Белгілі кодтау кезеңінде

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 48 бет
Таңдаулыға:

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Сызықты манчестер кодын зерттеу

Мазмұны
Кіріспе

1 тарау. Сызықты Манчестер кодын зерттеудің жобалау бағытын таңдау және негіздеу

Сандық байланыс жүйелерінің элементтері

Байланыс арналарының моделі

Байланыс арнасының өткізу қасиеті

Манчестер кодтау

2 тарау. Құрылымдық деңгейде есептеу.

2.1. Сызықтық кодтарды кодтау және декодтау әдістері

2.2. Сызықтық кодтардың кодталу әдістері

2.3. Сызықтық кодтардың декодталу әдістері

2.4. Манчестер-2 код түрлендіргіші

3 тарау. Электр тізбегінің элементтерін таңдау

3.1. "Жоқ"логикалық элементтері

3.2. "2 ЖӘНЕ" логикалық элементтері

3.3. "2 немесе" логикалық элементтері

3.4. Асинхронды RS-триггер

3.5. Электрлік модельдеу

4 тарау. Метрологиялық сипаттамаларды талдау

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Аңдатпа

Бұл дипломдық жұмыста сызықты манчестер кодын зерттеу қарастырылған. Ақпараты тарату жүйесінің жалпы қағидаларын сипаттайтын материал және дискретті байланыс арналардың жиі қолданылатын үлгілері және олардың негізгі сипаттамалары көрсетілген,сондай-ақ осы жұмыста қателерді түзететін кодтардың негізгі ұғымдары келтірілген және сызықтық кодтардың ең маңызды қасиеттері қарастырылған. Сызықты блокты кодтардың негізгі параметрлерінің есептеулері келтіріліп, зерттелді.

Аннотация

В данной дипломной работе рассматривается изучение линейного кода. В данной работе представлен материал,описывающий общие принципы системы передачи информации и наиболее часто используемые модели дискретных каналов связи и их основные характеристики, а также приведены основные понятия кодов, исправляющих ошибки и рассмотрены важнейшие свойства линейных кодов. Приведены и исследованы расчеты основных параметров линейно-блочных кодов.

Annotation

This thesis provides for the study of the linear Manchester code. The material describing the general principles of the information transmission system and the most commonly used models of discrete communication channels and their main characteristics are shown,as well as the basic concepts of error-correcting codes are presented in this paper and the most important properties of linear codes are considered. Calculations of the main parameters of linear block codes are presented and studied.

КІРІСПЕ
Бүгінгі таңда ақпарат алмасуды тиімді ұйымдастыру адамдардың нәтижелі қызметінің басты шартына айналды. Қоғамның қалыпты қызметі үшін қажетті ақпарат көлемі күннен күнге өсуде. Ақпаратты жіберу, өңдеу және сақтаудың шынайылығына қойылатын жоғары талаптар - қатені табу және түзету мүмкіндігін қамтамасыз ететін ақпаратты кодтау қажеттігін дәлелдеді. Ұсынылған дипломдық жұмыстың негізгі мақсаты Сызықты манчестер кодын зерттеу әдістерін талдау. Соңғы кезде бөгеуілдерден қорғалған кодтар теориясы мен практикасының дамуының негізі - деректерді өңдеу құрылғыларын, есептеу жүйелері мен желілерін, басқару жүйелерін, ғылыми зерттеуді автоматтандыру жүйелерін жасаумен байланысты. Сызықты кодтар өзінің кодтау және декодтау қасиеттеріне және техникалық жүзеге асырылуының қарапайымдылығына байланысты, ақпарат жіберудің дәлдігін талап ететін жүйелерде кең қолданыс тапты. Ұсынылған дипломдық жұмыста бөгеуілге қарсы тұратын кодттарды кодттау мен декодтау алгоритмдерінің мүмкіндігін іске асыратын арнайы есептер қарастырылған. Бірінші бөлімде ақпарат беру жүйесінің жалпы қағидаларын сипаттайтын негізгі түсініктер қарастырылған, дискретті байланыс каналдарының жиі қолданылатын үлгілеріжәне олардың негізгі сипаттамаларын қалай есептеу керектігісарапталған. Жұмыстың екінші бөлімінде сызықтық кодтардың қолдану ерекшеліктері алгоритмдері, сызықты блокты кодтардың негізгі параметрлерінің есептеулері келтірілген. Үшінші бөлімде бөгеуілге төзімді кодтардың модельдерін зерттеу қарастырылған. Адамзат қоғамының дамуындағы жетекші бағыттардың бірі ақпараттандыру болып табылады - компьютерлік технологияларды оның жұмысының тиімділігін арттыру мақсатында адам қызметінің әртүрлі салаларына көбірек енгізу. Бұл қозғалыстың бір бағыты-әртүрлі деректер желілерін және басқа да деректерді қажет ететін жүйелерді құру. Бұл деректер физикалық және логикалық кодтаудың әртүрлі әдістері арқылы беріледі. Орташа және ұзақ қашықтыққа берілетін ақпаратты физикалық кодтаудың ең көп таралған түрлерінің бірі-Манчестер-2 коды.
Манчестер кодында бірліктер мен нөлдерді кодтау үшін сигнал айырмашылығы, яғни импульстің алдыңғы жағы қолданылады. Әр сағат екіге бөлінеді. Сигнал бір бит деректерді беру сағатына бір рет өзгеретіндіктен, Манчестер коды өзін-өзі синхрондайтын жақсы қасиеттерге ие. Оның тұрақты компоненті жоқ, ал негізгі гармоника нашар жағдайда (нөлдер мен бірліктердің тізбегін беру кезінде) N Гц жиілігіне ие, ал ең жақсы жағдайда (ауыспалы бірліктер мен нөлдерді беру кезінде) - N2 Гц. Биттің барлық кезеңінде жоғары немесе төмен деңгейдің болмауы қолайсыз болғандықтан, мұндай жағдайлардың пайда болуы қатені көрсетуі мүмкін.
1 тарау. Сызықты Манчестер кодын зерттеудің жобалау бағытын таңдау және негіздеу

Манчестер кодтау[1], Манчестер-II коды[2], абсолютті биимпульсті код[3] (кейде синонимдер қолданылады: сызықтық кодтау[3] [4], физикалық кодтау, сигналды манипуляциялау, модуляция, импульстік-код модуляциясы [3]) -- бастапқы екілік деректерді екілік сандық сигналмен кодтаудың бір екі деңгейлі байланыс арнасы немесе ақпарат тасымалдағышқа жазу үшін кодтау тәсілдерінің бірі.
Манчестер кодымен кодталған Сигнал өзін-өзі синхрондау болып табылады, яғни деректерді беру үшін қосымша сағат импульстарын беру желісі қажет емес, өйткені 1 немесе 0-ге қарамастан, бір битті беру кезінде бір деңгейден екінші деңгейге өту қамтамасыз етіледі, бұл қабылдағышқа ішкі сағат генераторын немесе Таймерді таратқыштың сағат генераторымен (таймерімен) синхрондауға мүмкіндік береді.
Манчестер кодына сәйкес кодталған Сигнал тұрақты құрамдас бөлікке ие емес, тіпті нөлдер мен бірліктерден ұзын тізбектер берілсе де, сигнал беретін электр қосылыстары, мысалы, трансформатор арқылы гальваникалық түрде шешілуі мүмкін[5].
Кодтау атауы Манчестер университетінен шыққан, онда мұндай кодтау алғаш рет компьютердің магниттік барабанында деректерді сақтау үшін қолданылған.

Сурет 1. Манчестер кодын қалыптастыру принципі.

Манчестер кодтау нұсқалары:
1 нұсқа (г. Е. Томас бойынша): логикалық нөл кернеудің төменгі деңгейден жоғарғы деңгейге ауысуымен кодталады, ал логикалық бірлік кернеудің жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге ауысуымен кодталады[1].
2-нұсқа (IEEE 802.4 стандарты, IEEE 802.3 стандарты): логикалық нөл кернеудің жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге ауысуымен кодталады, ал логикалық бірлік кернеудің төменгі деңгейден жоғарғы деңгейге ауысуымен кодталады[3][2].

3 нұсқа (дифференциалды манчестерлік кодтау, айырымдық манчестерлік кодтау[1], IEEE 802.5[1]): логикалық нөл мәнді интервалдың басындағы күйдің өзгеруімен кодталады, ал логикалық бірлік алдыңғы деңгейдің сақталуымен кодталады [1].

Биттерді кодтау туралы келісімдер

Бастапқы деректердің әрбір биті белгіленген уақыт ішінде беріледі ("бит беру кезеңі"), ақпарат сигналдың төменгі деңгейінен жоғары деңгейіне немесе әр кезеңнің ортасында керісінше өту болып табылады. Бір биттің берілу ұзақтығы кодтау кезеңі немесе жай {\displaystyle t_{C},}{\displaystyle t_{c},} периоды кері период - 1 секундтағы кезеңдер саны body {\displaystyle f_{c}}F_{C} немесе бит жылдамдығы деп аталады.
Кезеңнің басындағы деңгейдің өзгеруі ақпарат емес және деректерді бермейді.

Жеке биттерді Манчестер кодымен кодтаудың әртүрлі келісімдері бар:

Біріншісін алғаш рет 1949 жылы Г. Е. Томас жариялады және көптеген авторлар осы Келісімді ұстанады (мысалы, Эндрю Таненбаум[1]). '0' биті үшін сигналдың деңгейі төменнен жоғарыға дейін өзгереді-бит аралығының бірінші жартысында төмен деңгей және екінші жартысында жоғары деңгей. Сигнал үшін '1' бит деңгейі жоғары деңгейден төмен болады[1].
Авторлар ұстанатын тағы бір келісім (мысалы, Уильям Сталлингс), сонымен қатар IEEE 802.4 стандарты (маркерге қол жетімді автобус) IEEE 802.3 стандарты (Ethernet). Бұл келісімде ' 0 'логикалық сигналдың жоғарыдан төменге қарай өзгеруі, ал' 1 ' логикалық сигналдың төменнен жоғарыға қарай өзгеру тізбегі көрсетілген. Нұсқа Томас нұсқасына инверсиялық және кодтағы деңгейлердің логикалық инверсиясы және IEEE стандартынан Томас бойынша келісімге кері түрлендіру Томас нұсқасына түрлендіріледі[3] [2].
Егер Манчестер кодымен кодталған сигнал хабарламада инверттелсе, ол бір келісімнен екіншісіне ауысады. Бұл түсініксіздікті дифференциалды Манчестер кодтау арқылы жеңуге болады.

Кодтау принципі
Манчестер кодын кодтау салыстырмалы түрде қарапайым-IEEE 802.3 (псевдокодтағы мысалдар) кодтау жағдайында ағымдағы кодталған бит пен сағат генераторының битінен "эксклюзивті немесе" (екі модуль, XOR қосу) логикалық операциясымен жүзеге асырылады.:
Шығу: = Бит_ дана XOR Такты_генератор;
немесе Томас бойынша кодтау кезінде инверттеумен:
Шығу: = NOT (Бит_деген XOR Такты_генератор);
Мүмкін, кодтаушының аппараттық және бағдарламалық жасақтамасы.
Аппараттық іске асыруда 2 ұңғымасы бар сағат генераторы қолданылады және қайталау кезеңі кодтау кезеңіне тең, ығысу регистрі әр кезеңде кодталған мәліметтер биті мен "эксклюзивті немесе"логикалық элементі шығарылады. Бағдарламалық жасақтаманы іске асыру кезінде әсер ету ұзақтығы жарты кезеңге тең болатын бағдарламалық таймердің көмегімен виртуалды сағат генераторы жасалады:
Егер таймер бастау_периода жұмыс істесе, таймерді қайта іске қосыңыз; Такты_генератор: = Такты_генератор XOR 1;
СОҢЫ ЕГЕР; Аппараттық таймердің үзілістері үшін сағат генераторын іске асыру мүмкін және жақсырақ.
Эксклюзивті немесе оның инверсиясын қолдана отырып деректерді кодтау
Деңгейі
тактового
импульс

Бит
деректер
Деңгейі
Манчестер
коды
IEEE 802.3[6
Деңгейі
Манчестер
Томас бойынша Код

0
0
0
1

1
1
0
1
0
1
0

1
0
1

Әрі қарай, соңғы шығу кодын қалыптастыру үшін деректер битімен "жою немесе" операциясы жасалады, мысалы, ағымдағы кодталған сөз орналасқан регистрден шығарылады.
Декодтау принципі
Декодтау кезінде екі нұсқа мүмкін:
қабылдау соңында (декодтаушы) кодтау кезеңінің ұзақтығын біледі;
ал екіншісі-декодтаушы кодтау кезеңін білмейді.
Бұдан әрі барлық деңгейлер мен фронттар IEEE 802.3 бойынша кодтау туралы келісімге қатысты сипатталған, г.Е. Томас бойынша келісім кезінде барлық деңгейлер мен фронттар кері деңгеймен ауыстырылады. Белгілі кодтау кезеңінде
Сурет 2. Манчестер кодын декодтау кезінде жеңілдетілген бит синхрондау схемасы.
Бірінші жағдайда, декодтау кезінде алдымен бит синхрондалады -- кезеңнің ортасы анықталады. Бұл үшін декодтау сигналдың фронттары мен құлдырауын бақылайды, 1 кезеңмен бөлінген әр түрлі бағыттағы екі іргелес айырмашылық деректер ағынында дәйекті түрде 0 және 1 немесе 1 және 0 белгісі болып табылады, ал егер осы айырмашылықтардың біріншісі ұлғайған (алдыңғы), ал екіншісі құлаған (төмендеген) болса, онда бұл деректер ағынында бұл екі биттің тіркесімі екенін білдіреді 1 және 0 немесе 0, 1 алдыңғы құлдырау жағдайында, сондай -- ақ, осы айырмашылықтардың екіншісі кодтау кезеңінің ортасын көрсетеді. Осы екі биттің тіркесімі декодталған деректердің бит ағынына жазылады. Әрі қарай, декодтау уақытты кезеңнің 34 - ке тең деп күтеді және айырмашылықтың пайда болуын қадағалай бастайды, егер айырмашылық пайда болса, егер бұл құлдырау болса, бұл келесі мәліметтер биті 0, ал 1 -- майданда болады. Сонымен қатар, сол айырмашылыққа сәйкес кезеңнің 34 Ысырма таймері қайта іске қосылады, содан кейін процесс қайталанады.
Кезеңнің 34-нен кейін айырмашылықтың келуін тексерудің басталуы шуылға төзімділік тұрғысынан таңдалды, мысалы, джиттер жәненемесе тамшылардың таралуы (ұзаруы), тарату желілеріндегі аддитивті кедергілер нәтижесінде, тамшылардың пайда болу сәттері идеализацияланған жағдайға қатысты өзгереді, екінші жағынан, деректер ағымындағы көрші бірдей биттер кезінде айырмашылықтар бірдей биттердің берілуінің екі кезеңі арасындағы шекарада болады және айырмашылықтың пайда болуын тексеру циклдар шекарасы сәттерінен кейін жүргізілуі керек.
Сондай-ақ, әрбір Ақпараттық айырмашылықтың келуімен кезеңнің ұзақтығын көмекші таймермен өлшеуге және қажет болған жағдайда таймердің 34 кезеңдегі әсер ету ұзақтығын реттеуге болады. Бұл кодтаушы кезеңнің баяу өзгеруін, мысалы, магниттік таспадағы дискілерден оқылған кезде магниттік таспаның тартылу жылдамдығының ауытқуын немесе магниттік жолағы бар карточканың адамның қолымен тартылудың әртүрлі жылдамдығын бақылауға мүмкіндік береді.
Битті синхрондауды жеңілдету үшін Манчестер кодындағы деректер блоктары, әсіресе оларды магниттік тасымалдағышта сақтау кезінде, әдетте, 1010101 жеткілікті ұзақ уақыт тізбегінен тұрады...
Ақпараттық блоктың басталуын анықтау
Сурет 3. Қолтаңба арқылы ақпараттық блоктың басталуын табудың жеңілдетілген схемасы.
Ауысым регистрінің мазмұны қолтаңбаның инверсиясымен сәйкес келеді, сондықтан қолтаңбадан кейінгі барлық ақпараттық биттер логикалық түрде инверттеледі. Мысал ретінде сурет пен көрнекілікті жеңілдету үшін 5 биттік қолтаңба алынды.
Бит синхрондауына қол жеткізу ақпарат биттерінің ағынын қабылдау үшін жеткіліксіз, өйткені көптеген жағдайларда ажыратылмайтын биттер ағынында ақпарат блогының басталуы белгісіз, мысалы, магниттік диск жетегінен мәліметтерді оқу кезінде. Сондықтан синхрондау сөзін синхрондау үшін қосымша қолданылады. Кодтаушы ақпараттық блоктың басында кодтау кезінде екілік синхрондау сөзін немесе синхрондау қолтаңбасын енгізеді, ол декодерге белгілі болуы керек. Блокты синхрондауды бастау үшін декодтау әр ығысудан кейін ығысу регистріндегі биттердің тізбегін үнемі салыстырады, бұл регистрдің ұзындығы әр кезеңде келесі бит жылжытылатын қолтаңбаның ұзындығына тең, берілген синхрондау сөзімен. Ауыстыру және қол қою регистріндегі немесе оның инверсиясындағы сөздің сәйкес келуі ақпараттық блоктың басталуының белгісі болып табылады, содан кейін декодтау бит ағынын Ақпараттық деп түсіндіреді. Әр түрлі жүйелердегі синхрондау сөзінің ұзындығы әр түрлі, бірақ әдетте кемінде 2 байт, Ethernet протоколында, мысалы, қолтаңбаның ұзындығы 56 битке тең.
Ақпарат ағынында синхрондау сөзі пайда болмауы керек немесе, кем дегенде, мұндай көріністің ықтималдығы елеусіз болуы керек. Қолтаңба неғұрлым ұзақ болса, оның ақпарат ағынында болу ықтималдығы соғұрлым аз болады. Екінші жағынан, қолтаңба пайдалы ақпарат бермейді және ұзақ қолтаңба ақпараттың берілу жылдамдығын төмендетеді. Егер сигнатура қысқа болса, онда ақпараттық ағын кодтау алдында сигнатурамен сәйкес келетін биттер тізбегінің кездейсоқ болуы тексеріледі және қажет болған жағдайда сигнатураны алып тастау үшін ақпараттық блок қайта кодталады немесе деректер блогының басында синхрондауға қол жеткізгеннен кейін декодтау бүкіл блокты қабылдау аяқталғанға дейін деректер блогындағы келіп түскен сигнатураларды елемейді.
Сондай-ақ, Манчестер кодында мүмкін емес төмен және жоғары деңгейлердің (0 және 1) ұзақтығын қолдана отырып, ақпараттық блокты синхрондау опциясы қолданылады. "Дұрыс" кодта бұл ұзақтық кезеңнен аспауы керек, егер блоктың басында, мысалы, төменгі деңгейдің екі кезеңі және жоғары деңгейдің екі кезеңі енгізілсе, онда мұндай оқиға сигналға тұрақты компонентті енгізбейді және ақпараттық блоктың басталуын көрсетеді. ГОСТ 52070-2003 сәйкес блокты синхрондау 3 кезең ішінде жүзеге асырылады-алғашқы 1,5 кезең желіде жоғары деңгей сақталады, ал қалған 1,5 кезең төмен. Синхрондаудың басқа нұсқалары мүмкін, мысалы, қалпына келтіру желісі бойынша сигнал және т. б.
Көптеген жағдайларда, алынған кодталған сигнал беру кезінде қанша рет логикалық инверсияға ұшырағаны алдын-ала белгісіз, мысалы, Ethernet желілерінде кодталған сигнал әртүрлі өндірушілердің жабдықтарымен көптеген түйіндер арқылы өтуі мүмкін, оны кез-келген уақытта ауыстыруға болады немесе бірдей магниттік таспаны оқыған жағдайда.магниттік таспадағы дискілердің әртүрлі модельдеріндегі мәліметтер. Сондықтан, деректер блогының басталуын қолтаңба арқылы синхрондау кезінде деректер ағынының қолтаңбамен және оның биттік инверсиясымен сәйкестігі әрдайым дерлік тексеріледі. Егер кері сигнатура табылса, онда барлық кейінгі қабылданған деректер биттері инверттеледі және айырбасталмаған сигнатура табылған жағдайда өзгеріссіз қалдырылады. Бұдан шығатыны, мұндай синхрондау кезінде бастапқы кодтау қандай келісім бойынша принципсіз жасалды-Томас немесе IEEE 802.3.

Алдын ала белгісіз кезеңде декодтау

Сурет 4. Деректер ағынында 00, 01, 10, 11 көрші биттердің комбинацияларын шамамен бірдей бөлу кезінде Манчестер кодтау кезіндегі іргелес айырмашылықтар арасындағы нақты уақыт аралығының гистограммасы. Уақыттың таралуы Елеулі джиттермен байланысты. Гистограмма бойынша период шамамен 40 мкс құрайды, бұл 25 кбодтың берілу жылдамдығына сәйкес келеді.
Априори белгісіз кодтау кезеңінде декодтау бастапқыда бұл кезеңді көрші айырмашылықтар арасындағы уақытты өлшеу арқылы өлшейді. Нақты сигналдардың өзгеру моменттері джиттер, кедергілер, бағдарламалық жасақтама кодтаушысындағы тұрақты емес бағдарламалық кідірістер және т.б. салдарынан уақыт өте келе өзгереді. Сондықтан, кезең мен жарты кезеңді деректер ағынымен өлшеген кезде, әдетте, кейбір Статистика жинақталады.
Өте үлкен емес джиттермен дұрыс кодта өлшеу гистограммасы екі үлгі тобынан тұрады (4-сурет), ал джиттер неғұрлым аз болса, гистограммада топтар болады. Бірінші топ кезеңнің 12 ұзақтығына, екіншісі бүкіл кезеңге сәйкес келеді. Алынған гистограмманы статистикалық өңдеу нәтижелері бойынша кезең анықталады және оның мәні декодтаушының ішкі сағат генераторы немесе оның аралық таймері реттеледі.
{\Displaystyle t_{cp}}{\displaystyle t_{cp}} және қажет болған жағдайда жарты кезең {\displaystyle t_ {cp12}}{\displaystyle t_{cp12}} өлшенген орташа арифметикалық формула бойынша есептеледі.
{\displaystyle T_{cp}={\frac {\sum \limits _{i=1}^{K}(T_{min}+i\Delta T)\cdot n_{i}}{N}},}{\displaystyle T_{cp}={\frac {\sum \limits _{i=1}^{K}(T_{min}+i\Delta T)\cdot n_{i}}{N}},}
мұндағы {\displaystyle K}K-гистограмма аралықтарын іріктеу уақыты бойынша интервалдар саны (қалта),
{\displaystyle \Delta T}\Delta T-интервал ені,
{\displaystyle N}N-үлгілердің жалпы саны
{\displaystyle n_{i}}n_{i}-{\displaystyle i}i интервалына түскен үлгілер саны.
{\displaystyle K}K және {\displaystyle \Delta T}\Delta t {\displaystyle t_{min}+K\Delta T=t_{max},} {\displaystyle T_{min}+k\Delta T=t_{max},} мысалы, сурет бойынша {\displaystyle t_{min}=30\ }{\displaystyle T_{Min} {Min}=30\} ХҒС және {\displaystyle t_ {Max}=50\} {\displaystyle t_ {Max}=50\} ХҒС.
Ұқсас әдіс бойынша {\displaystyle t_{cp12} кезеңінің жартысының статистикалық жиынтығы бойынша орташа мәні анықталады.}{\displaystyle T_{cp12}.}
Кезеңді анықтағаннан кейін, одан әрі декодтау алдын-ала белгіленген кезеңмен жоғарыда сипатталған декодтаудан ерекшеленбейді.

Жүзеге асыру. Бағдарламалық

Алғашқы тұрмыстық компьютерлерде, мысалы, Sinclair ZX80, "BK-0010 электроникасы", ZX Spectrum тұрмыстық магнитофондар сыртқы диск ретінде пайдаланылды. Бұл компьютерлерде магнитофонмен алмасу кезінде Манчестер кодын кодтау және декодтау бағдарламалық түрде жасалды.
Қазіргі жүйелерде бағдарламалық жасақтаманы кодтау және декодтау сирек қолданылады және бұл функциялар микроконтроллерлер, микропроцессорлар сияқты басқа чиптердегі мамандандырылған чиптерге немесе функционалды блоктарға жүктеледі.

Алдын ала белгісіз кезеңде декодтау.
Априори белгісіз кодтау кезеңінде декодтау бастапқыда бұл кезеңді көрші айырмашылықтар арасындағы уақытты өлшеу арқылы өлшейді. Нақты сигналдардың өзгеру моменттері джиттер, кедергілер, бағдарламалық жасақтама кодтаушысындағы тұрақты емес бағдарламалық кідірістер және т.б. салдарынан уақыт өте келе өзгереді. Сондықтан, кезең мен жарты кезеңді деректер ағынымен өлшеген кезде, әдетте, кейбір Статистика жинақталады.
Өте үлкен емес джиттермен дұрыс кодта өлшеу гистограммасы екі үлгі тобынан тұрады (4-сурет), ал джиттер неғұрлым аз болса, гистограммада топтар болады. Бірінші топ кезеңнің 12 ұзақтығына, екіншісі бүкіл кезеңге сәйкес келеді. Алынған гистограмманы статистикалық өңдеу нәтижелері бойынша кезең анықталады және оның мәні декодтаушының ішкі сағат генераторы немесе оның аралық таймері реттеледі.

Сурет 4.
Деректер ағынында 00, 01, 10, 11 көрші биттердің комбинацияларын шамамен бірдей бөлу кезінде Манчестер кодтау кезіндегі іргелес айырмашылықтар арасындағы нақты уақыт аралығының гистограммасы. Уақыттың таралуы Елеулі джиттермен байланысты. Гистограмма бойынша период шамамен 40 мкс құрайды, бұл 25 кбодтың берілу жылдамдығына сәйкес келеді.

Бағдарламалық. Алғашқы тұрмыстық компьютерлерде, мысалы, Sinclair ZX80, "BK-0010 электроникасы", ZX Spectrum тұрмыстық магнитофондар сыртқы диск ретінде пайдаланылды. Бұл компьютерлерде магнитофонмен алмасу кезінде Манчестер кодын кодтау және декодтау бағдарламалық түрде жасалды.

Қазіргі жүйелерде бағдарламалық жасақтаманы кодтау және декодтау сирек қолданылады және бұл функциялар микроконтроллерлер, микропроцессорлар сияқты басқа чиптердегі мамандандырылған чиптерге немесе функционалды блоктарға жүктеледі.

Манчестер кодының спектрі

Сурет 5. Манчестер кодтау және nzr кодтау спектрлері[10].
Деректердің әр биті үшін сигнал деңгейінің екі өзгерісі болғандықтан, бұл Манчестер кодының спектрі, мысалы, nzr кодымен салыстырғанда екі есе көп жиілік диапазонын алады (Non-zero return, нөлге қайтарусыз ауысу).

Манчестер коды мен NZR спектрлерін салыстыру суретте көрсетілген. Манчестер кодында тұрақты компонент жоқ (егер ол әртүрлі полярлы тең модуль деңгейлерімен кодталған болса), Манчестер кодының спектрлік қуат тығыздығы нөлдік жиілікте нөлге тең, nzr кодынан айырмашылығы, әрқашан кез-келген деңгейде тұрақты компоненті бар және оның спектрі нөлдік жиілікте соңғы спектрлік қуатқа ие.

Манчестер кодтаудың спектрлік қуатының максималды мәні бит жылдамдығына тең жиілікке келеді.

Манчестер кодтау фазалық манипуляция ретінде

Манчестерлік кодтауды екілік фазалық манипуляцияның (FM) ерекше жағдайы ретінде қарастыруға болады, онда мәліметтер жиілігі бит жылдамдығы болатын тікбұрышты тасымалдаушы толқынының фазасын басқарады.

Сандық байланыс жүйелерінің элементтері

Шуға төзімді кодтаудың негізгі міндеті - сандық ақпаратты беру жүйесінің бөлігі ретінде кодтаудекодтау құрылғыларын пайдалану арқылы берілетін деректердің жоғары сенімділігін қамтамасыз ету проблемасын шешу, оның сұлбасы 1.1 суретте көрсетілген [15]. Бұл схема шуылға төзімді кодтау теориясында кеңінен пайдаланылады, өйткені ол практикада орын алатын көптеген жағдайларды қамтиды.

1.1 сурет - Сандық ақпаратты беру жүйесінің құрылымдық схемасы
Сұлбаның негізгі қағидаларын қарастырайық. Біріншіден, деректер көзі деректерді екілік таңбалар ретінде жасайды. Әдетте нөлдер және бірліктер бір-бірінен тәуелсіз және бірдей ықтималдықпен пайда болады деп болжанады. Арна кодері, содан кейін қабылдағыш ақпаратқакейбір артықшылығын енгізеді (бұл процесс кодтау деп аталады), ол декодер коммуникациялық арна арқылы деректерді беру барысында пайда болатын қателерді түзете алады. Кодерден шыққан кодталған деректер модуляторға қосылады, ол кейбір модуляция әдісімен оларды S(t) аналогтық сигнал ретіндекөрсетуді жүзеге асырады. Модулятор әр екі символды M=2 мүмкін сигналдарының біреуіндеs0(t) және s1(t)көрсетуі мүмкін (бұл жағдайда екілік модуляция туралы айтылады) және M=2q мүмкін сигналдар көмегімен q-биттық блоктарды (q1) жібере алады (M-позиция модуляциясы). Физикалық арнада S(t) сигналы шудың n(t) әсеріне ұшырайды. S(t) сигналына шудың n(t) әсер ету дәрежесін анықтау үшін әдетте ESN0 сигнал-шу қатынасы пайдаланылады, бұл сигнал қуатын PC шу күшінеPШ қатынасы ретінде анықталады. Көбінесе бұл ара қатынас децибелл ретінде көрсетіледі, яғни ESN0=10 lg(PCPШ). Графиктердегі сигналдан шуылға дейінгі барлық коэффициенттер децибелдерде және барлық формулалар ESN0=PCPШкөрінеді. 12 Демодулятор арнадан алынған сигналды R(t)берілген деректердің бағалануын білдіретінсандар тізбегіне түрлендіреді.Содан кейін детектор демодулятордың шығысынQ-деңгейінде кванттайды. Егер Q=M болса, детектор жіберілген символдар туралы қатаң шешім қабылдайды, бірақ егер QM болса, детектор жұмсақ шешімдер қабылдайды. Содан кейін квантталған детектордың шығысы арна декодеріне жіберіледі, ол кодер арқылы енгізілген артықшылығын пайдаланып, деректер көзінен берілетін хабарды анықтайды (бұл процесс декодтау деп аталады).

1.2 Байланыс арналарының моделі

Сандық ақпаратты беру жүйесінің блоктық сұлбасының ең маңызды бөлігі кодтаушы мен декодер үшін күрделі немесе дискретті арна болып табылады, ол 1.1 суретте сызықшаға салынған. Бұл арнаның ең көп тараған математикалық модельдерін қарастырамыз. Ең қарапайымы - 1.2суретте бейнеленген сызбаның және қосымша шуылмен арнадағы бинарлы модуляцияны пайдалану жағдайына сәйкес келетін екілік симметриялық арна (ЕСА), (яғни, R(t) шығыс сигналы S(t) кіріс сигналының және n(t) шуыныңсуммасына тең) және демодулятордың қатаң шешіміне тең арна болып табылады.
Бұл каналдың кірісі мен шығысы - екі ықтимал екілік символдардың жиынтығы X={0, 1} және Y={0, 1}. ЕСА сондай-ақ, X символын беру кезінде Y таңбасының арнадан қабылдау ықтималдығын анықтайтын өтпелі ықтималдықтар P(YX) жиынтығымен сипатталады.ЕСА үшін өтпелі ықтималдықтар өрнектер арқылы беріледі:

P(Y=0X=0)=P(Y=1X=1)=1-p;
P(Y=0X=1)=P(Y=1X=0)=p; (1.1)

мұнда р - таңбаның бұрмалануының орташа ықтималдығы.
Ұсынылған сипаттамадан, ЕСА-ның негізгі сипаттамасы - бұл р таңбасының бұрмалану ықтималдығы. s0(t) = -s1(t) екі керісінше сигналдарды қолдану жағдайында ESN0-ға бұрын көрсетілген сигнал-шу қатынасына қатысты бұл мәнді жазамыз:

Неғұрлым жалпы арна үлгісі - дискретті жадысыз арна (ДЖА). Бұл арнаның кірісі X={x0, x1, ..., xq-1} q-лықтаңбалар,ал шығысыY={y0, y1, ..., yQ-1} Q-лық таңбаларыболып табылады. Жадысыз термині арнаның шығыссимволы тек ағымдағы кіріс символына байланысты екенін білдіреді. ДЖА көптеген qQ өту ықтималдығы арқылы сипатталады
P(yi xj)=P(Y=yi X=xj) (1.4)
мұнда i=0, 1, ..., Q-1 және j=0, 1, ..., q-1.ДЖА үшін өтпелі ықтималдықтар уақыт бойынша тұрақты және түрлі таңбалардың өтуі тәуелсіз болып табылады. Бұл арна моделінің графикалық көрінісі 1.3 суретте көрсетілген.

ДЖА-ның ерекше жағдайы - бұдан әрі qCK деп аталатын q-лық симметриялық арна болып табылады. Модулятор q ортогоналды сигналдарды қолдана отырып және демодулятор тарапынан қатаң шешім қабылдағанда алынған бұл арна дискретті кіріспен сипатталады X={x0, x1, ..., xq-1}, дискретті шығысY={y0, y1, ..., yQ-1} және өтпелі ықтималдықтар жиынтығы

мұнда Pq - сигнал-шу қатынасына тәуелділігі, q-лық таңбасының бұрмалану ықтималдығы
Қарастырылып отырған соңғы арна үлгісі детекторлардың шығыс санының шексіз саны бар (яғни, кванттау жоқ, Q=infinity) ДЖА нәтижесінде ақ гаусс шуылымен (АБГШ) қосылған арна болып табылады. Бұл жағдайда шу - гаусстық кездейсоқ айнымалы, нөлдік орташа және дисперсия σ 2 =1(2ESN0). Осылайша, АБГШ бар арна дискретті кіріспен сипатталады: X={x0, x1, ..., xq-1}, үздіксіз шығысY={y0, y1, ..., yQ-1} және өтпелі ықтималдықтар

Бұл арна үлгісі үшін ESN0 сигнал-шу қатынасына қате ықтималдылығының p-ға тәуелділігі 1.2 өрнегіне сәйкес анықталады.

1.3 Байланыс арнасының өткізу қасиеті

Арнаның негізгі сипаттамаларының бірі - оның кірісі X және шығысы Y арасындағы ең үлкен орташа өзара ақпарат I(X; Y) ретінде анықталған оның өткізу қабілеттілігі C. Бұл тұжырымдаманың маңыздылығы шиеленісті арна үшін кодтау теоремасына негізделген [25], онда екілік хабарламалардың беру жылдамдығы (немесе 1.4бөлімде анықталған код жылдамдығы) арнаның С өткізу қабілеттілігінен аз болса, онда дұрыс таңдалған кодер және декодер қате ықтималдығы төмен шуылмен арнадағы каналға бере алады. ДЖА өткізу жолағы төмендегідей есептеледі:

Мұнда максимизациялау P(xj) кіріс таңбаларының ықтималдығының барлық ықтимал жиынтығынан орындалады. Арна симметриялы болған жағдайда максимизация тең қолжетімді кіріс таңбаларымен қол жеткізіледі, яғни, P(xj) =1q, j=0, 1, ..., q-1.
ЕСА үшін өткізу жолағы

Байланыстағы арнадағы ЕСА арқылы өткізу қабілеттілігінің қате ықтималдығы p және сигналдан шуылға қатынасы кестесі 1.4 және 1.5-суретте ұсынылған. АБГШ арнасы үшін өткізу жолағы C келесідей анықталады:

АБГШ каналының өткізу қабілеттілігінің ықтималдылығы p және ықтимал байланыс арнасындағы ESN0 сигналдан шуыл қатынасы бойынша екі ықтимал кірістері бар графиктер 1.4 және 1.5 суретте көрсетілген.АБГШбарЕСАканалынанбірд ейжолақенішамамен 2 дБкемсигналшуқатынасынажетеді, бұлдемодулятордыңжұмсақшешімдерінпа йдаланудыңмаңыздыартықшылығынк өрсетеді. Q-лық симметриялық арнасы үшін өткізу қабілеті келесідей есептеледі:

1.6 және 1.7суреттерде символдық Pq қателігі және ESN0 сигнал-шу қатынасы ықтималдылығына арналған өткізу жолындағы qCK схемалары ұсынылған. Тағы бір маңызды арна сипаттамасы (әсіресе дәйекті декодтау әдістері үшін) кездейсоқ кодтау шекарасын анықтау кезінде пайдаланылатын есептеу жылдамдығы - R0 (басқаша экспоненциалды шекаралық параметр деп аталады).

егер жеткілікті ұзын кодтарды пайдалансақ, R кодтық жылдамдығы R0 есептеу жылдамдығынан аз болса, жеткілікті ұзын кодты пайдаланған кезде барлық ықтимал кодтар үшін ̅ қателігінің орташа ықтималдығы еркін түрде жасалуы мүмкін екендігін көрсетеді.
ДЖА үшін есептеу жылдамдығы төмендегідей есептеледі:

Жоғарыда сипатталған коммуникациялық арна үлгілері үшін есептеу жылдамдығының графиктері R0 қисықтары бойынша 1.4, 1.5 және 1.7 суреттерде ұсынылған. Әрбір ақпарат битінің (бұдан әрі әр битке сигнал-шу қатынасы деп аталатын) сигналдан шуылға қатынасы бойынша С арна каналының өткізу қабілеттілігінен және R0 есептеу жылдамдығының тәуелділігін алу үшін пайдалы, ол ақпараттық таңба туралы энергияның спектрлік шу күші EbN0 қатынасына тең. Мұны істеу үшін алдымен N2-ге бөлу арқылы C(ESN0) тәуелділігін қалыпқа келтіру керек (бұл жерде таңбаларды беру үшін пайдаланылатын N-өлшемі)

содан кейінC бойынша тиісті ESN0 мәнін есептейміз EbN0=C ESN0 Сол сияқты, есептік жылдамдықтың R0 сигналдан шуылға қатынасына EbN0 битіне тәуелділігін аламыз. Мысалы, 1.8-суретте C(EbN0) және R0(EbN0) ЕСА және АБГШ арналары бар графиктер көрсетілген.

1.4.Манчестер кодтау

Сызықтық кодтау дегеніміз не?
"Сызықтық кодтау дегеніміз-кез-келген нақты сандық сигналдың мәліметтерін белгілі бір сызық немесе беріліс трактісі арқылы беру кезінде қолданылатын код түрі."
Кодтаудың бұл түрінің негізгі мақсаты-кез-келген сигналдардың қабаттасуы мен бұрмалануын болдырмау (ex интерсимволдық кедергі).
Сызықтық кодтау кезінде стандартты логикалық деңгейлер сызықтық беріліс үшін қолайлы пішінге айналады.
Сызықтық кодтаудың қасиеттері қандай?
Сызықтық кодтаудың маңызды ерекшеліктері:
Төменде қалаған сызық кодының қасиеттері берілген:

Өзін-өзі синхрондау, яғни синхрондау немесе сағат сигналы әдетте кодтан шығарылуы мүмкін.

Бит қатесінің төмен ықтималдығы
Ол арнаға сәйкес келетін спектрге ие болуы керек
Өткізу жолағы мүмкіндігінше аз болуы керек.
Кодтар желілерін мүмкіндігі болуы тиіс қателер табылған. Код мөлдір болуы керек.
Сызықтық кодтаудың қандай түрлері бар?
Сызықтық кодтаудың әртүрлі түрлері:
Сызықтық кодтауды" төрт " маңызды бөлімге бөлуге болады; олар:

Униполярлы сызықтық кодтау
Полярлық сызықты кодтау
Биполярлық сызықтық кодтау
Манчестер сызықтық кодтау

Тағы да, униполярлық маңызды бөлімге ие, атап айтқанда: NRZ.
Полярда екі маңызды бөлім бар; олар 'NRZ'&'RZ.
Биполяр AMI - ге бөлінеді.
Әр кодтау жолын және тиісті бөлімдерді түсіндіріңіз:
Униполярлы-сызықтық код әдісінің бұл түрінде сигнал деңгейлері осьтен жоғары немесе төмен орналасқан.
Диаграмма:

Сурет несиесі-түпнұсқа:
Диспрозия туынды жұмыс: Н зимин салым), Манчестер коды, CC BY-SA 3.0

Оң логикада екілік 1 - нің униполярлы дабылы жоғары деңгеймен, ал екілік 0-нөлдік кернеу деңгейімен ұсынылған. Дабылдың бұл түрі өшіру дабылы деп те аталады.
Мұнда екілік бірліктер мен нөлдер әр түрлі + ve және-ve деңгейлерімен белгіленеді. Мысалы, екілік 1 - + a вольт, ал екілік 0-a вольт.

Нөлге оралмай (NRZ) - бұл NRZ сонымен қатар униполярлы NRZ-ге ұқсас, бірақ Polar жағдайында nrz екіге бөлінеді, яғни NRZ-L және NRZ-I деңгей.

Nrz-L деңгейінде биттердің мәні кернеу деңгейімен анықталады. Мұнда екілік 0 төмен логикалық деңгейді білдіреді, ал 1 бит жоғары логикалық деңгейді білдіреді.

Nrzi деңгейінде логика 1-битті білдірсе, шекарада екі деңгейлі ауысу жүреді, ал логикалық деңгей 0-ге қатысты болса, шекарада ауысу болмайды.

Нөлге оралу (RZ)
- NRZ-тен айырмашылығы, мұнда сигнал мәні нөлге оралады. Сондықтан кейбір nrz мәселелерін шешу үшін RZ схемасы қолданылады. RZ үш мәнді қолданады: a. оң b. теріс & c. нөл.

RZ-дің басты кемшілігі-бұл үлкен өткізу қабілеттілігін қажет етеді. Сонымен қатар, ол үш кернеу деңгейін қолданатындықтан, бұл тізбек біршама күрделі болып саналады.

Биполярлық-кодтаудың бұл түрінде кернеудің үш түрлі деңгейі бар; олар оң, теріс және нөл. Олардың біреуі нөлде, ал басқа кернеу деңгейлері оң және теріс болып қалады.
Диаграмма:

Бұл кодтау деп те аталады псевдотроикалық дабыл немесе балама белгілердің инверсиясы (AMI) дабыл. Бұл жағдайда екілік бірліктер балама оң немесе теріс мәндермен ұсынылған. Екілік 1 нөлдік деңгеймен ұсынылған.

Псевдотроикалық Термин кодталған сигналдың үш деңгейі (+ A,- A және нөлдік вольт) 1 және 0 Екі деңгейлі екілік мәліметтерді көрсету үшін қолданылады дегенді білдіреді.

Таңбалардың балама инверсиясы (AMI) - бұл тізбекте кернеу бейтарап болған кезде ол екілік 0-ге жатады, ал кернеу оң немесе теріс болған кезде екілік 1 болады.

Псевдотроикалық-бұл кодтау тізбегінде 1 бит нөлдік кернеуді білдіреді, ал 0 бит кез-келген оң немесе теріс кернеуді білдіреді.

Манчестер кодтау
- Міне, кодтаудың бұл түрінде 1 символы сигнал ұзындығының жартысына оң импульсті (+a вольт деп айтыңыз), содан кейін сигнал ұзындығының екінші жартысына теріс импульс (- a вольт деп айтыңыз) берілуімен сипатталады. сигнал ұзындығы.

Тиісінше, "0" символы Манчестер кодтау әдістеріндегі жартылай өлтіру + ve импульсінен кейінгі жартылай өлтіру-ve импульсімен сипатталады.

Диаграмма:

Манчестер кодтау, Стефан Шмидт ұсынған сурет, Манчестер екі келісімді де кодтайды, қоғамдық домен ретінде белгіленген, Толығырақ Wikimedia Commons-та
Манчестерді кодтау фазалық бөлу деп те аталады.
Nrz немесе RZ-тен айырмашылығы, Манчестер кодтау сигналдар арасындағы бірнеше мәселелерді жояды. Бұл Манчестер кодында негізгі вагус жоқ; сонымен қатар тұрақты ток компоненттері жоқ, өйткені олар оң және теріс кернеуден тұрады.
Манчестердің кодтау схемасының жалғыз кемшілігі-ең аз өткізу қабілеті.
Дифференциалды кодтау дегеніміз не?
Сериялық деректер байланыс арнасы арқылы тізбектер арқылы берілсе, мәселе туындайды. Толқын пішіні инверттелуі мүмкін, яғни мәліметтерді толықтыру орын алады. Бұл 1 0 немесе 0 болуы мүмкін 1 дегенді білдіреді. Егер полярлық сигнализация сияқты сызықтық код қолданылса, бұл бұралған жұп байланыс арналарында пайда болуы мүмкін.
Полярлық сигнал беруде бұл мәселені шешу үшін дифференциалды кодтау жиі қолданылады.
Дифференциалды кодтағышта кодталған дифференциалды деректер XOR логикалық элементін қолдана отырып, 2-Модуль қосу арқылы жасалады. Осылайша
en = LN ⊕ уп-1
Дифференциалды кодтау жүйесінде декодталған реттілік арнаның полярлығына қарамастан өзгеріссіз қалады. Кіріс тізбегін қарастырыңыз. dn = 1 1 0 1 0 0 1. Дифференциалды кодтауға байланысты кодталған реттілік EP болады= 1 0 1 1 0 0 0 1.
Бір полярлы сызықты кодтаудың артықшылықтары мен кемшіліктері қандай?
Артықшылықтары:
Униполярлық-техниканың қарапайым түрі.
Әрқашан аз өткізу қабілеттілігін қажет етеді.
Спектрлік сызықты мұнда униполярлы RZ-де сағат ретінде пайдалануға болады.
Кемшіліктері:
Униполярлы НРЗ-да сағат жоқ.
Сигналдың төмендеуі төмен жиілікті компоненттерге байланысты болады.
Unipolar RZ көп өткізу қабілеттілігін қажет ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.