Характеристики кодов канала

Группа кодировок NRZ включает следующие подгруппы: NRZ-L (L – level – уровень), NRZ-M (M-mark-метка), NRZ-S (S-space – пауза). Кодировка NRZ-L широко используется в цифровых логических схемах. Двоичная единица в этом случае представляется одним уровнем напряжения, а двоичный нуль – другим. При использовании кодировки NRZ-M двоичная единица (или метка – mark) представляется изменением уровня, а нуль или пауза (space), - отсутствием изменения уровня. Такая кодировка называется дифференциальной. Применяется кодировка NRZ-M преимущественно при записи на магнитную ленту. Кодировка NRZ-S является обратной к кодировке NRZ-M: двоичная единица представляется отсутствием изменения уровня, а двоичный нуль – изменением уровня.

Метод NRZ прост в реализации, обладает хорошей распознаваемостью ошибок (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник лишен возможности определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Большинство линий связи сопрягаются с аппаратурой через реактивные элементы, например через трансформаторы. Поскольку униполярные сигналы всегда содержат в своем спектре постоянную составляющую и значительную долю низкочастотных компонентов при передаче длинной последовательности нулей или единиц, такое сопряжение затруднено или вовсе невозможно - реактивные элементы на этих частотах представляют собой почти “обрыв” или почти “короткое замыкание”. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и передатчиком, этот вид кодирования не поддерживают Привлекательность кода NRZ, из-за которой имеет смысл заняться его улучшением, состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники Гц, где R – битовая скорость передачи данных.

Группа кодировок RZ включает униполярную кодировку RZ, биполярную кодировку RZ и кодировку RZ-AMI. В униполярной кодировке RZ единица представляется наличием импульса, длительность которого равна половине ширины бита, а нуль – его отсутствием. В биполярной кодировке RZ единицы и нули представляются импульсами противоположных уровней, длительность каждого из которых также составляет половину ширины бита. В каждом интервале передачи бита присутствует импульс.

В методе биполярного кодирования с альтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion, AMI) используется три уровня потенциала – отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей. Код AMI частично ликвидирует проблемы постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передаче длинных последовательностей единиц. В этих случаях сигнал на линии представляет собой последовательность разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ и с основной гармоникой Гц. Длинные же последовательности нулей так же опасны для кода AMI, как и для кода NRZ. В целом, для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а, значит, к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся нулей и единиц основная гармоника Гц. Код AMI предоставляет некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе. Три уровня сигнала в коде AMI требуют дополнительного увеличения мощности передатчика на 3 дБ для обеспечения той же достоверности приема сигналов, что и для кодов с двумя состояниями.

Существует код, похожий на AMI, но с двумя уровнями сигнала. При передаче нуля он передает потенциал, который был установлен в предыдущем такте (то есть не меняет его), а при передаче единицы потенциал инвертируется на противоположный. Этот код называется потенциальным кодом с инверсией при единице (Non Return to Zero with ones Inverted, NRZI).

Сигналы в дикодной кодировке для кодирования двоичных данных также используют три уровня сигнала. В этом случае переходы в передаваемой информации от единицы к нулю и от нуля к единице меняют полярность импульсов. При отсутствии переходов передается сигнал нулевого уровня.

Группа фазового кодирования включает в себя следующие кодировки: bi- -L (двухфазный уровень) – более известная как манчестерское кодирование, bi- -M, bi- -S и модуляция задержки (delay modulatin – DM или кодировка Миллера).

Рассмотрим подробнее манчестерское кодирование.

При использовании манчестерского кодирования, единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового интервала, нуль - положительным перепадом. На границах битовых интервалов сигнал, если это необходимо, меняет значение, готовясь к отображению следующего битового интервала. Поскольку сигнал не “замирает” на одном логическом уровне, постоянная составляющая равна нулю. Подстройка системы синхронизации осуществляется при передаче каждого бита. Критерием ошибки в канале связи может являться “замирание” сигнала на одном из логических уровней на время, превышающее время передачи одного информационного бита. Платой за эти полезные качества является удвоение требуемой пропускной способности канала связи.

На рисунке 7.3 приведены схемы кодирования и декодирования сигнала кодом «Манчестер-II», а на рисунке 7.4 изображены временные диаграммы сигналов в различных точках схем.

Рисунок 7.3 Схема кодирования и декодирования кода “Манчестер II”.

Рисунок 7.4 Временные диаграммы кодирования и декодирования для кода

“Манчестер II”.

Сигнал в коде “Манчестер - II” может быть получен суммированием по модулю двух сигналов: NRZ и С (сигнал синхронизации). Другими словами, сигнал в коде “Манчестер - II” принимает единичные значения в тех интервалах времени, в которых сигналы NRZ и С имеют противоположные логические значения. Вследствие этого схема шифратора очень проста и легко может быть дополнена схемой подавления помех, предназначенной для подавления помех, возникающих из-за несовпадения фронтов суммируемых сигналов.

Схема дешифрации кода “Манчестер - II” несколько сложнее и содержит формирователь импульсов из входного потока информации и два триггера, счетный и D-триггер для декодирования информации. В начальный момент выходной код не определен, но по приходу первого тактового импульса, соответствующего переходу из логического нуля в логическую единицу во входном коде NRZ, система начинает генерировать правильный выходной код NRZ, декодированный из входной последовательности “Манчестер - II” и совпадающий с исходным кодом. Дополнительно, декодер восстанавливает и сигнал синхронизации, что упрощает подстройку тактового генератора приемника.

Таким образом можно сформулировать основные преимущества кода “Манчестер - II” перед кодом NRZ в дополнение к тому, что он устраняет недостатки кода NRZ, перечисленные выше.

· Синхросигнал и информация передаются по одному каналу связи, в то время как кодирование NRZ требует двух линий передачи.

· Диапазон частот при использовании кодирования “Манчестер - II” состоит из двух составляющих - и R Гц, в отличие от кодирования NRZ, в выходном спектре которого находятся частоты от нуля (постоянная составляющая) до Гц. Это позволяет, кроме всего прочего, сделать приемник кода “Манчестер - II” более узкополосным и, следовательно, более помехоустойчивым. Легко реализуется и трансформаторная связь с магистралью. Поскольку передатчик импульсный, можно повысить его мощность, используя его с двукратной перегрузкой (примерно 50% времени он находится в выключенном состоянии).

Из недостатков можно отметить наличие схем шифрации и дешифрации, удвоенную по сравнению с кодированием NRZ, верхнюю частоту в канале связи и необходимость предустановки приемника посылкой перехода из нуля в единицу.