Im Grundsatz werden im LAN Varianten der Frequenz-Modulation verwendet: Es gibt ein Träger-Signal mit einer festen Frequenz; jedoch gibt es Abweichungen vom Frequenz-Verlauf des Grundsignals; diese Abweichungen stellen die Signal-Codierung dar.
Einfache Formen des Physical Coding verwenden das Muster: logische 1 wird dargestellt durch Signal-Pegel 1; logische 0 wird dargestellt durch Signal-Pegel 0 (oder -1). Also: Der physikalische bzw. elektrische Signal-Pegel stellt unmittelbar das binary digit (bit) dar. Dies ist bei den sog. NRZ-Codierungen der Fall.
Da bei längeren Folgen von 0000... oder 1111... kein Frequenz-Grundsignal mehr hörbar ist, "verliert" der Empfänger jedoch schnell das Maß, wo/wann eigentlich bei fortlaufendem Gleichstrom die Bit-Grenzen sind. Die Folge ist Synchronisations-Verlust zwischen Sender und Empfänger.
Um diesen Synchronisations-Verlust zu vermeiden, muss immer ein Frequenz-Grundsignal (Grundfrequenz) vorhanden sein. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass die physikalische Sende-Frequenz (analog) doppelt so hoch ist wie die logische Signal-Übermittlung (digital), indem jedes bit genau zwei Pegel-Zustände benötigt.
Das bekannteste Beispiel für diese Form des Physical Coding stellt der Manchester-Code von 10-Megabit-Ethernet dar.
Bei 10 Mbps Ethernet mit 20 MHz gesendet. Es wird also die doppelte hohe Frequenz verwendet im Vergleich zur übertragenen (codierten) Bitrate. Jeweils in der Mitte der sog. Bit-Zeit erfolgt ein Pegel-Wechsel; diese zwanghaft erfolgende Signal-Charakteristik wird "clock" genannt, weil der Empfänger an der gewiss und stetig kommenden Signal-Veränderung (Pegel-Wechsel) die Grund-Frequenz heraus lesen kann. Ob es sich beim übermittelten Signal logisch um eine "0" oder eine "1" handelt, entscheidet sich daran, ob der Pegel-Wechsel von physikalisch +1 auf -1 erfolgt (bzw. +1 auf 0) oder umgekehrt.
Folglich kommt es zwischen zwei bits zu einem Pegel-Wechsel, wenn die bits den selben Wert haben (0 oder 1); umgekehrt gilt, dass es keinen Pegel-Wechsel an der Bit-Grenze gibt, falls sich die Bits unterscheiden.
Die Grafik zeigt den Pegel-Verlauf bei 10-Base-2 / Ethernet auf Koax-Kabel (Cheaper-Net Coax Cable).
Über Pegel-Wechsel wird die Grund-Frequenz "hörbar", also für den Empfänger ermittelbar, sofern dies regelmäßig erfolgt. Regelmäßiger Pegel-Wechsel wird daher auch "clock" oder "clocking signal" genannt.
Um den Pegel-Wechsel sichtbar zu machen, ist eine rund laufende Sinus-Kurve ungeeignet. Es werden steile Flanken beim Pegel-Wechsel verlangt; folglich ist nicht die runde Sinus-Kurve annehmbar, sondern eine kantige Rechteck-Charakteristik der Signale erforderlich.
Dies wird erreicht durch das Überlagern mehrerer Frequenzen: Auf die Grund-Frequenz, welche die Sinus-Kurve bildet, kommen höhere Frequenzen, die in der Summe schließlich das Rechteck-Signal ergeben. Somit muss auch das Kabel darauf ausgelegt sein, ein klar definiertes Frequenz-Spektrum zu unterstützen
.
Je nach Kabel-Charakteristik gehen entweder zuerst die Signale mit hoher Frequenz durch Dämpfung verloren oder die niedrigen.
Geht zuerst die Nieder-Frequenz verloren, so bleibt ein hochfrequentes Rauschen ohne erkennbare Frequenz-Charakteristik übrig; der Empfänger kann nichts mehr "lesen".
Gehen zuerst die Hoch-Frequenz-Signale verloren, so bleibt das Signal der Träger-Frequenz mit seinem Sinus-Kurven-Verlauf übrig; hierdurch gehen die steilen Signal-Flanken der Rechteck-Charakteristik verloren, und bei Pegel-Wechsel bleibt es nur beim "weichen" Kurven-Verlauf der Sinus-Kurve.
In beiden Fällen fehlen dem Empfänger charakteristische Merkmale, um im Analog-Digital-Wandler zu "erkennen", ob der analoge Signal-Verlauf ein digitales Merkmal übertragen soll (->AD/DA-Wandler).
Kommt es hierzu, liegt ein sog. "Jitter" vor: Das digitale Merkmal wird zu spät erkannt, somit hat der Empfänger ein bit "verloren"; am Ende führt dies (mindestens) zum Verlust von 1 Byte.
Physical Coding , das mit 2 Pegel-Zuständen arbeitet, wird "binary coding" genannt. Werden 3 Pegel-Zustände verwendet, liegt Tertiär-Codierung vor (und so weiter, und so weiter).
Während noch 10-Mbps-Ethernet eine Binär-Codierung verwendet, arbeitet 100-Mbps-Ethernet mit Tertiär-Codierung (was zuvor bei FDDI entwickelt worden war). Dies führt dazu, dass nicht mehr die doppelte Frequenz im Verhältnis zur Bit-Rate verwendet wird, sondern nur noch das 1,5-fache der Bit-Rate. Fast-Ethernet stellt also physikalisch eine Art von binärer Signal-Schrumpung dar, quasi eine "gezippte" Übertragung.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Umgekehrt könnte bei gleich bleibender Frequenz eine höhere logische Bit-Rate erreicht werden.
Jedoch haben diese fortgeschrittenen Formen des Physical Codings zur Voraussetzung, dass die Kabel immer anspruchsvollere Frequenz-Bündel / Frequenz-Mischungen unterstützen müssen: sie müssen also immer diffizilere Bandbreiten unterstützen.
Die Bit-Rate ist also eine Folge der präzisen Vereinbarung zwischen Sender und Empfänger über den Gebrauch von sich überlagenden Frequenzen und Signal-Verläufen.
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