Галкин В.А., Григорьев Ю.А. - Телекоммуникации и сети, страница 13

Эта проблема в сетях связи решается сложнее, чем при обмене данны­ми между близко расположенными устройствами, например между блокамивнутри компьютера или же между компьютером и принтером. На небольшихрасстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующейлинии связи (рис. 2.9), в которой информация снимается с линии данных тольков момент прихода тактового импульса.

В сетях использование этой схемы вы­зывает трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях.На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигналаможет привести к тому, что тактовый импульс придет позже или раньше соот­ветствующего сигнала даьшьгх и бит данных будет пропущен или считан по­вторно. Поэтому в сетях применяют так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для передатчика указания о том, в какоймомент времени нужно осуществить распознавание очередного бита (или не­скольких бит, если код ориентирован более чем на два состояния сигнала).Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - служит хорошимуказанием для синхронизации приемника с передатчиком.При использова1ши синусоид в качестве несущего сигнала результирующийкод обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитудынесущей частоты дает возможность приемнику определить момент появлениявходного кода;• обладал способностью распознавать ошибки и низкой стоимостью реали­зации.Распознавание и коррекцию искаженных данных сложно осуществить сред­ствами физического уровня, поэтому чаще всего эту работу берут на себя про­токолы верхних уровней: канального, сетевого, транспортного или прикладного.С другой стороны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит вре­мя, так как приемник не ждет полного помещения кадра в буфер, а отбраковы­вает его сразу при распознавании ошибочных бит внутри кадра.ИнформацияПередатчикггиПриемникI i i I М М i IТактирующие импульсыРис.

2.9. Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях622.1. Понятие системы передачи данных011011 1000а>,y >б-VjвгдJ""1П.,LUгJп п, „J •J""1 ~1гпJ J L L L1—y>+3ве-1в\x >-ЗвРис. 2.10. Дискретные формы представления сигналов в канале связиТребования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимнопротиворечивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже популярныхметодов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и недостат­ками.На рис.

2.10,^ показан метод потенциального кодирования, называемый так­же кодированием без возвращения к нулю (NRZ - Non Return to Zero). Названиеотражает суть метода, в котором при передаче последовательности единицсигнал не возвращается к нулю в течение такта (как мы увидим ниже, в другихметодах кодирования возврат к нулю в этом случае происходит). Метод NRZпрост в реализации, хорошо распознает ошибки (из-за двух резко отличающих­ся потенциалов), но не обладает самосинхронизацией.

При передаче длиннойпоследовательности единиц или нулей сигнал в среде передачи не изменяется,поэтому приемник не может определить по входному сигналу моменты време­ни, когда нужно в очередной раз считывать данные. Даже при наличии высоко­точного тактового генератора приемник может ошибиться моментом считы­вания данных, так как частоты двух генераторов не бывают полностьюидентичными.

Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных632. Основы телекоммуникациипоследовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовыхчастот может привести к опшбке в целый такт и, соответственно, считываниюнекорректного значения бита.Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочас­тотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длишп,1хпоследовательностей единиц или нулей.

Из-за этого многие каналы связи, необеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником иисточником, этот вид кодирования не поддерживают. В сетях используют раз­личные модификации кода NRZ, в которьпс устранены плохая самосинхрониза­ция и постоянная составляющая этого кода. Достоинством кода NRZ, из-за чегоимеет смысл его улучшать, является низкая частота основной гармоники^,равная N12 Гц (см. § 2.1). В других методах кодирования, например манчестер­ском, основная гармоника имеет более высокую частоту.Одной из модификаций метода NRZ является метод биполярного кодиро­вания с альтернативной инверсией (AMI - Bipolar Alternate Mark Inversion).В этом методе (рис.

2.10, б) используют три уровня потенциала - отрицатель­ный, нулевой и положительный. Логический нуль кодируется нулевым потенци­алом, а логическая единица - либо положительным, либо отрицательным по­тенциалом, при этом потенциал каждой новой единицы противоположенпотенциалу предыдущей.Код AMI частично решает проблему постоянной составляющей и отсут­ствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передачедлинных последовательностей единиц. При этом сигнал представляет собойпоследовательность разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кодаNRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, т. е.

без постоянной состав­ляющей и с основной гармоникой N12 Гц (где N - битовая скорость передачиданных). Длинные последовательности нулей также опасны для кода AMI, каки для кода NRZ - сигнал вьфождается в постоянный потенциал нулевой ампли­туды. Поэтому код AMI требует дальнейшего улучшения, хотя задача упроща­ется - осталось справиться только с последовательностями нулей.Для различных комбинаций бит на линии использование кода AMI приводитк более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокойпропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся еди­ниц и нулей основная гармоника^ имеет частоту NIA Гц.

Код AMI предостав­ляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов.Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложномимпульсе или исчезновении с шшии корректного импульса. Сигнал с некоррек­тной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation).В коде AMI используют три уровня сигнала на линии. Дополнительный тре­тий уровень требует увеличение мощности передатчика примерно на 3 дБ дляобеспечения той же достоверности приема бит на линии, что является общимнедостатком кодов с несколькими состояниями сигнала, в отличие от кодов,которые различают только два состояния.642.1.

Понятие системы передачи данныхСуществует код, похожий на AMI, с двумя уровнями сигнала. При передаченуля такой код передает потенциал, который был установлен в предьщущемтакте (т. е. не меняет его), а при передаче еди1шцы потенциал инвертируетсяна противоположный. Этот код называется потенциальным кодом с инверси­ей при единице (NRZI - Non ReUim to Zero with ones Inverted).

Он удобен вслучаях, когда использование третьего уровня сигнала весьма нежелательно,например, в оптических кабелях, где устойчиво распознаются два состояниясигнала - свет и темнота.Улучшить потенциальные коды, подобные AMI и NRZI, можно двумя мето­дами. Первый метод основан на добавлении в исходный код избыгочных бит,содержащих логические единицы. Очевидно, что в этом случае длинные пос­ледовательности нулей прерываются и код становится самосинхронизирующим­ся для любых передаваемых данных. Исчезает также постоянная составляю­щая, а значит, еще более сужается спектр сигнала.

Но этот метод снижаетполезную пропускную способность линии, так как избыточные единицы пользо­вательской информации не несут. Другой метод основан на предварительном«перемешивании» исходной информации таким образом, чтобы вероятностипоявления единиц и нулей становились близкими. Устройства, или блоки, вы­полняющие такую операцию, называются скрэмблерами.

При скремблировании используется известный алгоритм, поэтому приемник, получив двоичныеданные, передает их на дескрэмблер, который восстанавливает исходную пос­ледовательность бит. Избыточные биты при этом по линии не передаются.Оба метода относятся к логическому кодированию, и форму сигналов на линииони не определяют.Биполярный импульсный код.

В импульсных кодах данные представленыполным импульсом или же его частью - фронтом. Наиболее простым случаемявляется биполярный импульсный код, в котором единица представлена им­пульсом одной полярности, а ноль -другой (рис. 2.10, в). Каждый импульс длит­ся половину такта. Э^ому коду присущи хорошие самосинхронизирующиие свой­ства, но постоянная составляющая может присутствовать, например, припередаче длинной последовательности единиц или нулей. Кроме того, спектр унего шире, чем у потенциальных кодов. Так, при передаче всех нулей или еди­ниц частота основной гармоники кода равна Л^ Гц, что в два раза выше основ­ной гармоники кода NRZ и в четыре раза выше основной гармоники кода AMIпри передаче чередующихся единиц и нулей. Из-за слишком широкого спектрабиполярный импульсный код используют редко.В локальных сетях до недавнего времени самым распространенным мето­дом кодирования бьш так называемый манчестерский код (рис.