Аналоговое и цифровое кодирование данных.

Пересыл­ка данных от одного узла ТКС к другому осуществляется последова­тельной передачей всех битов сообщения от источника к пункту на­значения. Физически информационные биты передаются в виде ана­логовых или цифровых электрических сигналов. Аналоговыми называются сигналы, которые могут представлять бесчисленное ко­личество значений некоторой величины в пределах ограниченного ди­апазона. Цифровые (дискретные) сигналы могут иметь одно значе­ние или конечный набор значений. При работе с аналоговыми сигна­лами для передачи закодированных данных используется аналоговый несущий сигнал синусоидальной формы, а при работе с цифровыми сигналами — двухуровневый дискретный сигнал. Аналоговые сигна­лы менее чувствительны к искажению, обусловленному затуханием в передающей среде, зато кодирование и декодирование данных проще осуществляется для цифровых сигналов.

Аналоговое кодирование применяется при передаче цифровых дан­ных по телефонным (аналоговым) линиям связи, доминирующим в региональных и глобальных ТВС и изначально ориентированным на передачу акустических сигналов (речи). Перед передачей цифровые данные, поступающие обычно из ЭВМ, преобразуются в аналоговую форму с помощью модулятора-демодулятора (модема), обеспечиваю­щего цифро-аналоговый интерфейс.

Возможны три способа преобразования цифровых данных в ана­логовую форму или три метода модуляции:

• амплитудная модуляция, когда меняется только амплитуда несушей синусоидальных колебаний в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов: например, при передаче еди-. ницы амплитуда колебаний устанавливается большой, а при пере­даче нуля — малой либо сигнал несущей вообще отсутствует; » частотная модуляция, когда под действием модулирующих сигна­лов (передаваемых информационных битов) меняется только частота несущей синусоидальных колебаний: например, при передаче нуля — низкая, а при передаче единицы — высокая; • фазовая модуляция, когда в соответствии с последовательностью передаваемых информационных битов изменяется только фаза несущей синусоидальных колебаний: при переходе от сигнала 1 к сигналу 0 или наоборот фаза меняется на 180°. Передающий модем преобразует (модулирует) сигнал несущей синусоидальных колебаний (амплитуду, частоту или фазу) таким образом, чтобы он мог нести модулирующий сигнал, т.е. цифровые данные от ЭВМ или терминала. Обратное преобразование (демоду­ляция) осуществляется принимающим модемом. В соответствии с ре­ализуемым методом модуляции различают модемы с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией. Наибольшее распространение по­лучили частотная и амплитудная модуляции.

Аналоговый способ передачи цифровых данных обеспечивает широкополосную передачу путем использования в одном канале сиг­налов различных несущих частот. Это обеспечивает взаимодействие большого количества абонентов (каждая пара абонентов работает на своей частоте).

Цифровое кодирование цифровых данных выполняется напрямую, путем изменения уровней сигналов, несущих информацию.

Например, если в ЭВМ цифровые данные представляются сигна­лами уровней: 5 В — для кода 1 и 0,2 В — для кода 0, то при передаче этих данных в линию связи уровни сигналов преобразуются соответ­ственно в +12 Вив -12 В. Такое кодирование осуществляется, в час­тности, с помощью асинхронных последовательных адаптеров RS-232-С при передаче цифровых данных от одного компьютера к друго­му на небольшие (десятки и сотни метров) расстояния.

Цифровой способ передачи является узкополосным, цифровые дан­ные передаются в их естественном виде на единой частоте.

Синхронизация элементов ТКС. Синхронизация — это часть про­токола связи. В процессе синхронизации связи обеспечивается синх­ронная работа аппаратуры приемника и передатчика, при которой приемник осуществляет выборку поступающих информационных битов (т.е. замер уровня сигнала в линии связи) строго в моменты их прихода. Синхросигналы настраивают приемник на передаваемое сообщение еще до его прихода и поддерживают синхронизацию при­емника с приходящими битами данных.

В зависимости от способов решения проблемы синхронизации раз­личают синхронную передачу, асинхронную передачу и передачу с автоподстройкой.

Синхронная передача отличается наличием дополнительной линии связи (кроме основной, по которой передаются данные) для передачи синхронизирующих импульсов (СИ) стабильной частоты. Каждый СИ подстраивает приемник. Выдача битов данных в линию связи пере-

датчиком и выборка информационных сигналов приемником произ­водятся в моменты появления СИ. В синхронной передаче синхрони­зация осуществляется весьма надежно, однако это достигается доро­гой ценой — необходимостью дополнительной линии связи.

Асинхронная передача не требует дополнительной линии связи. Передача данных осуществляется небольшими блоками фиксирован­ной длины (обычно байтами). Синхронизация приемника достигается тем, что перед каждым передаваемым байтом посылается дополни­тельный бит — стартбит, а после переданного байта — еще один до­полнительный бит — стопбит. Для синхронизации используется старт-бит. Такой способ синхронизации может использоваться только в сис­темах с низкими скоростями передачи данных.

Передача с автоподстройкой, также не требующая дополнитель­ной линии связи, применяется в современных высокоскоростных сис­темах передачи данных. Синхронизация достигается за счет исполь­зования самосинхронизирующих кодов (СК). Кодирование передава­емых данных с помощью СК заключается в том, чтобы обеспечить регулярные и частые изменения (переходы) уровней сигнала в кана­ле. Каждый переход уровня сигнала от высокого к низкому или на­оборот используется для подстройки приемника. Лучшими считают­ся такие СК, которые обеспечивают переход уровня сигнала не менее одного раза в течение интервала времени, необходимого на прием одного информационного бита. Чем чаще переходы уровня сигнала, тем надежнее осуществляется синхронизация приемника и увереннее производится идентификация принимаемых битов данных.

Наиболее распространенными являются следующие самосинхро­низирующие коды: NRZ-код (код без возвращения к нулю), RZ-код (код с возвращением к нулю), .манчестерский код, биполярный код с поочередной инверсией уровня (например, код AMI). На рис. 13.1 пред­ставлены схемы кодирования сообщения 0101100 с помощью этих СК,

Для характеристики и сравнительной оценки СК используются следующие показатели:

• уровень (качество) синхронизации;

• надежность (уверенность) распознавания и выделения принимае­мых информационных битов;

• требуемая скорость изменения уровня сигнала в линии связи при использовании СК, если пропускная способность линии задана;

• сложность (и, следовательно, стоимость) оборудования, реализую­щего СК.

NRZ-код отличается простотой кодирования и низкой стоимостью при его реализации. Однако при передаче серий одноименных битов (единиц или нулей) уровень сигнала остается неизменным для каждой серии, что существенно снижает качество синхронизации и надежность распознавания принимаемых битов (может произойти рассогласова­ние таймера приемника по отношению к поступающему сигналу.