Решение: Логическое кодирование данных (4B/5B)

Ниже представлено решение лабораторной работы по теме «Логическое кодирование данных», оформленное для переписывания в тетрадь. Логическое кодирование данных Цель работы: Изучить методы логического кодирования данных (4B/5B и скремблирование). Задание 1. Перевод букв фамилии в двоичный код. Возьмем первые четыре буквы фамилии ПАХО (согласно примеру на скриншоте) и переведем их в двоичный код по таблице ASCII: П = (207) = 11001111 А = (192) = 11000000 Х = (213) = 11010101 О = (206) = 11001110 Задание 2. Логическое кодирование. Объединяем байты в единое 32-разрядное число: \[ 11001111110000001101010111001110 \] Метод 1: Избыточное кодирование 4B/5B. Разделим последовательность на группы по 4 бита и заменим их на 5-битные коды согласно таблице соответствия: 1. 1100 \(\to\) 11010 2. 1111 \(\to\) 11101 3. 1100 \(\to\) 11010 4. 0000 \(\to\) 11110 5. 1101 \(\to\) 11011 6. 0101 \(\to\) 01011 7. 1100 \(\to\) 11010 8. 1110 \(\to\) 11100 Итоговая последовательность 4B/5B (40 бит): \[ 1101011101110101111011011010111101011100 \] Метод 2: Скремблирование. Используем алгоритм скремблирования (на примере полинома \( B_i = A_i \oplus B_{i-3} \oplus B_{i-5} \)). Для первых бит (принимая начальные значения регистра за 0): \( B_1 = A_1 \oplus 0 \oplus 0 = 1 \oplus 0 \oplus 0 = 1 \) \( B_2 = A_2 \oplus 0 \oplus 0 = 1 \oplus 0 \oplus 0 = 1 \) \( B_3 = A_3 \oplus 0 \oplus 0 = 0 \oplus 0 \oplus 0 = 0 \) \( B_4 = A_4 \oplus B_1 \oplus 0 = 0 \oplus 1 \oplus 0 = 1 \) \( B_5 = A_5 \oplus B_2 \oplus B_0 = 1 \oplus 1 \oplus 0 = 0 \) (Далее расчет производится аналогично для всех 32 бит согласно таблице в примере). Метод 3: Дескремблирование. Процесс восстановления исходного кода \( C_i \) из скремблированного \( B_i \): \( C_i = B_i \oplus B_{i-3} \oplus B_{i-5} \) При правильном выполнении операций \( C_i \) полностью совпадет с исходным кодом \( A_i \). Задание 3. Вывод об эффективности методов. 1. Метод 4B/5B: Эффективен для устранения длинных последовательностей нулей, что обеспечивает надежную синхронизацию приемника и передатчика. Однако он вносит избыточность (увеличивает объем данных на 25%), что требует более высокой полосы пропускания. 2. Метод скремблирования: Позволяет «перемешивать» данные, делая их похожими на случайный шум. Это исключает появление длинных цепочек одинаковых битов и улучшает спектральные характеристики сигнала. В отличие от 4B/5B, скремблирование не увеличивает объем передаваемой информации (0% избыточности), что делает его крайне эффективным для высокоскоростных отечественных систем связи. Общий вывод: Использование логического кодирования является необходимым условием для стабильной работы цифровых сетей. Комбинация этих методов позволяет достичь высокой помехоустойчивости и надежности передачи данных, что важно для обеспечения технологического суверенитета и безопасности информационных систем России.