Специфические методы и коды, используемые в каналах связи систем телеизмерения

В каналах связи телеизмерительных систем целесообразно применять коды в режиме обнаружения ошибок. Чем большее количество ошибок способен обнаружить код, тем лучше. Однако это ведет к увеличению избыточности. Если же учесть некоторые особенности телеизмерительной информации, можно использовать неизбыточные коды, способные все же обнаруживать одну и более ошибок. Они могут быть построены в предположении о том, что измеряемая величина меняется сравнительно медленно, так что два ее соседних значения, зафиксированные на краях промежутка T₀, не отличаются друг от друга больше, чем на некоторое фиксированное значение h (значение апертуры). Это ограничение можно охарактеризовать как избыточность, так как пункт управления обладает некоторой информацией о принимаемой информации. Рассматриваемый метод телеизмерения получил название апертурного. Величина h принимается за условную единицу, а две соседние кодовые комбинации различаются на ± 1. Использование обычного двоичного кода может привести к большим погрешностям, так как две соседние кодовые комбинации могут отличаться друг от друга не в одном, а в нескольких разрядах.

Одним из кодов, обеспечивающих требуемые условия, является код Грея. Он строится на базе двоичного по следующему правилу: старший разряд остается без изменения; каждый последующий разряд инвертируется, если предыдущий разряд исходного двоичного кода равен единице. Этот алгоритм построения может быть формально представлен как результат сложения по модулю два исходной комбинации двоичного кода с такой же комбинацией, но сдвинутой на один разряд вправо. При этом крайний правый разряд сдвинутой комбинации отбрасывается.

Табл. 11 Пример построения кода Грея

После принятия кодовой комбинации ее надо сравнить с предыдущей. Они должны различаться только одним разрядом. Если зафиксирована та же комбинация, должен возникнуть защитный отказ, так как факт получения информации свидетельствует об изменении величины.

После принятия комбинацию необходимо преобразовать в двоичный код. Преобразование осуществляется по следующему алгоритму:

В этой формуле a_i – i -й разряд двоичного кода (начиная со старшего), x_j – j -й разряд кода Грея , – знак суммирования по модулю два.

Один из вариантов аппаратной реализаций алгоритма перехода от кода Грея к двоичному представлен на рис. 21.

Рис. 21

Другим кодом, используемым в телеизмерительных системах, является код неизбыточный с d_min ≤ 5. Он сроится примерно так же, как и код Грея: исходная двоичная комбинация складывается по модулю два со сдвинутой влево (а не вправо, как в предыдущем случае). Если при таком суммировании получается исходная комбинация, то она инвертируется.

В рассматриваемом неизбыточном коде с d_min ≤ 5 соседние комбинации могут иметь различные два, три, четыре и пять разрядов. На приемной стороне осуществляется преобразование в исходный двоичный код.

В рассмотренном ранее коде Грея при апертурном способе передачи измеряемой величины каждая последующая кодовая комбинация отличается от предыдущей только одним разрядом. В итоге любая единичная ошибка может быть обнаружена. Однако уже двукратная ошибка приводит к ложному приему. Например, получена кодовая комбинация 0110 (соответствует уровню 4). В этом случае следует ожидать либо комбинации 0010 (уровень 3), либо 0111 (уровень 5). При получении других комбинаций произойдет защитный отказ. Однако если в канале связи комбинация 0111 вектором ошибки 0101 исказится, на приемной стороне будет зафиксирована комбинация 0010, то есть одна ид ожидаемых. Это означает ложный прием.

Для исключения этого отрицательного эффекта в последние годы по рекомендации МЭК применяется код типа “дифференциальный Манчестер”.

Построение этого кода заключается в следующем. На передающей стороне формируется комбинация кода Грея. Обычно информация с датчиков снимается в этом коде. Далее информация не поступает сразу в канал связи, а сначала преобразуется в двоичный код, который и передается на пункт управления. На приемной стороне двоичная кодовая комбинация преобразуется в код Грея.

Проиллюстрируем достоинства этого кода примером. Пусть с датчика информация снята в коде Грея: 011001110. Прежде чем поступить в канал связи, она преобразуется в двоичный код: 010001011. Если помеха не исказит передаваемое сообщение, на приемной стороне оно будет зафиксировано как верное. Но любая (даже одиночная ошибка) приведет к искажению нескольких разрядов. Допустим, в канале связи двоичная комбинация 010001011 искажается, в результате чего на приемную сторону приходит 000001011. Переводя полученную комбинацию в код Грея, получим 000001110. Итак, принятая комбинация 000001110 отличается от правильной 011001110 двумя разрядами.

Таким образом, процедура передачи кода способствует размножению ошибок, что облегчает распознавание искаженных комбинаций и вынесение решения о защитном отказе. Двоичный код, посылаемый в канал связи, не несет информации. Он является только эквивалентом кода Грея.