Представление непрерывной информации в компьютере емкость канала передачи

Представление непрерывной информации в компьютере емкость канала передачи

Основы передачи дискретных сообщений

Тема 1. Основные понятия и определения

Информация, сообщения, сигналы

Под термином “информация” понимают различные сведения, которые поступают к получателю. В более строгой форме определение информации следующее:

Информация — это сведения, являющиеся объектом передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.

В дальнейшем нас будут интересовать лишь вопросы, связанные с информацией как объектом передачи.

Сообщение является формой представления информации.

Одно и то же сведение может быть представлено в различной форме. Например, сведение о моменте начала наступления может быть передано по телефону или телеграфом или тремя зелеными ракетами. В первом случае мы имеем дело с информацией, представленной в непрерывном виде (непрерывное сообщение). Будем считать, что это сообщение вырабатывается источником непрерывных сообщений. Во втором и в третьем случае — с информацией, представленной в дискретном виде (дискретное сообщение). Это сообщение вырабатывается источником дискретных сообщений.

Основное отличие дискретного и непрерывного источников состоит в следующем. Множество всех различных сообщений, вырабатываемых дискретным источником всегда конечно. Поэтому на конечном отрезке времени количество символов дискретного источника так же является конечным. В то же время число возможных различных значений звукового давления (или напряжения в телефонной линии), измеренное при разговоре, даже на конечном отрезке времени, будет бесконечным.

В нашем курсе мы будем рассматривать вопросы передачи именно дискретных сообщений. При этом в случае телефонной связи под сообщением будем понимать некоторую последовательность отсчетов квантованного аналогового сигнала, передаваемую в канале связи в виде последовательности кодовых комбинаций.

Информация, содержащаяся в сообщении, передается от источника сообщений к получателю по каналу передачи дискретных сообщений (ПДС) (рис.1.).

Рис.1. Тракт передачи дискретных сообщений

Характеристики источника дискретных сообщений.

Сообщение поступает от источника дискретных сообщений, который характеризуется алфавитом передаваемых сообщений .

Алфавит – есть совокупность всех возможных (различных) сообщений (знаков) данного источника.

Объем алфавита – число различных символов алфавита К.

Каждое сообщение алфавита появляется с некоторой вероятностью.

Вероятность выдачи символа (сообщения) – .

Количество информации в сообщении (символе) определяется вероятностью его появления. Чем меньше вероятность появления того или иного сообщения, тем большее количество информации мы извлекаем при его получении. В 1928г. Хартли предложил определять количество информации, которое приходится на одно сообщение , выражением

Энтропия. Среднее количество информации Н(А), которое приходится на одно сообщение, поступающее от источника без памяти, получим, применяя операцию усреднения по всему объему алфавита

Выражение (1) известно как формула Шеннона для энтропии источника дискретных сообщений. Энтропия — мера неопределенности в поведении источника дискретных сообщений.

Энтропия равна нулю, если с вероятностью единица источником выдается всегда одно и то же сообщение (в этом случае неопределенность в поведении источника сообщений отсутствует). Энтропия максимальна, если символы источника появляются независимо и с одинаковой вероятностью.

Один бит — это количество информации, которое переносит один символ источника дискретных сообщений в том случае, когда алфавит источника состоит из двух равновероятных символов.

Среднее количество информации, выдаваемое источником в единицу времени, называют производительностью источника

где — среднее время, отводимое на передачу одного символа (сообщения).

Среднее время может быть определено выражением .

Основные характеристики канала ПДС.

Для каналов передачи дискретных сообщений вводят аналогичную характеристику — скорость передачи информации по каналу R. Она определяется количеством бит, передаваемых в секунду. Максимально возможное значение скорости передачи информации по каналу называется пропускной способностью канала и обозначается С.

Пропускная способность непрерывного канала с белым гауссовским шумом определяется известной формулой Шеннона

Как видно из выражения данная величина определяется шириной полосы пропускания и соотношением сигнал-шум.

Сигналы – форма сообщения для передачи по каналу связи

Любая система связи обеспечивает передачу именно сигналов, а не сообщений. Поэтому сообщение, поступающее от источника, предварительно должно быть преобразовано в сигнал определенной природы (электрический, оптический …), который является его переносчиком в данной системе связи.

Виды сигналов. Различают четыре вида сигналов: непрерывный непрерывного времени, непрерывный дискретного времени, дискретный непрерывного времени и дискретный дискретного времени.

Непрерывные сигналы непрерывного времени называют сокращенно непрерывными (аналоговыми) сигналами. Они могут изменяться в произвольные моменты, принимая любые значения из непрерывного множества возможных значений (рис.2). К таким сигналам относится и известная всем синусоида.

Рис.2. Непрерывный сигнал непрерывного времени

Рис.3. Непрерывный сигнал дискретного времени

Непрерывные сигналы дискретного времени могут принимать произвольные значения, но изменяться только в определенные, наперед заданные (дискретные) моменты t₁, t₂, t₃, . (рис.3).

Дискретные сигналы непрерывного времени отличаются тем, что они могут изменяться в произвольные моменты, но их величины принимают только разрешенные (дискретные) значения (рис.4).

Дискретные сигналы дискретного времени (сокращенно дискретные) (рис.5) в дискретные моменты времени могут принимать только разрешенные (дискретные) значения.

Рис.4. Дискретный сигнал непрерывного времени

Рис.5. Дискретный сигнал дискретного времени

Сигналы, формируемые на выходе преобразователя дискретного сообщения в сигнал, как правило, являются по информационному параметру дискретными, то есть описываются функцией дискретного времени и конечным множеством возможных значений.

В технике передачи данных такие сигналы называют цифровыми сигналами данных (ЦСД).

Рассмотрим далее основные определения, относящиеся к ЦСД.

Представляющий (информационный) параметр сигнала данных — параметр сигнала данных, изменение которого отображает изменение сообщения.

На рис.6. изображен ЦСД, представляющим параметром которого является амплитуда, а множество возможных значений представляющего параметра равно двум (U=U₁ и U=0).

Рис.6. Цифровой сигнал данных

Элемент ЦСД — часть цифрового сигнала данных, отличающаяся от остальных частей значением одного из своих представляющих параметров.

Значащая позиция — фиксируемое значение состояния представляющего параметра сигнала.

Значащим моментом (ЗМ) — момент, в который происходит смена значащей позиции сигнала.

Значащим интервалом времени — интервал времени между двумя соседними значащими моментами сигнала.

Единичный интервал — минимальный интервал времени, которому равны значащие интервалы времени сигнала, (интервалы а-б, б-в и другие на рис.6).

Единичный элемент (е.э.) — элемент сигнала, имеющий длительность, равную единичному интервалу времени.

Различают изохронные и анизохронные сигналы данных.

Изохронные сигналы это сигналы для которых любой значащий интервал времени равен единичному интервалу или их целому числу.

Анизохронными называются сигналы, элементы которых могут иметь любую длительность, но не менее чем . Кроме того, анизохронные сигналы могут отстоять друг от друга на произвольном расстоянии.

Тест по информатике Передача и хранение информации 10 класс

Тест по информатике Передача и хранение информации 10 класс с ответами. Тест включает 5 заданий с выбором ответа.

1. Передача информации — это

1) процесс размещения информации на некотором носителе
2) целенаправленный процесс изменения содержания или формы представления информации
3) процесс распространения информации от источника к приемнику

2. Избыточность кода — это

1) частичная потеря избыточной информации при передаче
2) функция, назначение системы
3) многократное повторение передаваемых данных
4) формализованные правила, определяющие последовательность шагов обработки информации

3. Средняя скорость передачи данных с помощью модема равна 30 Кбит/с. Определите, сколько секунд понадобиться модему, чтобы передать 80 страниц текста в кодировке КОИ-8, если считать, что на каждой странице в среднем 96 символов?

4. У Васи есть доступ к Интернет по высокоскоростному одностороннему радиоканалу, обеспечивающему скорость получения им информации 2 17 бит в секунду. У Пети нет скоростного доступа в Интернет, но есть возможность получать информацию от Васи по низкоскоростному телефонному каналу со средней скоростью 215 бит в секунду. Петя договорился с Васей, что тот будет скачивать для него данные объемом 4 Мбайта по высокоскоростному каналу и ретранслировать их Пете по низкоскоростному каналу. Компьютер Васи может начать ретрансляцию данных не раньше, чем им будут получены первые 512 Кбайт этих данных. Каков минимально возможный промежуток времени (в секундах), с момента начала скачивания Васей данных, до полного их получения Петей?

5. Документ объемом 20 Мбайт можно передать с одного компьютера на другой двумя способами:

А) сжать архиватором, передать архив по каналу связи, распаковать;
Б) передать по каналу связи без использования архиватора.

Какой способ быстрее и насколько, если

— средняя скорость передачи данных по каналу связи составляет 223 бит в секунду,
— объем сжатого архиватором документа равен 20% от исходного,
— время, требуемое на сжатие документа, 18 секунд, на распаковку — 2 секунд?

В ответе напишите букву А, если способ А быстрее, или Б, если быстрее способ Б. Сразу после буквы напишите на сколько секунд один способ быстрее другого.

Ответы на тест по информатике Передача и хранение информации 10 класс
1. 3
2. 3
3. 2
4. 1056
5. Б4

Виды, формы представления информации

Если рассматривать информацию в широком смысле исходя из подхода к ней как отображению разнообразия мира, то можно выделить три вида информации: непроявленную, проявленную, творящую.

Непроявленная информация – информация в «потенциале», в закодированном виде, как бы «до востребования», смысл которой скрыт от человеческого сознания. Она не может быть воспринята непосредственно сознанием человека или его органами чувств (мнимая информация). Непроявленной информацией считается, например, мысленный образ будущей картины художника или инженерного проекта, информация, хранящаяся на магнитных и оптических дисках компьютера. В компьютере – это совокупность данных и программ на носителе информации.

Проявленная информация может восприниматься сознанием человека и через его органы чувств. Проявленная информация присуща всем формам материального существования: высказывание человека, картина художника, книга, изображение на мониторе, звук в наушниках и т.д. Проявленная в вещественном мире информация может быть отраженной (без изменений) или отображенной – с изменением структуры и смысла в результате информационных преобразований и взаимодействий. Посредством компьютерных устройств объект восприятия (адресат) преобразует (получает) отображенную информацию в виде печатной, видео-, аудио- и другой информации.

Творящая информация рассматривается как сознание, характерна только для живых систем и включает способность стимулировать развитие (творение) систем.

В информатике информация – связанные между собой сведения об объектах и явлениях окружающего мира. В процессе своей деятельности человек постоянно сталкивается и работает с той или иной информацией. Такую информацию можно рассматривать с точки зрения способа ее представления, места возникновения, стадии обработки и т.д. По способу представления можно выделить следующие виды информации:

• • текстовую (совокупность алфавитных, цифровых и специальных символов, с помощью которых информация отображается на бумажном носителе или экране монитора);
• • графическую (графики, диаграммы, схемы и рисунки);
• • звуковую (звуковые сигналы и радиоволны, применяемые в радиовещании, телефонии);
• • видеоинформацию (световые сигналы, воспринимаемые зрением);
• • мультимедиаинформацию (текстовая, графическая, звуковая и видеоинформация, представляемая с помощью компьютерных средств).

По месту возникновения в организации выделяют: входную и выходную, внутреннюю и внешнюю информацию. По стадиям обработки информация может быть первичной, вторичной и результатной.

Человек воспринимает и передает информацию в образной и знаковой форме. Образное восприятие информации происходит в основном через органы чувств путем контакта с природой и объектами внешнего мира.

Элементами коммуникации (общения) людей являются знаки. Знак – материально, чувственно воспринимаемый предмет, явление или действие, служащие для обозначения другого предмета, свойства или отношения; для переработки и передачи информации. Любой знак обладает двумя качествами: «обозначением» (формой представления) и «значением» – смыслом. Значение может быть предметным, смысловым или экспрессивным. Различают языковые и неязыковые знаки. Обмен информацией с помощью знаков возможен, если обозначение знака ассоциируется у человека или устройства со значением. Совокупность знаков, для которых между источником и приемником информации существует соглашение о смысловом значении, называется знаковой системой. Последовательность знаков представляет информацию на материальном носителе – бумаге, магнитном и оптическом диске, магнитной ленте.

Знак может выглядеть как символ (буква, цифра, знак препинания, математический знак, специальный дорожный знак) или как графическое изображение (крест для христиан, полумесяц для мусульман, геральдический знак и двуглавый орел на гербе), а также их сочетание.

Для обработки информации компьютерными устройствами необходим точный перечень знаков. Информация проходит ряд преобразователей (кодирующие и декодирующие устройства) и обрабатывающую вычислительную машину. На стадиях преобразования и движения смысловые свойства знаков отступают на второй план, поэтому понятие «информация» заменяется общим понятием «данные».

Одни и те же знаки в зависимости от контекста несут разную информацию и расцениваются по-разному. В формулах цифры используются как числа: запись 20:15 в математике воспринимается как «20 делить на 15», а в расписании поездов – как время отправления. В номерах квартир, телефонов, автомашин цифры воспринимаются как обозначения, их никто не станет перемножать или возводить в куб. К числам календарных дат (01.09.2013) применяют вычитание и сложение, но не умножение и деление.

Совокупность графических образов (символов, знаков, рисунков, движущихся изображений); звуков; сигналов, воспринимаемых органами осязания и обоняния, можно назвать языком общения в природе.

Языки разговорный, деловой, литературный, устный и письменный называются естественными, их построение отражает исторические и культурные традиции общества, психологические и образовательные особенности личности. Сообщения могут содержать информацию о фактах (лат. factum – сделанное, деяние, действие, поступок) или интерпретацию фактов (лат. interpretatio – истолкование, перевод). По знакам, свойственным обычному языку, формируется сообщение, разновидность знаков языка составляет долговременную, хранимую основу национальной культуры.

Искусственный язык использует формальные знаковые системы (математические и логические выражения, символы, ноты, дорожные знаки, знаки отличия, знаки морского флота), которые выполняют важную задачу замещения многословных и не всегда однозначных повествовательных высказываний естественного языка более строгими и компактными символическими построениями.

Естественный и искусственный языки передают информацию знаками посредством сообщения.

Работать с информацией в электронных устройствах можно в одной из двух форм: аналоговой или цифровой.

Аналоговая форма кодирует информацию непрерывными сигналами, которые меняются пропорционально тому, что они представляют. Микрофоны и обычные видеокамеры представляют голос и видео аналоговыми сигналами. Телефонная сеть передает голос по кабелю в виде аналоговых сигналов: переменный ток (его называют «синусоидальный несущий сигнал») непрерывно изменяется по частоте и амплитуде пропорционально (аналогично) звуковым колебаниям голоса говорящего.

Аналоговые сигналы как изменение несущего сигнала при передаче информации применяются в телефонной связи, радио- и телевещании. Вычислительные машины, использующие аналоговую форму обработки данных, называются аналоговыми. Простым аналоговым вычислителем является электрический счетчик потребляемой электроэнергии в зависимости от напряжения и силы тока. Однако на передачу аналоговых данных сильно влияют помехи, поэтому трудно управлять большим числом данных.

Цифровая обработка информации использует фиксированный, строго определенный набор знаков. Цифровые отображения текста, изображений, звука, видео хранятся в памяти компьютера, а также передаются с помощью сигналов между устройствами компьютера, от компьютера к компьютеру (по локальной сети или через глобальную сеть Интернет), от устройства к компьютеру (от модема, со сканера, цифровой фото- и видеокамеры), от компьютера к устройству (принтеру, модему, монитору). Формы представления информации различны: компьютерные программы и документы в цифровых кодах, символах, массивах чисел, записанные на различных носителях данных. Данные даются не в непрерывно меняющихся значениях, а в дискретных, которые можно описать цифрами, например 0 и 1. Вычислительные машины, использующие цифровую форму представления данных, называются цифровыми. В основе работы цифровой ЭВМ лежит двоичная система счисления.

Представление непрерывной информации в компьютере емкость канала передачи

7. ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

7.2. Методы передачи дискретных данных

При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования — на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется также модуляцией или аналоговой модуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ называют цифровым кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.

При использовании прямоугольных импульсов спектр результирующего сигнала получается весьма широким. Применение синусоиды приводит к более узкому спектру при той же скорости передачи информации. Однако для реализации модуляции требуется более сложная и дорогая аппаратура, чем для реализации прямоугольных импульсов.

В настоящее время все чаще данные, изначально имеющие аналоговую форму — речь, телевизионное изображение, — передаются по каналам связи в дискретном виде, то есть в виде последовательности единиц и нулей. Процесс представления аналоговой информации в дискретной форме называется дискретной модуляцией.

Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот – канал тональной частоты (общественные телефонные сети). Этот канал передает частоты в диапазоне от 300 до 3400 Гц, таким образом, его полоса пропускания равна 3100 Гц.

Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем ( модулятор-демодулятор).

Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты (рис. 27).

При амплитудной модуляции (рис. 27, б) для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля — другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции — фазовой модуляцией.

При частотной модуляции (рис. 27, в) значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой – f₀ и f₁,. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/ с .

При фазовой модуляции (рис. 27, г ) значения данных 0 и 1 соответствуют сигналам одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0, 90, 180, и 270 градусов.

В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная в сочетании с фазовой.

Рис. 27. Различные типы модуляции

Спектр результирующего модулированного сигнала зависит от типа и скорости модуляции.

Для потенциального кодирования спектр непосредственно получается из формул Фурье для периодической функции. Если дискретные данные передаются с битовой скоростью N бит/с, то спектр состоит из постоянной составляющей нулевой частоты и бесконечного ряда гармоник с частотами f₀, 3f₀, 5f₀, 7f₀, . , где f₀ = N/2. Амплитуды этих гармоник убывают достаточно медленно — с коэффициентами 1/3, 1/5, 1/7, . от амплитуды гармоники f₀ (рис. 28, а). В результате спектр потенциального кода требует для качественной передачи широкую полосу пропускания. Кроме того, нужно учесть, что реально спектр сигнала постоянно меняется в зависимости от характера данных. Поэтому спектр результирующего сигнала потенциального кода при передаче произвольных данных занимает полосу от некоторой величины, близкой к 0 Гц, до примерно 7f₀ ( гармониками с частотами выше 7f₀ можно пренебречь из-за их малого вклада в результирующий сигнал). Для канала тональной частоты верхняя граница при потенциальном кодировании достигается для скорости передачи данных в 971 бит/ с . В результате потенциальные коды на каналах тональной частоты никогда не используются.

При амплитудной модуляции спектр состоит из синусоиды несущей частоты f _с и двух боковых гармоник: ( f_с + f _m ) и ( f _c – f _m ), где f _m – частота изменения информационного параметра синусоиды, которая совпадает со скоростью передачи данных при использовании двух уровней амплитуды (рис. 28, б). Частота f _m определяет пропускную способность линии при данном способе кодирования. При небольшой частоте модуляции ширина спектра сигнала будет также небольшой (равной 2f _m ), поэтому сигналы не будут искажаться линией, если ее полоса пропускания будет больше или равна 2f _m . Для канала тональной частоты такой способ модуляции приемлем при скорости передачи данных не больше 3100/2=1550 бит/с. Если же для представления данных используются 4 уровня амплитуды, то пропускная способность канала повышается до 3100 бит/ с .

Рис. 28. Спектры сигналов при потенциальном кодировании

и амплитудной модуляции

При фазовой и частотной модуляции спектр сигнала получается более сложным, чем при амплитудной модуляции, так как боковых гармоник здесь образуется более двух, но они также симметрично расположены относительно основной несущей частоты, а их амплитуды быстро убывают. Поэтому эти виды модуляции также хорошо подходят для передачи данных по каналу тональной частоты.

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса — перепадом потенциала определенного направления.

При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы нескольких целей:

· имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;

· обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;

· обладал способностью распознавать ошибки;

· обладал низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии добиваться более высокой скорости передачи данных. Часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия посто­янной составляющей.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами, например, между блоками внутри компьютера или же между компьютером и принтером. Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очередного бита (или нескольких бит). Любой резкий перепад сигнала — так называемый фронт — может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.

При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику определить момент появления входного кода.

Требования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже популярных методов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и своими недостатками по сравнению с другими.

На рис. 29, а показан метод потенциального кодирования, называемый также кодированием без возвращения к нулю ( Non Return to Zero , NRZ). Последнее название отражает то обстоятельство, что при передаче последовательности единиц сигнал не возвращается к нулю в течение такта. Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно считывать данные. Даже при наличии высокоточного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита.

Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей единиц или нулей. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее используются его различные модификации, в которых устраняют как плохую самосинхронизацию кода NRZ, так и наличие постоянной составляющей. Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники f₀, ко­торая равна N/2 Гц. У других мето­дов кодирования, например манчестерского, основная гармоника имеет более высокую частоту.

Рис. 29. Способы дискретного кодирования данных

Одной из модификаций метода NRZ является метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией ( Bipolar Alternate Mark Inversion , AMI). В этом методе (рис. 29, б) используются три уровня потенциала — отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передаче длинных последовательностей единиц. В этих случаях сигнал на линии представляет собой последовательность разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гармоникой N/2 Гц (где N — битовая скорость передачи данных). Длинные же последовательности нулей также опасны для кода AMI, как и для кода NRZ — сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды. Поэтому код AMI требует дальнейшего улучшения.

В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника f₀ имеет частоту N/4 Гц. Код AMI предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Такой сигнал называется запрещенным сигналом ( signal violation ).

В коде AMI используются не два, а три уровня сигнала на линии. Дополнительный уровень требует увеличения мощности передатчика примерно на З дБ для обеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общим недостатком кодов с несколькими состояниями сигнала по сравнению с кодами, которые различают только два состояния.

Существует код, похожий на AMI, но только с двумя уровнями сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный. Этот код называется потенциальным кодом с инверсией при единице ( Not Return to Zero with ones Inverted , NRZI ) . Этот код удобен в тех случаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно, например, в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояния сигнала — свет и тень.

Кроме потенциальных кодов в сетях используются и импульсные коды, когда данные представлены полным импульсом или же его частью — фронтом. Наиболее простым случаем такого подхода является биполярный импульсный код, в котором единица представлена импульсом одной полярности, а ноль — другой (рис. 29, в). Каждый импульс длится половину такта. Такой код обладает отличными самосинхронизирующими свойствами, но постоянная составляющая может присутствовать, например, при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Кроме того, спектр у него шире, чем у потенциальных кодов. Так, при передаче всех нулей или единиц частота основной гармоники кода будет равна N Гц, что в два раза выше основной гармоники кода NRZ и в четыре раза выше основной гармоники кода AMI при передаче чередующихся единиц и нулей. Из-за слишком широкого спектра биполярный импульсный код используется редко.

В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным методом кодирования был так называемый манчестерский код (рис. 29, г ). Он применяется в технологиях Ethernet и Token Ring .

В манчестерском коде для кодирования единиц и нулей используется перепад потенциала, то есть фронт импульса. При манчестерском кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Единица кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому , а ноль — обратным перепадом. В начале каждого такта может происходить служебный перепад сигнала, если нужно представить несколько единиц или нулей подряд. Так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита данных, то манчестерский код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. Полоса пропускания манчестерского кода уже, чем у биполярного импульсного. У него также нет постоянной составляющей, а основная гармоника в худшем случае (при передаче последовательности единиц или нулей) имеет частоту N Гц, а в лучшем (при передаче чередующихся единиц и нулей) она равна N/2 Гц, как и у кодов AMI или NRZ. В среднем ширина полосы манчестерского кода в полтора раза уже, чем у биполярного импульсного кода, а основная гармоника колеблется вблизи значения 3N/4. Манчестерский код имеет еще одно преимущество перед биполярным импульсным кодом. В последнем для передачи данных используются три уровня сигнала, а в манчестерском — два.

На рис. 29, д показан потенциальный код с четырьмя уровнями сигнала для ко­дирования данных. Это код 2В1Q, название которого отражает его суть — каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q). Паре бит 00 соответствует потенциал -2,5 В , паре бит 01 соответствует потенциал -0,833 В, паре 11 — потенциал +0,833 В, а паре 10 — потенциал +2,5 В. При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными по­следовательностями одинаковых пар бит, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании бит спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза. Таким образом, с помощью кода 2В1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI или NRZI. Однако для его реализации мощность передатчика должна быть выше, что­бы четыре уровня четко различались приемником на фоне помех.