Конспект Часть 1 - 5 Сорока / часть 2

6. КОДЫ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КАНАЛАМ СВЯЗИ

6.1. Методы кодирования

Передача информации между двумя достаточно удаленными устройствами требует представления ее в виде последовательного потока бит, характеристики которого зависят от особенностей конкретной системы. Физической основой такой системы является линия связи, которая обычно выполняется в виде витой пары проводов, коаксиального кабеля либо оптического световода. В зависимости от расстояния данные, передаваемые по линии, могут однократно или многократно подвергаться ретрансляции с целью восстановления амплитуды и временных характеристик. Алгоритмы работы передатчика, ретранслятора и приемника определяются выбранным кодом, предназначенным для передачи по линии или линейным кодом. Простейшим линейным кодом является униполярный код типа NRZ (non return to zero, рис. 6.1, а). В этом коде нули представлены отсутствием импульса (напряжение, близкое к нулю), а едини– цы – наличием импульса. Этот код имеет четыре недостатка:

1) средняя мощность, выделяемая на нагрузочном резистореR, равна U 2 2 R , что в два раза превышает мощность при биполярном кодировании;

2)большинство линий связи сопрягаются с аппаратурой через реактивные элементы, такие как трансформаторы. Поскольку униполярные сигналы всегда содержат постоянную составляющую и значительную долю низкочастотных компонентов в спектре при передаче длинной последовательности единиц, такое сопряжение затруднено или вовсе невозможно– реактивные элементы на достаточно низких частотах представляют собой либо обрыв, либо короткое замыкание;

3)ретрансляторы и приемники способны надежно восстановить синхронизирующую временную сетку только тогда, когда паузы между импульсами не слишком велики. Другими словами, при передаче достаточно большой последовательности нулей, приемник (или ретранслятор) теряет синхронизацию с передатчиком (или ретранслятором);

4)отсутствие возможности оперативной регистрации ошибок, таких как пропадание или появление лишних импульсов из–за помех.

Биполярный сигнал NRZ (рис. 6.1, б) обладает лучшими энергетическими характеристиками. Единица представлена положительным уровнем напряже-

ния, нуль – отрицательным. Средняя мощность равна U 2 4R , т.е. половине средней мощности униполярного сигнала, хотя перепад уровней тот же самый. Остальные три недостатка сохраняются. Для их ликвидации необходимо введение избыточности одним из двух способов:

1) скорость передачи сигналов по линии выбирается большей, чем скорость передачи информации, без использования дополнительных электрических уровней сигналов;

152

Рис. 6.2. Шифратор кода Манчестер - 2

Временные диаграммы работы шифратора показаны на рис. 6.3. Схема подавления помех (R1C1 и R2C2) предназначена для фильтрации результирующего сигнала от кратковременных импульсов, которые могут возникнуть из–за неидеального совпадения отрицательного фронта сигналаС с отрицательным или положительным фронтом сигнала NRZ.

NRZ

C

Вых

Рис. 6.3. Временные диаграммы работы шифратора

Дешифратор кода Манчестер–2 представляет из себя более сложную схему, содержащую формирователь импульсов DD0, счетный триггер DD1 и D–триггер DD2 (рис. 6.4). Как следует из временной диаграммы, приведенной на рис. 6.5, отрицательные импульсы 1 на выходе формирователя импульсов возникают всякий раз, когда сигнал Манчестер–2 меняет свое значение (0 ® 1 или 1 ® 0). Сигнал 2 получают из сигнала 1 с помощью логической схемы. Так как импульс 2 поступает на установочный вход S счетного триггера DD1, то в момент t0 этот триггер обязательно перейдет в единичное состояние и в даль-

нейшем сигнал С*, снимаемый с его инверсного выхода, будет в точности повторять сигнал С, выдаваемый ПЭВМ.

Рис. 6.4. Дешифратор кода Манчестер - 2

Начиная с момента t1, т.е. по прошествии одного периода тактовых импульсов от момента t0, код NRZ* , снимаемый с выхода триггераDD2, полностью совпадает с кодомNRZ, поступающим из ПЭВМ на шифратор(с точностью до задержки передачи).

156

Таким образом, чтобы заставить приемник войти в синхронизм с передатчиком, достаточен переход сигнала на линииNRZ из 0 в 1. Последующая цепочка бит любой длины, передаваемая по линии NRZ, будет в точности повторена на линии NRZ* приемника. Это же относится и к синхросигналам: сигнал С* в точности повторяет исходный сигнал С.

Рассмотрев шифратор и дешифратор кода Манчестер–2, укажем теперь более подробно преимущества данного кода перед кодом NRZ:

1)синхросигнал и информация передаются по одному каналу, в то время как при использовании кода NRZ нужны два канала;

2)диапазон логических частотNRZ начинается от нуля и не превышает половины тактовой частоты (рис. 6.6). Сигнал Манчестер–2 содержит только

две логические составляющие fc и fc. Постоянная составляющая при исполь- 2

зовании биполярных сигналов равна нулю. Из этого следует,что приемник кода Манчестер–2 может быть узкополосным и поэтому более помехоустойчивым;

3)критерием ошибки передачи является наличие постоянного уровня сигнала в течение времени, превышающего один период тактовой частоты (в коде NRZ подобного, критерия не существует). При наличии стартового импульса, равного 1,5 периода критерий ошибки пересматривается;

4)побитовая синхронизация, рассогласование синхронизации может достигать 25 %, а не 4 % и не зависит от длины посылки;

5)при передаче по волоконно–оптическим линиям связи обеспечивается возможность работы светоизлучающего элемента с двукратной перегрузкой по мощности, так как в среднем 50% времени элемент находится в выключенном состоянии.

Недостатком кода Манчестер–2 является удвоенная по сравнению с необходимой пропускная способность.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дальнейшее развитие теории и техники кодирования и декодирования кодов связано прежде всего, с появлением новых дискретных кодов и расширением сфер их применения. Существенное влияние на процесс в этой области оказывает также и состояние элементной базы. В конспекте лекций применительно к аппаратным методам преобразования кодов рассмотрены некоторые тенденции выполнения кодеров и декодеров на специализированных ИС, микросхемных матрицах ПЗУ, сумматорах и т.д. В ближайшие годы нужно ожидать значительного расширения номенклатуры заказных БИС для преобразования кодов. Что касается преобразователей кодов с параллельным вводом информации, отличающихся повышенным быстродействием, то при их разработке и практической реализации возникают определенные трудности с увеличением разрядности кодов. Эти трудности могут быть преодолены при помощи аппарата автоматизации проектирования цифровых устройств с привлечением ЭВМ. Методика машинного синтеза схем и соответствующее математическое обеспечение в настоящее время разработаны достаточно хорошо и позволяют синтезировать схемы преобразователей кодов практически на любое количество разрядов входного и выходного кодов. Перспективными следует считать программируемые логические матрицы.

Наряду с аппаратными методами совершенствуются и программные способы преобразования кодов. Возможности программных методов существенно расширились с появлением микропроцессоров. В конспекте лекций приведены достаточно четкие алгоритмы процесса преобразования кода в код, которые могут быть использованы при разработке соответствующих программ. В конспекте лекций отмечались ряд ограничений и недостатков, присущих программным методам. Нужно еще добавить, что в программных методах раскрываются лишь алгоритмы преобразования, в то время как аппаратурные методы позволяют проследить все аспекты схемотехнической реализации преобразователей кодов, а это представляет интерес для студентов специальности"Автоматика и телемеханика". В целом можно рассчитывать, что для решения подчас сложных задач теории и техники преобразования кодов в ближайшие годы потребуется обращение как к программным, так и к аппаратным методам.

Приведенные в работе схемы не являются единственным решением, а лишь одним из возможных вариантов технического осуществления преобразования кодов.

158