Лекции 2010-го года (1130544), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Он должен уметь распознавать начало и конец передачикаждого бита, а также уровень сигнала: низкий или высокий. На рисунке 2-4 эти задачирешаются измерением уровня сигнала в середине длины бита и сравнением результатаизмерения с пороговым значением. Из-за шума на линии при этом могут возникатьошибки.Рисунок 2-6. Примеры кодов15Как мы уже отмечали в разделе 2.1, есть три важных фактора влияющие на правильностьпередачи: уровень шума, скорость передачи данных и ширина полосы пропусканияканала. Существует еще один фактор, влияющий на передачу данных: это способпредставления (кодировки) данных на физическом уровне.
Существует много такихспособов, мы рассмотрим лишь наиболее распространенные. Они показаны на рисунке 2-6и в таблице 2-7.Таблица 2-7. Свойства кодовПотенциальный код NRZ0 – высокий потенциал1 – низкий потенциалБиполярный код NRZI0 – нет перепада уровня сигнала в начале битного интервала1 – перепад уровня сигнала в начале интервалаБиполярный код AMI0 – отсутствие сигнала1 – положительный или отрицательный потенциал, обратный по отношению к потенциалу в предыдущийпериодМанчестерский код0 – переход с высокого потенциала на низкий в середине интервала1 – переход с низкого потенциала на высокий в середине интервалаПотенциальный код 2B1QИспользует 4 уровня сигналов, значение уровня определяется значением пары битов данных.Основными критериями сравнения различных способов кодирования данных нафизическом уровне являются:• Ширина спектра сигнала. Чем меньше высокочастотных составляющих в сигнале,тем меньшая ширина полосы пропускания канала требуется для передачи.Важным также является отсутствие постоянной составляющей, т.е.
гармоники спостоянными, не меняющимися параметрами. Появление такой гармоникиприводит к наличию постоянного тока между приемником и передатчиком, чтокрайне нежелательно. Наконец, как мы уже отмечали, ширина спектра влияет наискажение формы сигнала. Чем шире спектр, тем сильнее искажения.• Синхронизация между приемником и передатчиком. Мы уже отмечалинеобходимость для приемника точно определять начало и конец битовогоинтервала.
На небольших расстояниях, например, внутри компьютера или междукомпьютером и его периферийными устройствами для этих целей используютдополнительную линию синхронизации. По этой линии специальнаятактирующая схема (часы) выдает строго через определенные промежуткисинхроимпульсы. Приход такого импульса для приемника означает началобитового интервала. В сетях, на больших расстояниях, это решение не годится помногим причинам. Другое решение этой проблемы состоит в создании такназываемых самосинхронизирующихся кодов. Например, перепад в уровне16сигнала (фронт) может служить хорошим признаком для приемника о началебитового интервала. Отсутствие фронта между битовыми интерваламисущественно усложняет решение проблемы синхронизации, когда в соседнихбитовых последовательностях надо передать биты с одинаковыми значениями.• Обнаружение ошибок.
Хотя методы обнаружения и исправления ошибокрасполагаются на канальном уровне, который находится над физическимуровнем, тем не менее, и на физическом уровне весьма полезно иметь такиевозможности.• Чувствительность к шуму. За счет надлежащих ухищрений в схеме кодировкиданных можно добиться высокой производительности при передаче даже приналичии очень высокого уровня шума.• Стоимость и скорость. Несмотря на постоянное удешевление цифровойаппаратуры общая тенденция такова, что увеличение сигнальной скорости сцелью увеличения битовой ведет к удорожанию аппаратуры.Все схемы кодирования делятся на потенциальные и импульсные.
У потенциальных кодовзначение бита передается удержанием потенциала сигнала на определенном уровне втечение битового интервала. У импульсных кодов это значение передается перепадом(фронтом) уровня сигнала. Направление перепада с низкого на высокий или с высокого нанизкий уровень определяет значение бита.2.2.1.1.
Потенциальный NRZ-кодКак указано в таблице 2-7, в потенциальной схеме кодирования NRZ (NRZ – Non return tozero – без возврата к нулю на битовом интервале) логическому 0 и логической 1сопоставлены два устойчиво различаемых потенциала. К достоинствам этого кода следуетотнести простоту реализации, устойчивость к ошибкам, достаточно узкий частотныйспектр сигнала.Основным недостатком этого кода является отсутствие синхронизации. На длинныхпоследовательностях нулей или единиц, т.е. когда потенциал на линии не меняется, можетпроизойти рассинхронизация между приемником и передатчиком, что приведет кошибкам.
Однако если исключить возможность появления длинных последовательностей0 или 1, то этот метод может быть весьма эффективен. Обеспечить отсутствие такихпоследовательностей могут специальные устройства, называемые скремблеры.Модификацией NRZ-кода и хорошим примером дифференциального кодированияявляется код NRZ-I. Идея дифференциальных кодов состоит в том, чтобы кодировать неабсолютное значение текущего бита, а разницу значений между предыдущим битом итекущим.
В случае кода NRZ-I если текущий бит – 0, то он кодируется тем жепотенциалом, что и предыдущий бит, если текущий бит – 1, то он кодируется другимпотенциалом, чем предыдущий. Основным достоинством этого кода по отношению NRZкоду является большая устойчивость к шуму.2.2.1.2. Биполярный код AMIДругим примером потенциального кода является метод биполярного кодирования сальтернативной инверсией (Bipolar Alternate Mark Inversion – AMI). В этом методеиспользуются не два уровня сигналов, как в NRZ-методах, а три: положительный, ноль иотрицательный. Значению 0 соответствует нулевой потенциал на линии; значению 1 либо положительный, либо отрицательный потенциал.
При этом потенциал каждойпоследующей единицы противоположен потенциалу предыдущей.17У этого метода есть несколько существенных преимуществ по сравнению с NRZ-кодами.Во-первых, в случае длительной последовательности единиц рассинхронизации непроисходит. Каждая единица сопровождается изменением потенциала, устойчивораспознаваемым приемником. Поскольку каждая единица сопровождается изменениемпотенциала, то не возникнет постоянной составляющей. Однако длиннаяпоследовательность 0 остается проблемой, и требуются дополнительные усилия, которыепозволили бы избежать ее появления.
Во-вторых, спектр сигнала здесь уже, чем у NRZкодов. И, наконец, свойство чередования уровней позволяет обнаруживать единичныеошибки.С применением надлежащей техники скремблирования биполярные импульсные кодыобладают лучшими характеристиками, чем NRZ-коды.
Однако это превосходство небесплатно. Каждый единичный сигнал может иметь один из трех уровней, а поэтому онможет нестибит информации, из которых используется только один бит.Поэтому эффективность этого кода ниже. Кроме того, передатчик и приемник длябиполярного 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 и дифференциальный Манчестерский коды.В Манчестерском коде данные кодируются фронтами в середине битового интервала.Этим достигаются две цели: синхронизация приемника и передатчика, и передача данных:фронт перехода от низкого потенциала к высокому соответствует 1, а фронт перехода отвысокого потенциала к низкому – 0. Этот код показан на рисунке 2-6.В дифференциальном Манчестерском коде сигнал может менять свой уровень дважды втечение битового интервала.
В середине интервала обязательно происходит изменениеуровня. Этот перепад используется для синхронизации. При передаче 0 в начале битовогоинтервала происходит перепад уровней, при 1 – такой перепад отсутствует. (См. рисунок2-6).Все биполярные импульсные методы требуют от одного до двух перепадов уровнясигнала за один битовый интервал. Поэтому их сигнальная скорость в два раза выше, чему потенциальных кодов. Это означает, что они требуют более широкой полосыпропускания, чем потенциальные коды. Однако у них есть несколько существенныхпреимуществ:• самосинхронизация• отсутствие постоянной составляющей• обнаружение единичных ошибок2.2.1.4. Потенциальный код 2B1QВ этом методе каждые два последовательных бита (2В) передаются за один битовыйинтервал сигнала, который может иметь четыре состояния (1Q).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
