Кодирование информации. Существуют два основных способа передачи битовой последовательности по фи­зическому каналу:

Существуют два основных способа передачи битовой последовательности по фи­зическому каналу:

- посылка бит в линию в непосредственном или закодированном виде при сохра­нении цифрового характера данных;

- модуляция несущей по амплитуде/частоте/фазе и передача модулированного сигнала.

Непосредственный способ передачи цифровых данных является наиболее про­стым. При непосредственном кодировании, например, уровень напряжения 0 В пред­ставляет логический "0", а +10 В — логическую "1" (рис. 4.9 а). Говорят, что ноль со­ответствует покою, a единица — посылке или импульсу. Часто используется обратная кодировка — при "0" (или покое) линия находится под высо­ким напряжением, а "1" (посылке) соответствует низкий уровень напряжения. Ши­роко используется полярное кодирование — сигналы, соответствующие "0" и "1", имеют противоположные знаки по отношению в общей базе. Прямое, обратное и по­лярное кодирования называются кодированием без возвращения к нулю, так как в нем отсутствует обязательный переход к нулевому уровню. Последовательность единиц будет поддерживать линию при постоянном высоком или низком потенциале в соответствии с принятой схемой кодирования.

Метод кодирования без возвращения к нулю прост, но чувствителен к помехам и искажениям. Для компенсации затухания и искажений в линии на стороне прием­ника любое напряжение менее чем + 2 В интерпретируется как логический "0", а уров­ни выше +5 В воспринимаются как "1". Триггер Шмитта, настроен­ный на эти уровни, можно использовать для восстановления цифрового сигнала (рис.4.10.).

Однако при непосредственном применении кодированием без возвращения к нулю возникает еще одна существенная проблема. Приемник не может различить, где начинается и кон­чается каждый отдельный бит. Кроме того, если пере

датчик использует разные ско­рости, приемник не может сразу в начале передачи определить его скорость. Иными словами, чистое кодирование без возвращения к нулю не позволяет отличить отсутствие сообщения от последовательности несущих информацию нулей. Должен ли приходящий импульс рассматриваться как одна длинная или как две короткие единицы? Возможное реше­ние — предварять каждое сообщение преамбулой, т. е. последовательнос­тью чередующихся нулей и единиц, обеспечивающих синхронизацию передатчика и приемника. Однако при этом остается риск потери синхронизации в процессе пере­дачи данных и, соответственно, неправильной их интерпретации. Наконец, если все импульсы имеют одинаковую полярность, распределенная емкость линии ведет к на­коплению постоянного электрического потенциала.

Все указанные проблемы решаются при кодировании с возвращением к нулю (рис.4.9.б). В этом случае исходные данные комбинируются с сигналом синхронизации. Как и при прямом кодировании, здесь также определены два уровня потенциала, один из которых соответствует логическому нулю, а вто­рой — логической единице. Каждый бит начинается с определенного для его значе­ния уровня потенциала, а в середине каждого импульса осуществляется переход на нулевой уровень; фронт перехода используется для синхронизации приемника. При другом типе кодирования с возвращением к нулю применяются сигналы разной полярности (рис. 4.9 в). кодирование с возвращением к нулю требует в два раза более широкой полосы, чем кодировании без возвращения к нулю, а соответствующая электроника интерфейсных устройств гораздо сложнее, однако достоинства метода отодвигают эти недостатки на задний план.

Другой широко применяемый способ — это манчестерское или двухфазное коди­рование. При манчестерском кодировании каждый бит ко­дируется двумя уровнями напряжения с переходом в середине каждого импульса (бита). При прямом манчестерском кодировании бит "0" представляется переходом от уровня низкого напряжения к высокому, а бит" 1" — переходом от высокого уров­ня к низкому (рис. 4.9. г). Похожая схема используется при дифференциальном ман­честерском кодировании, при котором бит "0" представляется переходом уровня в начале каждого нового периода, а бит "1" — отсутствием такого перехода (рис. 4.9 д). При дифференциальном манчестерском кодировании код бита зависит от уровня на­пряжения второй половины предшествующего бита.

Манчестерское и дифференциальное манчестерское кодирования являются са­мосинхронизирующимися кодами (т. е. позволяют приемнику настроиться на пере­датчик без специальных синхросигналов) и имеют более высокую защиту от шума по сравнению с кодированием с возвращением к нулю. Как и для кодирования с возвращением к нулю ман­честерские схемы требуют в два раза более широкой полосы пропускания, чем кодировании без возвращения к нулю. Преимущество манчестерского кодирования в том, что оно ис­пользует два уровня напряжения вместо трех и соответствующая аппаратура проще, чем при кодировании с возвращением к нулю. Манчестерское кодирование широко применяется в ло­кальных сетях, например в Ethernet.

Существуют и другие схемы кодирования, но они применяются в основном для дальней и спутниковой связи, а не для управления производственными процессами и нами рассматриваться не будут.