Кодовые сигналы

Скорость передачи информации (бит/с) зависит не только от тактовой частоты передачи данных, но и от сетевого протокола кодирования информации. Хотя каротажную линию передачи данных с трудом можно отнести к информационной магистрали, скорее это специальная технологическая линия управляемого сбора данных, тем не менее, протокол передачи каротажных данных целесообразно заимствовать из стандартов открытых систем обмена информацией OSI (Open System Interconnect).

С учетом специфики каротажных систем и условий эксплуатации (один приемник, большое разнообразие и частая смена передатчиков – скважинных приборов) для каротажных систем используются, как правило, только двух и трехуровневые коды RZ (Return to Zero), NRZ (Non Return to Zero) и Манчестер-II.

Двухуровневый код NRZ (ноль – нижний уровень, 1 – верхний) и его вариант обратной полярности NRZI имеет информационные переходы на границе битов. Максимальная частота кода – при чередовании единиц и нулей, минимальная (нулевая) – при передаче последовательности одинаковых битов. Достоинство кода – максимальная простота. Основной недостаток – отсутствие надежной синхронизации и, соответственно, необходимость для синхронизации специальных (пакетных старт-стоповых) служебных битов.

Трехуровневый код RZ обеспечивает возврат к нулевому уровню после каждого бита информации. Логическому нулю соответствует положительный импульс, единице – отрицательный, Информационный переход осуществляется в начале бита, возврат к нулю – в середине бита. Код синхронизируется по битам переходом по его центру.

Код Мачестер-П является наиболее распространенным двухуровневым самосинхронизирующимся кодом. Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре битового интервала с возвратом на нижний по концу битового интервала, если следующий бит также нулевой. Соответственно, логической единице – переход на нижний уровень с возвратом на верхний по концу интервала, если следующий бит также 1. Бит обозначен переходом в центре бита, по которому выделяется синхросигнал. Максимальная частота кода – при передаче последовательности нулей или единиц. При чередовании нулей и единиц частота кода уменьшается в два раза. Несомненное достоинство кода – отсутствие постоянной составляющей при передачах длинных последовательностей нулей или единиц.

На рис. 14.3.1(A) приведен пример кодировки битовой последовательности тремя данными кодами по тактовым интервалам 2×DТ_к жилы кабеля. Выходные сигналы кабеля приведены на рис. 14.3.1(B). Масштаб выходных сигналов (утолщенные линии) – в относительных единицах амплитуды входных сигналов. Тонкими линиями показаны входные сигналы, приведенные к выходу кабеля с учетом безвозвратных потерь энергии умножением на площадь импульсного отклика и смещенные на время задержки.

Рис. 14.3.1. Примеры кодировки сигналов и форма сигналов на выходе кабеля.

Сравнение кодов достаточно наглядно. Скорость передачи данных f_T = 1/(2DТ_к) бит/с можно считать предельной для всех трех типов кодов. Код NRZ имеет преимущество и запас "прочности" по амплитудным параметрам выходных сигналов, но без "жесткой" синхронизации приемника надежное декодирование сигналов не гарантируется. Амплитудные характеристики кода Манчестер-П практически в 2 раза лучше кода RZ и, соответственно, выше помехозащищенность кода и надежность автосинхронизации.

Заметим также, что частотный спектр кода Манчестер-П содержит только две несущих частоты: f_T при передаче нулей и единиц, и f_T/2 при чередовании нулей и единиц (см. рис. 14.3.2). Это позволяет при приеме сигналов применять полосовые фильтры и тем самым повышать помехозащищенность линии передачи данных.

Рис. 14.3.2. Частотные характеристики кода Манчестер-П.

Выводы:

1. Основными числовыми характеристиками системы передачи данных, полностью определяющими скорость и качество передачи данных, являются эффективная ширина частотного спектра пропускания системы DW, эффективная ширина импульсного отклика системы DT и индекс неопределенности DTDW.

2. Максимальная скорость передачи однополярных импульсных сигналов по кабелю соответствует тактовым интервалам, равным удвоенному значению эффективной ширины импульсного отклика кабеля. Максимальная скорость передачи биполярных сигналов соответствует тактовым интервалам, равным значению эффективной ширины импульсного отклика кабеля.

3. На предельной частоте передачи сигналы с гладкой формой и минимальной шириной спектральной характеристики (минимальным значением индекса неопределенности) не имеют преимуществ перед прямоугольными сигналами.

4. Оптимальной формой импульсов для каротажного кабеля при кодовой передаче сигналов, обеспечивающей максимальную скорость передачи данных, являются биполярные импульсы. Основным кодом передачи каротажных данных, максимально использующим возможности каротажного кабеля, можно считать код Манчестер-П.

 

литература

22. Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы. – М.: Мир, 1988. – 336 с.