Лекция №11. Проблема синхронизации передатчика и приемника. Примеры защищенные лвс управления для сложных технических систем
Кодирование бит информации. Непосредственный способ передачи цифровых данных. Код NRZ
Существует два основных способа передачи цифровых сообщений – битовых последовательностей по физическому каналу:
- посылка бит в линию непосредственно путем присвоения каждому биту информации соответствующего набора уровней электрических сигналов в ЛПИ (информационных импульсов),
-модуляцию несущей передаваемой информации либо по амплитуде, либо по фазе, либо по частоте и передача модулированного высокочастотного сигнала.
Последнее используется в основном в беспроводных сетях и радиоканалах.
В коде NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, а логической единице низкий или наоборот, так как это не принципиально. Уровни сигнала кроме того могут иметь разную или одинаковую полярность, что также не принципиально. Принципиально же то, что в течении передачи одного бита (битового интервале) не происходит изменения уровня напряжения т.е. переход от бита к биту одного уровня в этом способе кодирования никак не обозначается.
Достоинства кода NRZ – простая реализация, а также минимальная потребная пропускная способность канала передачи, так как при других способах кодирования бит внутри битового интервала проходит изменение уровня напряжения. Недостаток кода NRZ – возможность потери синхронизации приемника и передатчика при передаче длительных последовательностей бит информации одного уровня. Это ведет к потере целостности информации.
Проблема синхронизации передатчика и приемника
Имеется проблема синхронизации последовательного кода , связанная с сохранением целостности передаваемой информации:
например, если идет передача последовательностей нолей или единиц, приемник непосредственно по получаемой информации может определить границы битовых интервалов и определиться с количеством полученных подряд нолей и единиц только при определенном типе кодирования сообщений
Наиболее распространенные методы кодирования информации:
Для кодирования NRZ вся надежда на внутренние часы приемника и передатчика, по которым можно определить количество переданных подряд нолей или единиц, ориентируясь на время передачи сообщения.
Это можно сделать, если «часы приемника и передатчика» синхронны. Однако, это надежда разбивается возможной и допустимой рассинхронизацией «внутренних часов» передатчика и приемника.
Так, при длине пакета информации 12 000 бит (1500 байт) допустимое расхождение «часов» приемника и передатчика не должно составлять более 0.01 % что представляет довольно трудную инженерную задачу. При превышении этого уровня расхождение «часов» может превысить длительность одного или нескольких бит, что приводит к ошибке по числу принятых бит у приемника при передаче данных.
Передатчик и приемник в данном случае расположены в разных узлах ЛВС, работающих в различных условиях по питающему напряжению, температуре среды и т. п. Все это увеличивает возможный разброс частот задающих генераторов рассматриваемых узлов.
Пусть передатчик послал сообщение из L бит длительностью t1. Приемник его принял и для определения числа бит в нем «измерил» длительность сообщения. У приемника свой генератор временных меток- свои «часы» и длительность этого же сообщения он определил ,как t2 . С учетом сказанного t1 не равно t2. По значению t2 приемник определил число бит в полученном сообщении Lприн, равное
Lприн = t2/длительность одного бита
Учитывая, что длительность одного бита, определена протоколом сети и равна с точки «зрения» передатчика
Длительность одного бита = t1/L
Подставляя это значение в предыдущее выражение, имеем для нашего примера
Lприн=L*t1/t2=1,00001*L
Для сообщения длинной в L=10000 бит это приведет к определению приемником длины сообщения Lприн на один бит больше , чем отправил передатчик. Контрольные суммы не совпадут.
Во избежание потерь информации и не желая усложнять конструкцию генераторов импульсов узлов сети для синхронизации иногда применяют специальную линию, по которой в течении передачи информации постоянно передают синхросигналы, по которым приемник определяет границы принимаемых бит. Но этот способ синхронизации увеличивает количество проводов, подходящих к приемникам и передатчикам сигнала в устройствах абонентов сети.
В связи с этим код NRZ без дополнительных линий синхросигналов может быть использован только для передачи коротких сообщений. Например, длина сообщения в сети CAN не превышает 110 бит. Поэтому применение кода NRZ здесь вполне возможно.
Самосинхронизирующиеся коды. Код RZ. Манчестерский код.
Два остальных рассматриваемых нами способа кодирования (RZ и манчестерское кодирование) вводят изменение уровня сигнала на битовом интервале, что позволяет приемнику точно синхронизировать прием каждого бита и устранить угрозу целостности информации. В результате расхождения «внутренних часов» приемника и передатчика уже не имеет значения и приемник может надежно принимать последовательность битов любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующиеся. За это приходится платить, код RZ требует в двое большей полосы пропускания канала при той же скорости передачи данных, так как на один битовой интервал приходится два изменения уровня сигнала.
Наличие трех уровней сигнала усложняет передатчик и приемник при кодировании RZ. Самосинхронизирующийся манчестерский код широко применяется в локальных сетях. В отличии от кода RZ он имеет не три, а два уровня. Логическому нулю соответствует отрицательный переход в центре битового интервала.
а логическая единице положительный переход. (возможно и наоборот).
Таким образом, логический ноль отличается от логической единицы фазой сигнала.
Код фазоманипулированный
Фазовая манипуляция всегда более помехоустойчивая чем амплитудная и поэтому код манчестер II обладает повышенной помехоустойчевостью по сравнению с NRZ и RZ.