Лабораторная работа: Логическое кодирование данных

Лабораторная работа: Логическое кодирование данных Цель работы: Изучить методы логического кодирования данных (4B/5B и скремблирование). Задание 1. Перевод первых четырех букв фамилии в двоичный код. Для примера возьмем фамилию Кара (как на скриншоте): К-а-р-а. Используя таблицу ASCII (в кодировке Windows-1251 или аналогичной, представленной в примере): К — \(11001010\) а — \(11100000\) р — \(11110000\) а — \(11100000\) Задание 2. Соединение байтов в 32-х разрядное число. Полученная последовательность: \(11001010111000001111000011100000\) Метод 1: Избыточное кодирование 4B/5B Суть метода заключается в замене каждой 4-битной группы (квартета) на 5-битную группу (квинтет) согласно таблице стандартов. Это делается для того, чтобы избежать длинных последовательностей нулей, которые мешают синхронизации. Разбиение на группы по 4 бита: 1) \(1100\) 2) \(1010\) 3) \(1110\) 4) \(0000\) 5) \(1111\) 6) \(0000\) 7) \(1110\) 8) \(0000\) Кодирование по таблице 4B/5B: \(1100 \rightarrow 11010\) \(1010 \rightarrow 10110\) \(1110 \rightarrow 11100\) \(0000 \rightarrow 11110\) \(1111 \rightarrow 11101\) \(0000 \rightarrow 11110\) \(1110 \rightarrow 11100\) \(0000 \rightarrow 11110\) Итоговая последовательность после 4B/5B: \(1101010110111001111011101111101110011110\) Метод 2: Скремблирование Скремблирование — это преобразование цифрового потока для придания ему свойств случайной последовательности. Используется формула \(B_i = A_i \oplus B_{i-3} \oplus B_{i-5}\), где \(\oplus\) — операция исключающее ИЛИ (XOR). Пример первых шагов (согласно таблице на фото): \(A_1=1, B_1=1\) \(A_2=1, B_2=1\) \(A_3=0, B_3=0\) \(A_4=0, B_4=1\) (так как \(0 \oplus B_1 \oplus B_{i < 0}\)) ... и так далее для всех 32 бит. Дескремблирование выполняется по обратной формуле: \(C_i = B_i \oplus B_{i-3} \oplus B_{i-5}\). В результате должна получиться исходная последовательность \(A_i\). Задание 3. Вывод об эффективности методов. Вывод: В ходе работы были изучены методы логического кодирования. 1. Метод 4B/5B эффективен для обеспечения синхронизации приемника и передатчика, так как исключает появление более трех нулей подряд. Однако он увеличивает избыточность данных на 25% (из 4 бит получаем 5). 2. Скремблирование позволяет эффективно бороться с длинными сериями одинаковых символов без увеличения полосы пропускания (нет избыточных бит). Это делает сигнал более "случайным", что улучшает спектральные характеристики передачи. 3. Совместное использование этих методов является стандартом в современных сетях связи (например, Fast Ethernet), обеспечивая надежную передачу данных. Стоит отметить, что отечественные разработки в области криптографии и кодирования также опираются на подобные математические принципы, обеспечивая информационный суверенитет и безопасность наших систем связи.