Comunicatii de date: Generarea unui semnal pe 4-nivele

Comunicatii de date: Generarea unui semnal pe 4-nivele

1.       Introducere

Un semnal poate fi numit semnal analogic sau semnal continuu in timp daca este definit pentru toate valorile variabilei continue t.

Daca, in schimb, semnalul respectiv este definit doar pentru valori discrete ale variabilei t, atunci el poate fi numit semnal discret in timp sau semnal analogic esantionat.

Daca in plus fata de a fi discret in timp, valoarea unui semnal poate lua la un moment arbitrar de timp doar anumite valori intr-un domeniu discret, si fiecare din aceste valori poate fi reprezentata matematic printr-un cod, atunci se poate spune ca semnalul respectiv este un semnal digital.

Cea mai simpla modalitate de transmisie a datelor este cea realizata in banda de baza, ceea ce presupune ca datele sunt transmise fara a fi translatate in domeniul spectral. Semnalele emise de sursa sunt constituite din impulsuri de forma dreptunghiulara, care au un spectru de frecvente infinit larg. Cum insa banda de frecvente alocata transmisiunii este in general mai redusa se face o filtrare a datelor inainte de transmisia acestora pe canal.

2.     Semnale de date in banda de baza

Banda de baza este definita  ca fiind banda de frecvente ocupata de un semnal(de date) inainte ca aceasta sa moduleze un purtator(sau un subpurtator) pentru a se obtine semnalul de transmis in linie sau semnalul radio. Un semnal de date in banda de baza este, prin urmare, un semnal de date asa cum el se prezinta la iesirea sau la intrarea unui echipament de prelucrare sau de prezentare a datelor.

Semnalul de date in banda de baza are un spectru de frecevente care incepe de la frecvente foarte joase (chiar de la frecventa zero). Un astfel de semnal poate fi transmis pe distante de ordinul sutelor si chiar miilor de metri pe liniile cu fire metalice, acestea avand o caracteristica de frecventa (de transfer) de tip trece jos, nefiind necesara deci o translatare a spectrului de frecvente.

Distanta de transmisiune este limitata de cativa factori: atenuarea introdusa de linie, dependenta de caracteristicile liniei si de lungimea acesteia, zgomotul, dependent si el de lungimea liniei. In plus, semnalul de date insusi este distorsionat datorita caracteristicilor electrice ale mediului de transmisiune. Distanta de transmisiune poate fi marita prin utilizarea repetoarelor regeneratoare.

Este necesara totusi o anumita codare de linie pentru a asigura semnalului transmis o serie de caracteristici, dupa cum urmeaza:

sa nu aiba componenta de curent continuu si nici componente importante la frecvente foarte joase, deoarece echipamentul de transmisiune se cupleaza la linie prin transformatoare si acestea introduc o atenuare mare la frecvente joase;

sa prezinte un spectru de frecvente cat mai ingust din punct de vedere practic pentru a utiliza cat mai eficient banda de frecevente a liniei de transmisiune si pentru a evita zona de frecvente inalte in care atenuarea liniei este foarte mare;

sa prezinte o protectie cat mai buna fata de zgomot;

sa fie prezenta informatia de timp (tranzitii), necesara pentru sincronizarea bazei de timp a receptorului, indiferent de structura secventei de date;

sa nu necesite la receptie determinarea polaritatii absolute a semnalului sau, alfel spus, in cazul reprezentarii datelor in dubla

polaritate, inversarea firelor liniei de transmisiune sa nu aiba efect

asupra datelor reconstituite la receptie.

Exista un mare numar de reprezentari ale datelor (coduri de linie), fiecare corespunzand numai partial dezideratelor mentionate mai sus

3.  Generatorul de semnal 4-Nivele

Reprezentarea multinivel utilizeaza un numar M de nivele care este, de regula, o putere a lui 2, M = 2m, fiecarui nivel corespunzandu-i un grup de m biti. Aceasta reprezentare are avantajul unui spectru mai ingust, dar protectia fata de zgomot este mai mica din cauza distantei mai mici dintre nivelele semnalului (la o aceeasi putere medie a semnalului).

Se creaza o schema cu ajutorul programului Simulink in care se utilizeaza urmatoarele blocuri, fiecare avand parametrii sai bine stabiliti, dupa cum urmeaza:

Primul bloc "Discrete Pulse Generator1" furnizeaza un semnal de date 1:7

periodic, cu o frecventa de bit de 9600 kHz. In consecinta, parametrii acestui bloc vor avea urmatoarele valori: amplitude = 1, period = 8 samples, pulse width = 1 sample, phase delay = 0 samples, si sample time = 1.

Blocul "Scrambler" mareste perioada semnalului de date 1:7 de la intrare de N = 15 ori. De fapt, scrambler-ul este un registru de deplasare cu reactie al carui polinom generator este P(x)=x⁴+X²+x+1 (polinom primitiv); fiecare stare a registrului este determinata de 4 biti si de aceea perioada semnalului se mareste de N=2⁴-1=15 ori. Parametrii blocului Scrambler vor fi urmatorii: calculation base = 2, scramble polynomial = [1 1 1 0 1], si initial state = [0 1 2 3].

Schema bloc prezentata in figura de mai jos este la fel cu cea a generatorului de semnal NRZ  pana la intrarea blocului de intarziere si a bistabilului D (D Flip-Flop1). Deci, la intrarea bistabilului D Flip-Flop1 avem un semnal NRZ (elemente binare 1/0).

Blocurile "Discrete Pulse Generator", "Unit Delay, "D Flip-Flop" si "D Flip-Flop1" sunt utilizate pentru a imparti sirul de biti ce reprezinta semnalul NRZ in doua siruri paralele. Bitii de ordin impar din sirul NRZ sunt plasati la iesirea blocului "D Flip-Flop", iar cei de ordin par la iesirea blocului "D Flip-Flop1". Fiecare din perechile de biti paraleli este utilizata pentru a selecta unul din cele 4 nivele: -3V, -1V, +1V, +3V la iesirea codorului 4-Nivele (conform regulii de codare prezentata mai sus). Aceasta selectie se realizeaza cu ajutorul celor patru blocuri AND, a celor patru blocuri amplificatoare (fiecare cu un castig diferit) si a sumatorului (SUM) cu patru intrari. La iesirea blocului sumator vom avea un semnal 4-Nivele.

3. Schema in Simulink

4. Concluzii

Pentru generarea unui semnal pe 4 nivele am utilizat un semnal NRZ al carui sir de biti este impartit in doua siruri paralele. Bitii de ordin impar din sunt plasati la iesirea blocului "D Flip-Flop", iar cei de ordin par la iesirea blocului "D Flip-Flop1". Fiecare din perechile de biti paraleli este utilizata pentru a selecta unul din cele 4 nivele: -3V, -1V, +1V, +3V la iesirea codorului 4-Nivele Astefel la iesire vom avea un semnal 4-Nivele.