Цифровое кодирование. Требования к методам цифрового кодирования

Цифровое кодирование информации

При цифровом кодировании дискретной информации применяются потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала. Перепады, формирующие законченные импульсы, не используются.

Импульсные коды позволяют представить двоичные данные или импульсами определенной полярности, или частью импульсного перепада потенциала определенной полярности или определенного напряжения.

Требования к методам цифрового кодирования

При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы несколько целей:

• имел при одной и той же скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
• обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
• обладал способностью распознавать ошибки;
• обладал низкой стоимостью реализации.

Синхронизация передатчика и приемника

Синхронизация передатчика и приемника необходима, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать информацию, поступающую по линии связи. Данная проблема в вычислительных сетях решается значительно сложнее, чем при обмене данными между близкорасположенными устройствами.

На относительно небольших расстояниях хорошо зарекомендовала себя схема синхронизации, построенная с использованием отдельной тактирующей линии связи.

Неравномерное распространение сигнала может привести к тому, что тактовый импульс может прийти раньше или позже, в результате чего информация будет потеряна. Это является недостатком данной схемы синхронизации.

Выделенные дополнительные линии, как правило, являются дорогостоящими, что ведет в целом к увеличению стоимости данного способа (метода) передачи.

В вычислительных сетях используются самосинхронизирующиеся коды, которые несут информацию принимающему устройству о том, в какой момент времени необходимо производить считывание очередной порции информации (в какой момент времени вести распознавание очередного бита).

З.З.1.1. Схемы кодирования. Коды, используемые для передачи данных

Существуют следующие распространенные схемы двоичного кодирования:

1. Схема с использованием униполярного кодирования. При униполярном кодировании напряжение всех сигналов неотрицательно либо неположительно, т.е. алгебраический знак не меняется.
2. Полярное кодирование. Полярное кодирование предусматривает, что сигнал имеет положительный и отрицательный потенциалы. Противоположные алгебраические знаки образуют логическое состояние.
3. Биполярное кодирование. При биполярном кодировании изменение сигнала происходит между тремя уровнями.

AMI - плохосинхронизирующийся код.

Униполярное кодирование

Для кодирования двоичных единиц используются импульсы двоичной (одной) полярности.

Уровень сигнала при передаче данных посредством данного кода остается стабильным для каждой последовательности одноименных битов.

Код NRZ широко используется вследствие своей простоты и низкой стоимости. Большим достоинством NRZ-кода является эффективное использование полосы частот. Поскольку он может представлять бит для каждого изменения сигнала.

Недостатком данного кода является отсутствие способности самосинхронизации, так как длинные серии следующих подряд логических единиц и нулей не приводят к изменениям сигнала в канале.

Вывод: может произойти рассогласование или дрейф таймера приемника по отношению к поступающему сигналу и несвоевременный опрос линии связи. В результате передатчик и приемник утратят синхронизацию.

Полярное кодирование

RZ-код предусматривает, что при представлении каждого бита сигнал меняется по меньшей мере один раз. Так как RZ-код обеспечивает изменение состояния для каждого бита, то этот код обладает хорошим свойством синхронизации.

Недостатком является то, что он требует двух переходов или изменения сигнала для каждого бита.

Вывод: RZ-код требует вдвое больше битовой скорости по сравнению с обычным кодом. Код данного типа используется в автоматизированных системах, построенных на базе локальных вычислительных сетей, а также при использовании и применении лазерной и оптоволоконной технологии.

Манчестерский код обеспечивает изменение состояния сигнала при представлении каждого бита. Манчестерский код как вид кода очень распространен, используется в настоящее время во многих системах передачи данных, в вычислительных сетях, автоматизированных системах и распределенных информационно-измерительных системах, а также в информационно-вычислительных комплексах.

Вывод: Это очень хороший синхронизирующий код. Как и RZ-код, манчестерский код требует удвоенной скорости передачи данных для передачи заданного количества битов.

Биполярный код - при представлении логической единицы использует импульсы различной полярности. При передаче данных с использованием этого кода в передаваемом сообщении содержатся длинные последовательности логического нуля.

Вывод: Элементы систем или сетей передачи данных, вычислительные сети при использовании данного кода лишены возможности синхронизировать с нулевыми битами, вследствие того, что имеет место отсутствие изменения состояния линии связи.

Потенциальный код 2B1Q - это код с четырьмя уровнями сигнала для кодирования данных. Название кода отражает его суть - каждые 2 бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q). Паре битов 00 соответствует потенциал +2,5 В, паре битов 01 соответствует потенциал + 0,833 В, паре 11- потенциал +0,833 В, а паре 10 - потенциал +2,5 В. При этом способе кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар битов, так как сигнал при этом превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании битов спектр сигнала в два раза уже, чем у кода NRZ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза.

Вывод: С помощью кода 2B1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода AMI или NRZI. Однако для его реализации мощность перадатчика должна быть выше, чтобы четыре уровня четко различались между собой.

Пример цифровых кодов получивших наиболее широкое распространение для передачи данных в сетях показан на рис. 47 [22].