Методы цифрового кодирования. Кодирование без возвращения к нулю NRZ

Лабораторная работа №3

Цель работы: Изучение методов цифрового кодирования сигналов на примере кода NRZ. Исследование процесса передачи данных на канальном уровне.

Подготовка к лабораторной работе:

1.  Повторить программирование в системе Mathcad.

2.  Изучить соответствующие разделы в литературе [1-3].

Краткая теория:

Для представления информации в телекоммуникационных системах используется двоичный код, нулям и единицам которого в вычислительной технике соответствуют дискретные электрические сигналы [1].

3.1.  Цифровое кодирование информации

Существуют различные способы представления двоичных чисел (рисунок 3.1):

·  потенциальный: единице соответствует один уровень напряжения, нулю – другой;

·  импульсный: для представления цифр используются импульсы различной полярности;

·  модуляция: дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую поддерживает имеющаяся линия связи.

Рисунок 3.1 – Примеры представления дискретной информации

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемый сигнал.

3.2.  Требования, предъявляемые к методу кодирования

На выбор метода кодирования влияют такие параметры как полоса канала связи, используемая кабельная система, скорость передачи данных и др. Таким образом, для оптимального кодирования нужно стремиться к достижению одновременно нескольких целей:

1.  Минимизировать ширину спектра сигнала, полученного в результате кодирования.

2.  Обеспечить синхронизацию между приемником и передатчиком.

3.  Обеспечить устойчивость к шумам.

4.  Обнаруживать и исправлять битовые ошибки.

5.  Минимизировать мощность передатчика.

Для достижения этих целей при кодировании должны выполняться определенные требования:

1.  Малая полоса цифрового сигнала для возможности передачи большого объема данных по имеющемуся физическому каналу.

2.  Невысокий уровень постоянного напряжения в линии.

3.  Достаточно высокие перепады напряжения для возможности использования сигнальных импульсов (переходов напряжения) для синхронизации приемника и передатчика без добавления в поток сигналов дополнительной информации.

4.  Неполяризованный сигнал для того, чтобы можно было не обращать внимания на полярность подключения проводников в каждой паре.

3.3.  Кодирование без возвращения к нулю

Рисунок 3.1 иллюстрирует метод потенциального кодирования, называемый кодирование без возвращения к нулю (NRZ - Non Return to Zero). Название означает, что при передаче последовательности единиц сигнал, в отличие от других методов кодирования, не возвращается к нулю в течение такта.

Рисунок 3.1 – Код NRZ

Ноль кодируется напряжением +1В, единица кодируется напряжением 0В.

К достоинствам метода NRZ можно отнести следующее:

§  простота реализации;

§  хорошая распознаваемость ошибок (благодаря наличию двух резко отличающихся потенциалов);

§  сравнительно узкий спектр.

Теперь недостатки метода NRZ:

§  метод не обладает свойством самосинхронизации. Даже при наличии высокоточного тактового генератора приёмник может ошибиться с выбором момента съёма данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях нулей или единиц небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения такта;

§  наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к постоянному сигналу при передаче длинных последовательностей единиц или нулей;

§  сигнал является поляризованным.

Из-за этих недостатков в сетях код NRZ в основном используется в виде