Manchester Code

Der Manchester-Code codiert jedes Bit als Pegelwechsel in der Bitmitte. Er ist gleichspannungsfrei, benötigt aber die doppelte Bandbreite.

Der Manchester-Code ist ein Leitungscode, bei dem nicht der Pegel selbst die Information trägt, sondern die Richtung eines Pegelwechsels in der Mitte jedes Bitintervalls. Er war das Codierverfahren des ursprünglichen Ethernet und wird bei 10BASE-T sowie den älteren Koaxialvarianten eingesetzt.

Funktionsweise

Jedes Bit wird in zwei gleich lange Hälften geteilt. In der Mitte findet stets ein Wechsel statt, dessen Richtung den Wert bestimmt:

Bit = 0    ▔▔╲__     hoch nach niedrig 
Bit = 1    __╱▔▔     niedrig nach hoch

Diese Zuordnung folgt der Festlegung in IEEE 802.3. In der Literatur findet sich auch die umgekehrte Zuordnung; welche gilt, muss im Einzelfall aus der Quelle hervorgehen.

Liegen zwei gleiche Bits nebeneinander, ist zusätzlich ein Wechsel an der Bitgrenze nötig, um den Pegel für den nächsten Mittenwechsel vorzubereiten. Bei wechselnden Bitwerten entfällt dieser Grenzwechsel.

Eigenschaften

Ein garantierter Wechsel je Bit. Der Empfänger findet in jedem Bitintervall eine Flanke und kann daraus seinen Takt ableiten. Eine noch so lange Folge gleicher Bits führt nicht zum Verlust der Synchronisation. Eine gesonderte Taktleitung oder eine aufwendige Regelschaltung ist nicht erforderlich.

Vollständige Gleichspannungsfreiheit. Jedes Bit besteht aus einer hohen und einer niedrigen Hälfte gleicher Dauer. Der Mittelwert des Signals ist damit unabhängig vom übertragenen Bitmuster stets null — die Voraussetzung für die Übertragung über Übertrager.

Einfache Erkennung von Fehlern. Fehlt der Wechsel in der Bitmitte, liegt eine Störung vor. Diese Eigenschaft wurde im ursprünglichen Ethernet genutzt, um Kollisionen zu erkennen.

Der Preis

Der Manchester-Code benötigt zwei Signalzustände je Bit. Die Symbolrate ist damit doppelt so hoch wie die Datenrate.

Für 10 Mbit/s bedeutet das 20 MBaud und eine Signalbandbreite von bis zu 20 MHz. Das ist über Kategorie-3-Verkabelung noch machbar und war um 1990 unproblematisch.

Auf 100 Mbit/s ließ sich das Verfahren nicht übertragen: Erforderlich wären 200 MBaud gewesen. Kategorie-5-Verkabelung ist bis 100 MHz spezifiziert — der Manchester-Code hätte das Doppelte verlangt. Genau dieser Umstand führte dazu, dass Fast Ethernet auf 4B5B und MLT-3 auswich.

Der Manchester-Code ist damit ein Beispiel dafür, dass die einfachste und robusteste Lösung nicht die skalierbare ist.

Verwendung außerhalb von Ethernet

Wegen seiner Einfachheit und Robustheit findet sich das Verfahren an vielen Stellen, an denen es auf geringe Datenraten und unaufwendige Schaltungstechnik ankommt: in der Nahfeldkommunikation, in Funkfernbedienungen, in Reifendrucksensoren, in einigen Feldbussystemen sowie in der Signalisierung von Konsumelektronik.

Auch dort gilt derselbe Zusammenhang: Wo Bandbreite knapp ist, wird der Manchester-Code durch effizientere Verfahren ersetzt; wo sie reichlich vorhanden ist, überwiegt der Vorteil der einfachen Implementierung.

Abgrenzung

Der Manchester-Code ist von der differentiellen Manchester-Codierung zu unterscheiden, bei der nicht die Richtung des Mittenwechsels, sondern das Vorhandensein eines Wechsels an der Bitgrenze die Information trägt. Diese Variante ist unempfindlich gegen vertauschte Signaladern und kam unter anderem bei Token Ring zum Einsatz.