1 0 1 0 0 0 1 1 0 1

"tl о 1 о о о 1 10 1

и"\ 0 1 0 0 0 1 1 0 1

Li t

"1 0 1 0 0 0 1 1 0 1

Рис. 9.6. Способы цифрового кодирования; а - прямое двоичное без возвращения к пулю (NRZ); б - прямое двоичное с возвранюпием к пулю (RZ); в - трехуровневое с возвращением к пулю; i-d ~ манчестерское (г) и дифферегнщальпое манчестерское (5) кодирование.

Знагпте опоргюго уровня (нуля) нсюбходимо только при трехуровневом кодировании; в оста-льпых случаях для распознавания соответствуюнщх данных абсолютный уро-вегп, сигнала пе играет роли

входной сигнал

-е5В

выходной сигнал

логическая" X логический "А"

Рис. 9.7. Пороговые значения для триггера Ш.митта

Однако при иепосредствеииом примеиении NRZ-кодирования возникает еше одна существецная проблема. Приемник не может различить, где начинается и кончается каждый отдельный бит. Кро.ме того, если передатчик использует разные скорости, приемник не может сразу в начале передачи определить его скорость. Иными словами, чистое NRZ-кодирование не позволяет отличить отсутствие сообщения от последовательности несунтх игк}юрмацию нулей. Должен ли приходяни-1й импульс рассматриваться как одна длинная или как две короткие единицы? Возможное решение предваряль каждое сообщение преамбулой {preamble), т. е. последова-гельнос-1ью чередующихся нулей и едитш, обеспечиваюп1Их синхронизацию передатчикаи

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 (Return to Zero -- RZ) (рис. 9.6 б). В этом случае исходные данные комбинируются с сигналом сШ1хронизации. Как и при прямом кодировапии, здесь также определены два уровня потенциала, один из кспорых соответствует логическому нулю, а второй - логической единице. Каждый бит начинается с определенного для его значения уровня потенциала, а в середине каждого импульса осуществляется переход па нулевой уровень; (фронт перехода используется для синхронизации приемника. 11ри .ipyroM типе RZ-кодирования применяются сигна7нд разной полярности (рис. 9.6 в). RZ-кодирование требует в два раза более нпгрокой полосы, чем NRZ-кодировапие, ,ко()Тветствуюн1ая электроника интерфейсных устройств гораздо сложнее, однако .юстоинства метода отодвигают эти недостатки на задний план.

Другой ппгроко применяемый способ - это манчестерское или двухфазное кодирование (Bi-phase Level - BiO-L). 11ри манчестерском кодировании каждый бит кодируется двумя уровнями напряжения с переходом в середине каждого импульса (бита). При прямом манчестерском кодировании бит "О" представляется переходом зтуровгш гнгзкого напряжения к высокому, а бит "1" - переходом от высокого уровня к низкому (рис. 9.6 г). 11охожая схема используется при дифсференциальпом ман-lecTcpcKOM кодировании, при котором бит "О" представляется переходом уровня вначале каждого нового периода, а бит "1" - отсутствием такого перехода (рис. 9.6 д). При дифференциальном .манчестерском кодировагти код бита зависит от уровня гш-пряжепия второй половины предиюствующегобита.

.Манчестерское и дифференциальное манчестерское кодирования являются са-чосиихрогшзируюппчмися кодами (т. е. позволяют приемнику настроиться па нере-затчнк без специальпых синхросигналов) и имеют более высокую защиту от Н1ума по фавнению с RZ-кодированием. Как и для кодирования с возвращением к пулю мап-шерские схемы требуют в два раза более нпгрокой полосы пропускания, чем .VRZ-кодировапие. Преимущество манчестерского кодирования в том, что оно использует два уровня гшпряжения вместо трех и соответствующая аппаратура nponie, чем при RZ-кодировапии. Манчестерское кодирование широко применяется в локальных сетях, например в Ethernet.

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

Э.3.4. Модуляция несущей

Модуляция несущей {canier modulation) используется для согласования ипфор-lauHOHHOro сигнала с линией, по кспорой он передается. Модуляция представляет обой изменение некоторых параметров (амплитуды, частоты, фазы) высокочастсп-Чой несущей как функции исходного ипсфор.мациопгюго сигнала; в качестве несущей "спользуется высокочастотный синусоида-чьпый или импульсный сигнал. Приник выделяет исходный сигнал из модулированного. Различные тины модуляции Ределяются типом несущей и процедурой .модуляции. Частота несуН1ей можсгг

изменяться в пшроком диапазоне - стандартные модемы для передачи данных по обычным телефонным линиям (раздел 9.8.1) работают, например, при частотах вдиа-пазоне 800-2500 Гц, а для передачи по ипфокополоспому кабелю песутая частотамо-жет достигать 500 МГц.

Амплитудная модуляция (ЛМ, Amplitude Modulation - ЛМ) редко используется при передаче цифровых данных. Более распространены частотная (ЧМ, Frequenq Modulation - FM) и фазовая модуляция (ФМ, Phase Modulation - РМ). При при.мс-пении каждого из видов модуляции соответствующий параметр несущей изменяется как функция входного сигнала. При амплитудной модуляции каждый уровень напряжения исходного сигнала ссютветствует определенной амплитуде несущей, при частотной модуляции - частоте в определенном диапазоне, а при фазовой - определенному фазовому сдвигу несущего сигнала.

Когда несущая модулируется цифровым сигналом, модуляции называются а.мп-литулпой манипуляцией (АМп, Amplitude Shift Keying - Л5К), частотгюй манипуляцией (ЧМн, Frequency Shift Keying - I-SK) и фазовой манипуляцией (ФМн, Phm Shift Keying - PSK) соответственно. Из этих трех методов фазовая .манипуляция наиболее устойчива к помехам, т. е. для одного и того же отпонюния сигна.л/шумка фазпо-мапипулироваппый сигнал помехи оказывают меньшее влияние, че.м наамп-литулпо- или частотпо-манипулированный сигнал.

Модуляция несуп1ей не должна точно следовать цифровому входному сигналу Изменение некоторого параметра несущей частоты можно связать с последовательностью из нескольких бит, а не только с одним битом. Это позволяет передавать больше ипформации на той же несущей частоте. Например, при фазовой модуляции можно использовать непосредствеппое соответствие: "О" фазовый сдвиг - 0° и "1" - 180 В другом варианте битовые последовательности 00, 01, 10, И могут кодироваться фазовыми сдвигами в 0°, 90°, 180° и 270° соответственно. При этом тот же сигнал несет двойной объем данных. Более сло.жпой является къищ)атурно-г\тлтуа\шт-п.уля\хл\я {Quadrature Amplitude Modulation, ЦЛМ), при которой амплитудная и фазовая модуляции сочетаются для передачи нескольких бит в соответствии с каждым изменением огибающей несущего сигнала.

Число измецепий в секунду одного из параметров несущей называется сигналь-ггой скоростью или скоростью передачи в болах {Baud rate). 11опятия скорости передачи в битах и в болах часто путают. Они совпадают лишь в случае, когда пъжптй-модулируемого параметра соответствует одному биту, т. е. когда несущая може! иметь лини, два состоягптя, каждое из которых соответствует "О" или "1", Прг. ЦЛМ-модуляции, например, комбинированные изменения амплитуды ифазымог}" соответствовать четырем бита,м, и битовая скорость в четыре раза вьнне, чем скоросгг в болах. Скорость в бодах неудобна как практическая мера скорости передачи, поскольку она требует дополпительпо указать метод кодирования; реальный интepe представляет скорость в битах.

Произвольно увеличить пропускную способность с помощью мультибитного кодп-роваштя и квадратурно-амплитудной моду.ляиии нельзя. Исходя из выражения (9.2* при исиользовагпти четырех значегнпт фазового сдвига число символов V увеличиваете! с 2 до 4. Для обработки соответствующих сигналов требуется более сложное оборулов* ние, а передавае.\П)1е сигналы становятся более чувстветелыид к шуму. Для каяст НИИ при известной полосе пропускания, постоянном уровне шума и заданной нес» частоте существует опти.ма;И)Ная скорость передачи данных. Попытка превыс1Г-