3. Кодирование без возвращения к нулю

Рисунок 3.3 иллюстрирует метод потенциального кодирования, называемый кодирование без возвращения к нулю (NRZ  Non Return to Zero). Название означает, что при передаче последовательности бит сигнал, в отличие от других методов кодирования, не возвращается к нулю в течение такта.

Рисунок 3.3 – Код NRZ

Ноль кодируется напряжением +1В, единица кодируется напряжением

0В.

К достоинствам метода NRZ можно отнести следующее:

• простота реализации;

• хорошее распознавание ошибок (благодаря наличию двух резко отличающихся потенциалов);

• сравнительно узкий спектр.

Теперь недостатки метода NRZ:

• метод не обладает свойством самосинхронизации. Даже при наличии высокоточного тактового генератора приёмник может ошибиться с выбором момента съёма данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях нулей или единиц небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения такта;

• наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к постоянному сигналу при передаче длинных последовательностей единиц или нулей;

• сигнал является поляризованным.

Из-за этих недостатков в сетях код NRZ в основном используется в виде различных его модификаций, в которых устранены как плохая самосинхронизация, так и проблемы постоянной составляющей.

4. Выполнение лабораторной работы

При выполнении этой и последующих лабораторных работ по методам цифрового кодирования данных необходимо придерживаться схемы, приведенной на рисунке 3.4. Все функции должны быть написаны в среде Mathcad.

Рисунок 3.4 – Обобщенная схема модели процесса передачи

На приемной стороне производится К = 128 измерений принятого сигнала за такт и по результатам измерений определяется его значение. Для реализации данной модели каждый бит информации при кодировании представляется К отсчетами, а декодер на приемной стороне вычисляет среднее значение К отсчетов каждого бита (рисунок 3.5). Такая схема передачи-приема приводит к тому, что если при передаче данных в канале происходит искажение нескольких отсчетов одного бита, то на приемной стороне возможно восстановление информации по среднему значению К отсчетов данного бита.

Рисунок 3.5 – Дискретизация сигнала

Кодирование NRZ производится по схеме на рисунке 3.3.

Декодирование осуществляется по той же схеме, что и кодирование только в обратном порядке и с учетом затухания сигнала. Например, если среднее значение принятого сигнала меньше (больше) порогового значения (0.5A_signK_A, где A_sign  амплитуда сигнала, K_A  коэффициент затухания) будем считать его 0 (+1) и декодируем его единицей (нулем).

Далее производится сравнение полученной битовой последовательности с передаваемой и вычисление интенсивности битовой ошибки BER, для чего в лабораторной работе №1 была разработана Mathcad-функция berCalc(). Аналогично с помощью функции serCalc() из лабораторной работы №1 вычисляется интенсивность символьной ошибки SER.

Результаты вычислений заносятся в таблицу приложения 1.

Порядок выполнения:

1. Открыть рабочий лист Mathcad, полученный после выполнения лабораторных работ №№1, 2.

2. Разработать Mathcad-функцию NRZ-кодер с учетом того, что каждый бит информации будет представлен в канале К отсчетами (см. раздел 3.4).

3. Разработать Mathcad-функцию NRZ-декодер. При декодировании необходимо считывать К отсчетов и определять значение бита по среднему.

4. Закодировать с помощью функции из п.2 поочередно входные последовательности данных, заданные в лабораторной работе №1:

• последовательность нулей;

• последовательность единиц;

• последовательность чередующихся нулей и единиц;

• текстовая строка.

5. Передать поочередно полученные кодовые последовательности с помощью модели канала, разработанной в лабораторной работе №2.

6. Декодировать поочередно полученные приемником сигналы с помощью функции из п.3.

7. С помощью Mathcad-функций berCalc() и serCalc() из лабораторной работы №1 вычислить интенсивность битовой (символьной) ошибки для каждой последовательности.

8. Свести результаты работы в таблицу (приложение 1).

9. Оформить отчет в виде Mathcad-файла.

10. Сдать и защитить работу.

Содержание отчёта по лабораторной работе:

1. Номер название и цель лабораторной работы.

2. Задание к лабораторной работе.

3. Разработанные в лабораторной работе функции.

4. Результаты выполнения с пояснениями.

5. Выводы по лабораторной работе.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите и кратко охарактеризуйте виды цифрового кодирования.

2. Для чего необходимо кодировать битовую последовательность данных?

3. Какие требования предъявляются к цифровым кодам?

4. Опишите принцип NRZ-кода.

5. Перечислите недостатки кода NRZ.

6. Каковы достоинства кода NRZ?