Структурное подразделение федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего профессионального образования«Петербургский государственный университет путей сообщения»
Указания для выполнения
Практической работы № 2
«Сравнение методов цифрового кодирования»
По дисциплине «Системы передачи данных»
Санкт-Петербург
Цель работы: изучить основные методы цифрового кодирования с учетом предъявленных требований.
Содержание отчета:
- знать основы цифрового кодирования;
- пояснить особенности цифровых сигналов;
- обосновать требования к методам цифрового кодирования;
- отличать представленные методы, знать их достоинства и недостатки, области применения и построение.
Общие сведения
Цифровое кодирование
При цифровом кодировании дискретных данных применяются потенциальные и импульсные коды. В потенциальных кодах для представления двоичных единиц и нулей используется разные значения потенциала сигнала, а в импульсных кодах - импульсы разной полярности или же перепады потенциала в разном направлении.
Требования к методам цифрового кодирования
Методы цифрового кодирования оказывают существенное влияние на качество передачи дискретных данных (надёжность и достоверностьдоставки сообщений, возможность обнаружения и исправления ошибок,стоимость реализации) и в значительной мере определяют требуемуюпропускную способность среды передачи.
В связи с этим, к методам цифрового кодирования предъявляются следующие требования (рис.2):
• минимизация спектра результирующего сигнала при одной и тойже битовой скорости;
• поддержка синхронизации между передатчиком и приёмникомсигналов за счёт наличия свойства самосинхронизации;
• отсутствие постоянной составляющей;
• возможность обнаружения ошибок и их исправления;
• низкая стоимость реализации метода кодирования.
Рис. 2. Требования к методам цифрового кодирования
Минимизация спектра результирующего сигнала позволяет при одной и той же полосе пропускания канала связи передавать большийобъем данных за единицу времени, например, за счёт частотногомультиплексирования и организации нескольких логических каналов водной и той же линии связи, что обеспечивает более высокую скоростьпередачи данных.
Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требованиеотсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного токамежду передатчиком и приемником, поскольку применение различныхтрансформаторных схем гальванической развязки в электрических линияхсвязи препятствует прохождению постоянного тока.
Спектр результирующего сигнала зависит от:
• метода кодирования (модуляции);
• скорости модуляции, определяющей скорость передачи данных:
• состава передаваемых данных.
Поддержка синхронизации между передатчиком и приёмникомсигналов для определения момента считывания в приёмнике значенияочередного битового интервала может быть реализована за счётприменения самосинхронизирующихся методов кодирования. Указанием для синхронизации приемника с передатчиком в этих методах может служить любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт.
Отсутствие постоянной составляющей необходимо для поддержки синхронизации приёмника с передатчиком, а также для того, чтобы нижняя частота кодированного сигнала как можно больше отличалась от нуля, что, соответственно, уменьшает спектр сигнала и не препятствует прохождению постоянного тока при наличии трансформаторных схем гальванической развязки в электрических линиях связи.
Возможность обнаружения ошибок и их исправления - желательное, но не обязательное требование, предъявляемое к методам кодирования. Обнаружение ошибки на физическом уровне экономит время, так как приёмник отбрасывает ошибочный кадр, не ожидая полного его приёма в буфер.
Низкая стоимость реализации метода кодирования связана с количеством уровней сигнала - чем больше уровней сигнала, тем выше стоимость реализации. Это обусловлено необходимостью применения более мощного и, следовательно, более дорогого приёмно-передающего оборудования.
Требования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже методов цифрового кодирования по сравнению с другими обладает своими достоинствами и недостатками.