Выбор способа кодирования

При выборе способа кодирования нужно одновременно стремиться к достиже­нию нескольких целей:

□ минимизировать ширину спектра сигнала, полученного в результате кодиро­вания;

□ обеспечивать синхронизацию между передатчиком и приемником;

□ обеспечивать устойчивость к шумам;

□ обнаруживать и по возможности исправлять битовые ошибки;

□ минимизировать мощность передатчика.

Более узкий спектр сигнала позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Спектр сигнала в общем случае зависит как от способа кодирования, так и от тактовой частоты передатчика. Пусть мы разработали два способа кодирования, причем в каждом такте передается один бит информации. Пусть также в первом способе ширина спектра сигнала F равна тактовой частоте смены сигналов f, то есть F = f, а второй способ дает зависимость F = 0,8f. Тогда при одной и той же полосе пропускания В первый способ позволит передавать данные со скоростью В бит/с, а второй (1/0,8)В = 1,25 В бит/с.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую порцию информа­ции с линии связи. При передаче дискретной информации время всегда разбива­ется на такты одинаковой длительности, и приемник старается считать новый сигнал в середине каждого такта, то есть синхронизировать свои действия с пе­редатчиком.

Проблема синхронизации в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами, например между блоками внутри компьютера или же между компьютером и принтером. На небольших расстояни­ях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи (рис. 9.7), так что информация снимается с линии данных только в момент при­хода тактового импульса. В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших рас­стояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствую­щего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирую­щих импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях.

Тактовые импульсы Рис. 9.7. Синхронизация приемника и передатчика на небольших расстояниях

 

В сетях для решения проблемы синхронизации применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды, сигналы которых несут для приемника указа­ния о том, в какой момент времени нужно осуществлять распознавание очеред­ного бита (или нескольких битов, если код ориентирован более чем на два со­стояния сигнала). Любой резкий перепад сигнала — фронт — может служить указанием на необходимость синхронизации приемника с передатчиком.

При использовании синусоид в качестве несущего сигнала результирующий код обладает свойством самосинхронизации, так как изменение амплитуды несущей частоты дает возможность приемнику определить момент очередного такта.

Распознавание и коррекцию искаженных данных сложно осуществить средствами физического уровня, поэтому чаще всего эту работу берут на себя протоколы, ле­жащие выше: канальный, сетевой, транспортный или прикладной. С другой сто­роны, распознавание ошибок на физическом уровне экономит время, так как приемник не ждет полного помещения кадра в буфер, а отбраковывает его сразу при распознавании ошибочных битов внутри кадра.

Требования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противо­речивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже популярных методов коди­рования обладает своими достоинствами и недостатками в сравнении с другими.