СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОДЕРА И ДЕКОДЕРА

2.2 СХЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОДЕРА И ДЕКОДЕРА

Для схемной реализации кодера и декодера потребуются 10-разрядные сумматоры. Схемы кодера и декодера приведены в приложении 1. Кодер позволяет получить контрольные символы по информационным. Схема составлена в полном соответствии с выражениями (9) и матрицей (10). Декодер соответствует матрице (11).

В приложении 2 приведена схема всей системы передачи данных. Исходный код (11 байт) подаётся на регистр REG1. Это можно сделать, например, трёхкратной передачей по 32 разряда (4 байта). Регистр может быть также буфером, необходимым для синхронной передачи, независимой от работы программного обеспечения. Регистр с рабочей частотой выставляет на выходные 10-разрядные шины (9 таких шин) данные. При прохождении их через кодер К, на его выходе появляются контрольные разряды, которые соединяются с информационными разрядами, прошедшими через элемент задержки Т. На выходе элементов Т и К появляются 20 байт помехоустойчивого кода, который по 16 10-разрядным шинам поступает на регистр REG2. Этот регистр преобразует параллельный код в последовательный для передачи по линии. Код, поступивший по 16 шинам, будет отправлен за 16 тактов (передачи). Далее следует модулятор М, преобразующий 10 бит кода, пришедшего с REG2, в сигнал, отправляемый по четырём линиям (один двухуровневый и три трёхуровневых). Сигналы отправляются синхронно.

Передающая часть с помощью демодулятора ДМ преобразует физический сигнал в 10 бит кода. 10-битные слова записываются в регистр REG3 (для преобразования в параллельный код). При накоплении нужного количества разрядов, данные по 16 10-разрядным шинам поступают на декодер ДК. После декодирования синдром ошибки с выхода ДК поступает на ключ Кл (в общем случае это может быть какое-либо решающее и управляющее устройство). При отсутствии ошибки код поступает на регистр REG4 (буфер), откуда снимается последовательно по 32 разряда (4 байта).

Схемотехническая реализация на бинарных элементах – один из способов кодирования-декодирования. Можно программно их реализовать. В приложении 3 помещены листинги программ кодера и декодера (принципиальная реализация кодирования-декодирования).

В данном случае программная реализация позволяет снизить стоимость системы, однако дополнительно загружает центральный процессор.

2.3 ВЫБОР КАНАЛА СВЯЗИ И МОДУЛЯЦИИ

Вид огибающей для кода был описан выше. Для одной пары проводов это манчестерское кодирование, для других трёх – сигнал, составленный из импульсов, изображённых на рис. 2. Будем использовать импульсы, изображённые на рис. 3.

Рис. 3

Рассмотрим вид огибающей для вышерассмотренного примера. Для удобства полученный код запишем в таком виде:

1.001.001.010…0.011.101.010…1.010.100.110…1.110.100.010

1.010.010.110…0.110.100.101…0.101.010.010…1.111.010.010

1.011.010.000…0.111.011.010…1.111.011.101…1.111.110.100

1.100.111.110…1.101.010.010…1.100.011.011…1.101.010.110

Сигнал, проходяший синхронно по четырём парам проводников, изображен на рис. 4.

Рис. 4

Уже было сказано, что в качестве линии связи выбрана витая пара. Кабели на витых парах позволяют использовать большое число пар в кабеле (до 250), передавать данные на частотах 16–100 МГц, компенсировать наводки (возникающие за счёт вихревых токов), они обладают невысокой стоимостью. Однако к недостаткам можно причислить малую помехозащищённость, невозможность использования длинных кабелей (больше 1000 м).

Поскольку за 20 тактов передаётся 11 байт полезной информации, то за 1 такт – 4.4 бита. Поэтому если, например, удвоенная частота (для манчестерского кода) будет составлять 50 МГц, то частота тактов составит 25 МГц и скорость передачи достигнет 25*4.4=110 Мбит/с. Т.е. поставленная задача даже перевыполнена. Для линии связи будем использовать кабель категории 5. Как видно из табл. 1, на частоте около 50 МГц затухание составит около 15 дБ, т.е. на каждые 100 м линии сигнал будет затухать в 5,5 раз. Чтобы приёмник распознал сигнал, линия не должна быть длиннее 120–150 м (тогда сигнал затухнет в ≈ 15 раз).

Для правильного определения границ передаваемого сообщения необходимо обеспечить синхронизацию передатчика и приёмника. В системе, рассматриваемой в данной работе, целесообразно использовать старт-стоповые символы, передаваемые до и после основного сообщения. Для этого можно использовать неиспользованные комбинации импульсов (номер 8 на рис. 2). Поскольку приём отдельных символов подразумевается синхронным благодаря манчестерскому коду, передаваемому по первой паре проводов, старт-стоповые символы можно передавать достаточно редко (в начале и в конце пакетов длиной около нескольких сотен байт). Синхронизация будет называться фреймовой (блочной).

В качестве вида модуляции можно выбрать амплитудную модуляцию. Это обеспечивает небольшое искажение сигнала на выходе линии связи благодаря не очень большой ширине спектра получающегося сигнала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы удалось составить помехозащищённый код (160,88). Информационная скорость (отношение числа информационных разрядов к общему) составляет 0,55, что близко к характеристикам других кодов. Данный код может передавать большое количество информации (длинную последовательность) в одном пакете, что достигается параллельной передачей данных по четырём линиям (парам проводников), из которых состоит витая пара, выбранная в качестве линии передачи. По одной паре проводников передаётся манчестерский код, что обеспечивает синхронность приёма, однако возникают жёсткие требования к синхронизации между отдельными парами в кабеле, поскольку синхронизация остальных пар проводов осуществляется по первой паре.

Такое использование линии связи несколько усложняет практическую реализацию системы по сравнению с использованием обычных кодов (например, полиномиальных) и передачей по независимым каналам. Однако такое небольшое усложнение окупается возрастанием на порядок скорости передачи.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  Буга Н.Н. Основы теории связи и передачи данных, – М.: ЛВИКА им. Можайского. – 1970.

2.  Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. – М.: Радио и связь. – 1987.

3.  Тутевич В.Н. Телемеханика. – М: Высшая школа, 1985. – 423 с.

4.  Цымбал В.П. Теория информации и кодирование. – Киев: «Вища школа». –1992.

5.  Шувалов В.П., Захарченко Н.В., Шварцман В.О. Передача дискретных сообщений/ под ред. Шувалова В.П. – М.: Радио и связь. – 1990.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Программная реализация кодера

 

// Реализация кодера на языке С

// a0..a8 – информационные символы

// s0..s6 – контрольные символы

void coder(int a0, int a1, int a2, int a3,

int a4, int a5, int a6, int a7, int a8)

{

int s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6;

s0=(0x3FF)&(a0+a1+a2);

s1=(0x3FF)&(a3+a4+a5);

s2=(0x3FF)&(a6+a7+a8);

s3=(0x3FF)&(a0+a3+a6);

s4=(0x3FF)&(a1+a4+a7);

s5=(0x3FF)&(a2+a5+a8);

s6=(0x3FF)&(s0+s1+s2+s3+s4+s5);

// передача контрольных разрядов

// . . . . .

}

Программная реализация декодера

// Реализация декодера на языке С

// a0..a8 – информационные символы

// s0..s6 – контрольные символы

// k – синдром ошибки

int decoder(int a0, int a1, int a2, int a3,

int a4, int a5, int a6, int a7, int a8,

int s0, int s1, int s2, int s3, int s4, int s5, int s6)

{

int k0,k1,k2,k3,k4,k5,k6,k;

k0=(0x3FF)&(a0+a1+a2-s0);

k1=(0x3FF)&(a3+a4+a5-s1);

k2=(0x3FF)&(a6+a7+a8-s2);

k3=(0x3FF)&(a0+a3+a6-s3);

k4=(0x3FF)&(a1+a4+a7-s4);

k5=(0x3FF)&(a2+a5+a8-s5);

k6=(0x3FF)&(2*(a0+a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7+a8)-s6);

k=k0&k1&k2&k3&k4&k5&k6;

return k;

}