Elektromagnetische Modulationsverfahren

Unabhängig vom verwendeten Medium ist ein Bit nur eine Hilfsvorstellung, die irgendwie auf dem Kabel, oder im Feld dargestellt werden muss.

Am Einfachsten ginge das mit einem Einfachstromverfahren, bei dem ein gesetztes Bit einer angelegten Spannung im für ein Bit festgelegten Zeitraum entspricht, und ein nicht-gesetztes Bit dem Fehlen dieser Spannung.

Dafür müsste man allerdings den Trigger (das Bauteil das entscheidet ob die empfangene Spannung einer 0 oder einer 1 entspricht) auf die Hälfte der Spannung für eine 1 justieren. Das würde eine Konstanz der angelegten Spannungspegel erfordern, die in einem realen Netzwerk wegen der vorher angeführten Störeinflüsse nicht gewährleistet ist.

Besser wäre ein Doppelstromverfahren bei dem eine 1 durch eine positive Spannung, und eine 0 durch eine negative Spannung repräsentiert würde. Leider taucht jetzt ein neues Problem auf.

Die Synchronisation

Jede in einem Netz angeschlossene Netzwerkkarte muss  wissen wie lange eine Spannung gehalten wird  um als 1 oder 0 zu gelten, oder anders gesagt, jede Netzwerkkarte muss den Takt des Netzes kennen und fortlaufend mit ihm synchronisiert werden, um sinnvoll arbeiten zu können. Am besten lässt sich eine Synchronisation natürlich bei einem Nulldurchgang (Wechseln von positiver nach negativer Spannung oder umgekehrt) erreichen.

Bei den bisher beschriebenen Verfahren tauchen nun bei langen Folgen von Einsen oder Nullen entsprechend lange Gleichstromperioden auf, die zur Synchronisation absolut untauglich sind. Einen möglichen Ausweg bieten Bipolarverfahren, bei denen 0 durch keine Spannung und 1 durch alternierend positive und negative Spannung dargestellt wird. Die besseren Bipolarverfahren vermeiden Gleichstromperioden bei Nullfolgen, indem sie nach einer bestimmten Anzahl Nullen eine Eins senden, die auf der Empfängerseite natürlich wieder herausgefiltert wird.

Die bisher beschriebenen Modulationsverfahren nehmen Pegeltransitionen am Anfang des zu übertragenden Bits vor.  Selbst das Bipolarverfahren benötigt allerdings für längere Nullfolgen einen externen Takt oder muss mittels eingefügten 1-bits eine Synchronisation gewährleisten.

Was wir gerne hätten ist eine Modulation die zugleich Takt und Daten überträgt.. Das bekannteste Verfahren dass das leistet, und das im 10-MBit-Ethernet tatsächlich verwendete, ist

Die Manchester-Codierung

Um gleichzeitig Takt- und Daten zu übertragen, übertragt man bei dieser Codierung jedes Bit zweimal. Zuerst wird das Bit im Komplement übertragen, danach der Bitwert selbst. In der Bitmitte findet also jedes Mal ein Nulldurchgang statt, auf den Schaltung zur Synchronisation einrasten kann. Die Initialisierung des Empfängertakts wird mittels einer festgelegten Präambel durchgeführt, die am Anfang der Verbindung gesendet wird. Die verwendeten Pegel sind +/- 0,85 Volt.

Einen Nachteil hat das beschriebene Verfahren allerdings: Es erfordert die doppelte Bandbreite der anderen Kodierungen. Für 10 MHz-Ethernet also 20 MHz.