Полный курс лекций 2009-го года (1130357), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Приход такого импульса для приемникаозначает начало битового интервала. В сетях, на больших расстояниях, это решение не годится по многимпричинам. Другое решение этой проблемы состоит в создании так называемых самосинхронизирующихсякодов. Например, перепад в уровне сигнала (фронт) может служить хорошим признаком для приемника оначале битового интервала.
Отсутствие фронта между битовыми интервалами существенно усложняетрешение проблемы синхронизации, когда в соседних битовых последовательностях надо передать биты содинаковыми значениями.§Обнаружение ошибок. Хотя методы обнаружения и исправления ошибок располагаются на канальномуровне, который находится над физическим уровнем, тем не менее, и на физическом уровне весьмаполезно иметь такие возможности.§Чувствительность к шуму. За счет надлежащих ухищрений в схеме кодировки данных можно добитьсявысокой производительности при передаче даже при наличии очень высокого уровня шума.§Стоимость и скорость.
Несмотря на постоянное удешевление цифровой аппаратуры общая тенденциятакова, что увеличение сигнальной скорости с целью увеличения битовой ведет к удорожаниюаппаратуры.Все схемы кодирования делятся на потенциальные и импульсные. У потенциальных кодов значениебита передается удержанием потенциала сигнала на определенном уровне в течение битового интервала.У импульсных кодов это значение передается перепадом (фронтом) уровня сигнала. Направлениеперепада с низкого на высокий или с высокого на низкий уровень определяет значение бита.2.2.1.1. Потенциальный NRZ-кодКак указано в таблице 2-7, в потенциальной схеме кодирования NRZ (NRZ – Non return to zero – безвозврата к нулю на битовом интервале) логическому 0 и логической 1 сопоставлены два устойчиворазличаемых потенциала. К достоинствам этого кода следует отнести простоту реализации, устойчивость кошибкам, достаточно узкий частотный спектр сигнала.Основнымнедостаткомэтогокодаявляетсяотсутствиесинхронизации.Надлинныхпоследовательностях нулей или единиц, т.е.
когда потенциал на линии не меняется, может произойтирассинхронизация между приемником и передатчиком, что приведет к ошибкам. Однако если исключитьвозможность появления длинных последовательностей 0 или 1, то этот метод может быть весьмаэффективен. Обеспечить отсутствие таких последовательностей могут специальные устройства,называемые скремблеры.Модификацией NRZ-кода и хорошим примером дифференциального кодирования является код NRZ-I.Идея дифференциальных кодов состоит в том, чтобы кодировать не абсолютное значение текущего бита, аразницу значений между предыдущим битом и текущим.
В случае кода NRZ-I если текущий бит – 0, то онкодируется тем же потенциалом, что и предыдущий бит, если текущий бит – 1, то он кодируется другимпотенциалом, чем предыдущий. Основным достоинством этого кода по отношению NRZ-коду являетсябольшая устойчивость к шуму.2.2.1.2. Биполярный код AMIДругим примером потенциального кода является метод биполярного кодирования с альтернативнойинверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion – AMI). В этом методе используются не два уровня сигналов,как в NRZ-методах, а три: положительный, ноль и отрицательный. Значению 0 соответствует нулевойпотенциал на линии; значению 1 - либо положительный, либо отрицательный потенциал.
При этомпотенциал каждой последующей единицы противоположен потенциалу предыдущей.У этого метода есть несколько существенных преимуществ по сравнению с NRZ-кодами. Во-первых, вслучае длительной последовательности единиц рассинхронизации не происходит. Каждая единицасопровождается изменением потенциала, устойчиво распознаваемым приемником. Поскольку каждаяединица сопровождается изменением потенциала, то не возникнет постоянной составляющей. Однакодлинная последовательность 0 остается проблемой, и требуются дополнительные усилия, которыепозволили бы избежать ее появления. Во-вторых, спектр сигнала здесь уже, чем у NRZ-кодов.
И, наконец,свойство чередования уровней позволяет обнаруживать единичные ошибки.С применением надлежащей техники скремблирования биполярные импульсные коды обладаютлучшими характеристиками, чем NRZ-коды. Однако это превосходство не бесплатно. Каждый единичныйбит информации, изсигнал может иметь один из трех уровней, а поэтому он может нестикоторых используется только один бит. Поэтому эффективность этого кода ниже. Кроме того, передатчик иприемник для биполярного метода сложнее, чем для NRZ-кодов.2.2.1.3. Биполярные импульсные кодыСуществует другая группа методов кодирования, известная как биполярное импульсноекодирование. Здесь мы рассмотрим широко распространенные методы из этой группы: Манчестерский идифференциальный Манчестерский коды.В Манчестерском коде данные кодируются фронтами в середине битового интервала. Этимдостигаются две цели: синхронизация приемника и передатчика, и передача данных: фронт перехода отнизкого потенциала к высокому соответствует 1, а фронт перехода от высокого потенциала к низкому – 0.Этот код показан на рисунке 2-6.В дифференциальном Манчестерском коде сигнал может менять свой уровень дважды в течениебитового интервала.
В середине интервала обязательно происходит изменение уровня. Этот перепадиспользуется для синхронизации. При передаче 0 в начале битового интервала происходит перепадуровней, при 1 – такой перепад отсутствует. (См. рисунок 2-6).Все биполярные импульсные методы требуют от одного до двух перепадов уровня сигнала за одинбитовый интервал. Поэтому их сигнальная скорость в два раза выше, чем у потенциальных кодов. Этоозначает, что они требуют более широкой полосы пропускания, чем потенциальные коды.
Однако у нихесть несколько существенных преимуществ:§самосинхронизация§отсутствие постоянной составляющей§обнаружение единичных ошибок2.2.1.4. Потенциальный код 2B1QВ этом методе каждые два последовательных бита (2В) передаются за один битовый интервалсигнала, который может иметь четыре состояния (1Q). Паре 00 соответствует потенциал -2.5 В, 01соответствует -0.833 В, 11 – +0.833 В, 10 – +2.5 В.У этого метода сигнальная скорость в два раза ниже, чем у кодов NRZ и AMI, а спектр сигнала в двараза уже. Поэтому с помощью 2B1Q-кода можно по одной и той же линии передавать данные в два разабыстрее. Однако реализация этого метода требует более мощного передатчика и более сложногоприемника, который должен различать не два уровня, а четыре.2.2.1.5.
Сигнальная скоростьЗдесь мы рассмотрим, как тот или иной метод кодирования влияет на скорость передачи данных(битовую скорость) и сигнальную скорость.Как мы уже отмечали, битовая скорость равна 1/tb, где tb– длина бита. Сигнальная скоростьпоказывает скорость изменения уровня сигнала. Возьмем для примера Манчестерский код. Минимальныйразмер единичного сигнала равен половине битового интервала. Для последовательности из 0 или 1 будетгенерироваться последовательность таких единичных сигналов. Поэтому сигнальная скоростьМанчестерского кода равна 2/tb. Это иллюстрирует рисунок 2-8 для случая последовательности 1 ибитовой скорости 1 Мбит/сек.Рисунок 2-8.
Сигнальная скоростьВ общем случаеD = R/b,где D – сигнальная скоростьR – битовая скорость в бит/сек.b – количество бит на единичный сигнал2.2.2. Цифровые данные – Аналоговый сигналТеперь мы рассмотрим передачу данных в цифровой форме с помощью аналоговых сигналов. Широкоизвестным примером такой передачи является использование телефонных сетей для передачи цифровыхданных.
Телефонные сети (их устройство и принципы функционирования мы рассмотрим в разделе 2.5)были созданы для передачи и коммутации аналоговых сигналов в голосовом диапазоне частот от 300 до3400 Гц. Этот диапазон не совсем подходит для передачи цифровых данных. Поэтому подключитьисточник таких данных напрямую в телефонную сеть нельзя. Для этого используют специальноеустройство - модем (МОдулятор–ДЕМодулятор). Этот прибор преобразует как цифровой сигнал ваналоговый в надлежащем диапазоне частот, так и наоборот: из аналоговой формы в цифровую.
В этомразделе мы познакомимся с основными принципами такого преобразования.Как мы уже отмечали, аналоговая модуляция заключается в управляемом изменении одного илинескольких основных параметров несущего сигнала: амплитуды, частоты и фазы. Есть три основныхметода модуляции для преобразования цифровых данных в аналоговую форму (они показаны на рисунке2-9):§амплитудная модуляция§частотная модуляция§фазовая модуляцияРисунок 2-9. Основные методы модуляцииВо всех этих случаях спектр гармоник получаемого сигнала сконцентрирован в области частотынесущего сигнала.В случае амплитудной модуляции двоичные 0 и 1 представлены аналоговым сигналом на частотенесущей, но разной амплитуды. Обычно 0 соответствует сигнал с нулевой амплитудой. Таким образом, приамплитудной модуляции сигнал S(t) (см.
рисунок 2-5) имеет вид:S(t) =где- несущий сигнал с амплитудой A. Метод амплитудной модуляции не оченьэффективен по сравнению с другими методами, т.к. он очень чувствителен к шумам. Чаще всего ониспользуется в сочетании с другими видами модуляции. В чистом виде он применяется на телефоннойлинии на скоростях до 1200 бит/сек., а также для передачи сигналов по оптоволоконным каналам.При частотной модуляции двоичные 0 и 1 представляют сигналами разной частоты, сдвинутой, какправило, по отношению к частоте несущей на одинаковую величину, но в противоположном направлении:S(t) =где fc= f1 - D= f2+D, где D - сдвиг по частоте.На рисунке 2-9 показан пример использования частотной модуляции для полнодуплексной связи потелефонной линии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
