Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
7
Добавлен:
15.06.2014
Размер:
229.68 Кб
Скачать

связь и сетевые технологии

Синхронизация передачи данных:

биполярном кодировании, при та

 

 

способы кодирования

кой же амплитуде сигнала, равной

А (рис. 2, б)!

 

 

 

Во вторых, униполярные сигналы

Мы начинаем публикацию избранных глав из новой книги

всегда

содержат постоянную со

ставляющую и значительную долю

«Компоненты телекоммуникационных систем. Анализ инженерных

низкочастотных компонентов в спек

решений», которую в настоящее время готовит к печати

тре при передаче длинных последо

издательство «Эко Трендз». Книга написана известным практически

вательностей единиц. Это препятст

каждому, кто занимается цифровой электроникой, автором

вует передаче сигналов через транс

Борисом Владимировичем Шевкоплясом в соавторстве

форматоры или конденсаторы.

с С. М. Сухманом и А. В. Берновым. В ней рассмотрены примеры

В третьих, ретрансляторы и при

построения телекоммуникационных систем, отдельных устройств

емники надежно восстанавливают

синхронизирующую

временную

и их составных частей. В ближайших номерах мы планируем

сетку

только тогда,

когда паузы

опубликовать три главы этой книги, представляющие, на наш

между

изменениями

сигнала не

взгляд, наибольший интерес для подготовленных читателей. Первая

слишком велики. Изменение сигна

них посвящена рассмотрению способов кодирования сигнала при

ла после незначительной паузы

передаче, вторая — вопросам выделения синхросигнала и данных

позволяет всякий раз корректиро

из канала связи, а третья — рассмотрению практических решений

вать «ход часов» ретранслятора или

синхронизации передачи данных.

 

приемника. С увеличением паузы

Основные методы

 

надежность «службы времени» па

Алгоритмы работы передатчика,

дает. Например, после передачи

кодирования цифровой

ретранслятора и приемника опре

серии из 10 тыс. нулей приемник,

информации

деляются выбранным кодом, пред

вероятнее всего, не сможет точно

для ее передачи

назначенным для передачи по ли

определить, находится ли последу

по последовательным

нии, который называют линейным

ющая единица на позиции 9999,

кодом.

10000 или 10001. То же относится

каналам связи

Униполярный код NRZ

и к передаче длинных цепочек из

 

 

Простейшим линейным кодом яв

лог. 1. Другими словами, при пере

Структура последовательного

ляется униполярный код типа NRZ

даче достаточно большой последо

канала связи

(Non Return to Zero), который иллю

вательности нулей или единиц при

Передача информации между до

стрирует рис. 2, а. В этом коде нули

емник (или ретранслятор) теряет

статочно удаленными устройствами

представлены отсутствием импуль

синхронизацию с передатчиком

требует представления ее в виде по

са (напряжение, близкое нулю),

(или ретранслятором).

следовательного потока битов, ха

а единицы — наличием импульса

И последний, четвертый недоста

рактеристики которого зависят от

(некоторое положительное напря

ток — отсутствие возможности опе

особенностей конкретной системы.

жение).

ративной регистрации ошибок, та

Физической основой такой системы

Этот код имеет четыре недостат

ких как пропадание или появление

является линия связи, которая обыч

ка. Во первых, средняя мощность,

лишних импульсов из за помех.

но выполнена в виде витой пары про

выделяемая на нагрузочном рези

Биполярный код NRZ

водов, коаксиального кабеля либо

сторе R (на рисунке не показан),

Биполярный сигнал NRZ (рис. 2, б)

оптического световода.

равна А2/2R, где А — амплитуда

обладает лучшими энергетическими

В зависимости от расстояния

импульса напряжения. Число 2

характеристиками. Единица пред

данные, передаваемые по линии,

в знаменателе дроби соответству

ставлена положительным уровнем

могут однократно или многократ

ет равновероятному появлению

напряжения, нуль — отрицатель

но подвергаться ретрансляции

лог. 0 и лог. 1 в потоке данных. Ре

ным. Нагрузочный резистор R в дан

с целью восстановления амплиту

зультат неутешительный. Резистор

ном случае постоянно рассеивает

ды и временных характеристик

R рассеивает тепловую энергию

тепло, так как на нем, независимо от

(рис. 1) [1].

в два раза интенсивнее, чем при

передаваемого кода, присутствует

Рис. 1. Структура типового последовательного канала связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

связь и сетевые технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приходится платить удвоением тре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

буемой частотной полосы связной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аппаратуры. Поэтому код «Манчес

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тер II» широко используется там,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где частотные ограничения не явля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ются определяющими.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Код AMI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Второй способ введения избы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

точности связан с

добавлением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дополнительных

электрических

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уровней, в простейшем случае —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

третьего, «нулевого» уровня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2, г приведена форма сиг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нала с попеременной инверсией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

знака, так называемого AMI сигна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ла (Alternative Mark Inversion). Нули

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кодируются отсутствием импуль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сов, а единицы — попеременно по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ложительными и отрицательными

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

импульсами. Постоянная составля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ющая сигнала AMI равна нулю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поэтому при передаче длинной по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следовательности единиц синхро

Рис. 2. Передача информации с помощью наиболее распространенных линейных

низация не теряется. Но синхрони

кодов: а — униполярный код NRZ; б — биполярный код NRZ; в — код «Манчестер9II»; г

зация нарушается при передаче

— код AMI; д — код B3ZS; е — код B6ZS; ж — код HDB3; затемненными

 

 

длинной последовательности ну

прямоугольниками выделены «заготовки»

 

 

 

 

 

лей, как и в коде NRZ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обнаруживаются ошибки, наруша

напряжение А/2 той или иной поляр

обходимости изменяет значение,

ющие правильную последователь

ности. Средняя мощность, выделяе

«готовясь» к отображению очеред

ность знакочередующихся сигналов.

мая на нагрузочном резисторе, рав

ного бита в середине следующего

Коды BNZS, HDB3

на (А/2)2/R = А2/4R, то есть половине

битового интервала.

 

Потеря синхронизации при пере

средней

мощности

униполярного

С помощью кода «Манчестер II»

даче длинной последовательности

сигнала, хотя перепад уровней тот

решаются сразу все отмеченные

нулей предотвращается таким об

же самый.

 

 

 

ранее проблемы. Поскольку число

разом: цепочки нулей передатчик

Таким

образом,

первый

из

положительных и отрицательных

заменяет определенными «заго

отмеченных

ранее

недостатков

импульсов на любом достаточно

товками», которые представляют

униполярного сигнала NRZ в ка

большом отрезке времени равно

собой «куски» стандартных времен

кой то мере удалось устранить.

или отличается не более чем на

ных диаграмм. Коды AMI, в которых

Но остальные три недостатка со

один импульс, что не имеет значе

цепочка из N нулей заменяется оп

храняются. Для их ликвидации не

ния,

постоянная

составляющая

ределенной подстановкой, называ

обходимо введение избыточности

равна нулю.

 

 

 

ются BNZS кодами (Bipolar with N

одним из двух способов:

 

Подстройка часов приемника или

Zeroes Substitution).

 

1) скорость передачи сигналов по

ретранслятора производится при

В коде B3ZS (рис. 2, д) каждые

линии выбирается большей, чем

передаче каждого бита, т. е. снима

три последовательно расположен

скорость

передачи

информации

ется проблема потери синхрониза

ные нуля подменяются либо комби

без использования дополнитель

ции при передаче длинных цепочек

нацией B0V, либо

00V. Символ

ных электрических уровней сигна

нулей или единиц.

 

 

В обозначает импульс, который от

лов;

 

 

 

 

Спектр сигнала содержит только

вечает правилам кодирования AMI.

2) скорость передачи сигналов по

две логические составляющие: F

Символ V обозначает импульс, ко

линии выбирается равной скорости

и 2F, где F — скорость передачи ин

торый нарушает правила кодирова

передачи информации, но вводят

формационных

битов.

Наличие

ния AMI (совпадает по полярности

ся дополнительные электрические

только двух (а не трех или более)

с предыдущим).

 

уровни сигналов.

 

 

электрических

уровней

сигнала

Выбор одной из этих двух «заго

Код «Манчестер II»

 

позволяет надежно их распозна

товок» производится так, чтобы, во

Примером кода с избыточностью,

вать

(хорошая

помехозащищен

первых, число импульсов В между

введенной согласно только что упо

ность).

 

 

 

двумя последовательно располо

мянутому первому способу, являет

Критерием ошибки может являть

женными импульсами V было не

ся код «Манчестер II». Форма бипо

ся «замораживание» сигнала на

четным, а во вторых, чтобы поляр

лярного сигнала при передаче кода

одном уровне на время, превышаю

ность импульсов V чередовалась.

«Манчестер II» показана на рис. 2, в.

щее время передачи одного ин

В коде B6ZS (рис. 2, е) каждые

Единица кодируется отрицательным

формационного бита, поскольку,

шесть последовательных нулей под

перепадом сигнала в середине би

независимо от передаваемого ко

меняются комбинацией 0VB0VB.

тового интервала, нуль — положи

да,

сигнал всегда

«колеблется»

Коды BNZS получили широкое

тельным перепадом. На границах

и никогда не «замирает». Но за эти

распространение в компьютерных

битовых интервалов сигнал при не

чрезвычайно полезные

качества

сетях США и Канады: линии Т1 —

связь и сетевые технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ный логической схемой L1 в преды

 

 

 

 

дущем битовом интервале. С не

 

 

 

 

значительной

задержкой, доста

 

 

 

 

точной для надежной фиксации ко

 

 

 

 

да в регистре RG1, на вход

Рис. 3. Временная диаграмма сигнала в линии

передатчика подается очередной

 

 

 

 

бит DATA. Далее на протяжении би

1,544 Мбит/с, Т1С — 3,152 Мбит/с,

спектра сигнала. Напомним, что код

тового интервала на входах логиче

LD 4 — 274,176 Мбит/с, Т4 —

«Манчестер II» имеет ограниченную

ской схемы L1 присутствует резуль

274,176 Мбит/с. В странах Запад

область применения. Да и его деши

тат обработки предыдущего бита

ной Европы широко используется

фрация сравнительно сложна.

(код, отображающий предыдущее

код HDB3 для работы на скоростях

В системе передачи данных при

состояние передатчика) и очеред

2,048 и 8,448 Мбит/с. Этот код

менено трехуровневое кодирова

ной бит данных. Логическая схема

очень похож на BNZS, поскольку

ние сигнала. Как и в других кодах,

L1 на основе анализа входной ком

максимально допустимое число ну

между двумя проводами линии мо

бинации сигналов формирует двух

лей, стоящих в цепочке, равно трем.

жет присутствовать отрицательное,

разрядный код, который определя

Каждые четыре последовательно

нулевое или положительное напря

ет новое состояние передатчика.

расположенных нуля подменяются

жение, сокращенно U = –1, U = 0,

В зависимости от сочетания сигна

комбинацией 000V либо B00V. Вы

U = +1. Но данное решение инте

лов на выходе логической схемы L1

бор той или иной комбинации про

ресно тем, что созданы «гарантии»

формирователь S трехуровневого

изводится так, чтобы, во первых,

изменения уровня сигнала при пе

сигнала выдает в провода линии ну

число импульсов В между двумя по

реходе от одного битового интер

левое, положительное или отрица

следовательными импульсами V

вала к другому независимо от вида

тельное напряжение.

было нечетным и, во вторых, чтобы

передаваемой последовательности

Переходы передатчика между

полярность импульсов V чередова

битов, что подтверждается времен

тремя возможными состояниями

лась (рис. 2, ж).

 

ной диаграммой на рис. 3.

можно проследить по диаграмме,

Существуют также другие рас

В этой диаграмме встречаются

приведенной на рис. 5.

пространенные

коды, такие как

все сочетания соседних битов (00,

Передатчик

может находиться

CMI, PST, 4B3T и т. п. Все они явля

01, 10, 11) и их однородные цепоч

в трех состояниях, выделенных на

ются разновидностями кодов AMI

ки (1111 и 000). Тем не менее сиг

рис. 5 кружками. Эти состояния

и созданы с целью минимизации

нал всегда изменяется при перехо

обозначены в соответствии с при

требований к полосе пропускания

де от одного битового интервала

нятыми ранее сокращениями.

каналов связи и увеличения обна

к другому. На первый взгляд, неяс

Стрелками обозначены переходы

руживающей способности по отно

но, каким образом был достигнут

из одного состояния в другое. Циф

шению к ошибкам при передаче ин

столь примечательный результат.

ра 0 или 1 около стрелки соответст

формации.

 

Но вскоре мы убедимся, что прави

вует

значению очередного бита

Трехуровневое кодирование

ла кодирования и декодирования

DATA. Из рис. 5 следует, что при пе

сигнала с гарантированным

очень просты.

редаче цепочки битов 111...1 траек

изменением уровней между

Как следует из рис. 4, передатчик

тория переходов по диаграмме со

соседними битовыми

содержит двухразрядный регистр

ответствует движению по часовой

интервалами

 

RG1, логическую схему L1 и форми

стрелке, а при передаче цепочки

Как следует из вышесказанного,

рователь S трехуровневого сигна

000...0 — движению в обратном на

для

надежного

восстановления

ла. Приемник содержит преобразо

правлении. Передача «случайных»

«синхросетки» приемником жела

ватель R трехуровневого сигнала

данных сопровождается «блуждани

тельно так закодировать данные,

в двухуровневые (лог. 0, лог. 1),

ем» между тремя состояниями. Сле

чтобы сигнал изменялся как можно

двухразрядный регистр RG2 и логи

довательно, не бывает ситуаций,

чаще, в идеальном случае — в каж

ческую схему L2.

при которых одно и то же состояние

дом битовом интервале. Эта цель,

В начале очередного битового

повторяется в соседних тактах.

как было показано, достигается при

интервала по фронту синхросигна

Преобразователь R трехуровне

использовании кода «Манчестер II»

ла CLK в регистре RG1 фиксируется

вого

сигнала

в

двухуровневые

(и подобных ему) ценой расширения

двухразрядный код, сформирован

(рис. 4) формирует двухразрядный

Рис. 4. Система передачи данных

связь и сетевые технологии

Рис. 5. Диаграмма состояний передатчика

 

 

Рис. 6. Диаграмма состояний приемника

 

 

 

 

 

 

код текущего

состояния сигнала

Предположим, что ранее приня

недопустимо. Чтобы избежать это

в линии и выделяет синхросигнал на

тое и текущее состояния треху

го, можно применить скремблиро

основе регистрации фронтов им

ровневого сигнала соответствуют

вание данных на входе передатчика

пульсов. В начале очередного бито

показанным на рис. 6. Непосред

и их дескремблирование на выходе

вого интервала в регистре RG2 фик

ственный переход между этими

приемника. Напомним, что приме

сируется

предыдущее состояние

состояниями возможен только при

нение этих операций позволяет по

линии, так что логическая схема L2

приеме единичного бита. Поэтому

лучить «псевдослучайный» поток

оперирует предыдущим и текущим

на выходе логической схемы L2

битов, в котором устранены неже

состояниями трехуровневого сиг

формируется сигнал DATA' = 1.

лательные закономерности их че

нала. В зависимости от их комбина

Особенность этой схемы кодиро

редования.

ции можно сделать однозначный

вания/декодирования состоит в том,

Борис Шевкопляс,

вывод о том, какой бит (лог. 0 или

что при передаче цепочки битов ви

Сергей Сухман,

лог. 1) поступил на вход приемника.

да 010101... в зависимости от пре

Аркадий Бернов,

Декодирование сигналов в при

дыстории может случиться так, что

borissh@zelmail.ru

емнике поясняется той же диа

все импульсы будут иметь одинако

www.zelax.ru

граммой,

что

и предыдущая,

вую полярность. Это означает, что

АО Зелакс

но с несколько иной интерпрета

в сигнале появится постоянная со

Продолжение следует

цией событий (рис. 6).

ставляющая, что для многих систем

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в папке 24-26