیاز به دو انتقال ولتاژ در هر بازه زمانی دارد.
- همگام‌سازی ساعت: اگرچه کدگذاری منچستر خودهمگام‌سازی است، اما همچنان نیاز دارد که گیرنده ساعت خود را با ساعت فرستنده همگام کند، که در برخی موقعیت‌ها می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.
- کاهش فاصله انتقال: کدگذاری منچستر فاصله انتقال کمتری نسبت به سایر طرح‌های کدگذاری دارد، زیرا سیگنال به دلیل نیاز به انتقالات ولتاژ مکرر در فواصل طولانی قدرت خود را از دست می‌دهد.
مطالبی که میتوانید بخوانید:
