caxapa.ru :: Кодирование сигналов с переменной длительностью бита. Какие могут быть засады?

Evgeny_CD, Архитектор (09.09.2017 00:10, просмотров: 35746)

Кодирование сигналов с переменной длительностью бита. Какие могут быть засады? Пусть будет проводная линия связи, и мы делаем кодирование по принципу: 0 - длительность бита T 1 - длительность бита k*T. Т.е. в конце интервала бита обязательно происходит смена уровня, а длительность от предыдущей смены кодирует значение бита - 0 или 1. Линия проводная, постоянку передает - DC balance нам не важен. Насчет переменной длительности передачи блока данных - будем считать, для рассматриваемых применений это не так важно. Какие могут быть засады с точки зрения помехоустойчивости? Я мыслю так. Есть два наиболее популярных кода - UART и 8b10b, у которых из 10 бит 8 полезных. КПД 80%. + приемники обоих не шибко просты. В моем случае получаем самосинхронизируемый код, который можно принимать простейшей схемой, в общем случае одного NE555 хватит на декодирование, ценой некоторой потери эффективности. Не могу понять, как точно подсчитать сравнительную помехоустойчивость, ибо в + "моего" кода следующее: * ошибка не распространяется. Т.е. если один бит приняли неверно - остальные не изменятся. Простые ECC сильно улучшат помехоустойчивость * ошибок синхронизации нет.

Ответить

- Кстати, я собрал вместе все хабрахабровские материалы, добавил немного англовики и намесил из этого школьный пример Рида-Соломона. Очень много мусора, но вроде всё работает. Только для первых степеней простого числа (на то он и школьный), но если Николай Коровин(143 знак., 15.12.2017 20:29)
  - Спасибо! - Dingo(20.12.2017 07:30)
  - Спасибо! Пригодится! - Evgeny_CD(15.12.2017 20:33)
- В рфид много всяких интересных модуляций применяется, FM0 например - Nikolay801_(14.12.2017 09:03, картинка)
- Если есть DC, то всё просто. Есть в конце интервала смена уровня — 1, нет — 0. Сплошняком 0 «аж до рассинхронизации» идти не может, ибо коды коррекции ошибок. Инверсию от Хемминга (15,11) взять и перемешать, будет всё время смена. - Николай Коровин(13.12.2017 21:14)
  - Код AMI -> Все украдено до нас! - Evgeny_CD(13.12.2017 21:22, ссылка)
- Самою плотную упаковку спектра, конечно, OFDM дает. Внутри заложен интерливинг, и коды с восстановлением ошибок (БЧХ или Рида - Соломона), обратное и прямое Фурье для упаковки - распаковки "ортогональных частот". У TI для PLC communication Visitor(74 знак., 13.12.2017 20:03)
  - Согласен! Но изначально в рамках стартового поста я начал исследовать простые способы кодирования сигналов, декодер которых в 100LE FPGA влезет. - Evgeny_CD(13.12.2017 20:32)
  - OFDM борется с поражением части спектра канала. А так можно тупо QAM - уплотняй сколько хочешь. - SciFi(13.12.2017 20:11)
    - Соглашусь, увлекся, битрейт не озвучен. Так, вполне надежную передачу данных делали посредством DTMF, медленно, разумеется. - Visitor(13.12.2017 20:20)
- И здесь кодирование с двумя длительностями периода - 50 нс и 150 нс. -> - Evgeny_CD(13.12.2017 19:09, ссылка)
- Все украдено до нас! Старый добрый MIL-STD-1553 использует мою гениальную идею :) - сочетание длительности паузы с типом фронта импульса. Я отказался от типа фронта для упрощения и экономии, в MIL-STD-1553 его используют для надежности Evgeny_CD(17 знак., 12.12.2017 22:48 - 23:13, ссылка)
  - ? разве не классический манчестер там? - stm32msk(12.12.2017 23:04)
    - Не надо ереси. Король не голый! :-) - SciFi(12.12.2017 23:07)
      - Вложил более полное описание. - Evgeny_CD(12.12.2017 23:13)
    - В основном манчестер :) Но с "дополнениями" :) - Evgeny_CD(12.12.2017 23:06)
  - А вы читали нетленку: Б.Левин, "Теоретические основы статистической радиотехники"? Там много ваших мыслей отлито в граните.. :) - USSR(12.12.2017 22:57, )
    - Чукча не читатель, чукча писатель :) - Evgeny_CD(12.12.2017 23:07)
- БК-0010 примерно так кодировал данные при записи на магнитофон. Достаточно надежно работало. Были и сторонние развития этого способа. - Lightelf(12.09.2017 17:43)
  - Спасибо! -> Вообще там скорее на своеобразный FM похоже. - Evgeny_CD(12.09.2017 18:05, ссылка)
    - Была статья в журнале, "информатика и образование" если не склероз, там чувак расписывал оптимальное кодирование для магнитофона, на основе был сделан копмровщик help7 - Lightelf(12.09.2017 18:14)
      - О! Какая ностальгия -> --> Спасибо! - Evgeny_CD(12.09.2017 18:23, ссылка, ссылка)
    - Никак не могу понять смысл короткого "синхронизирующего" периода. - Evgeny_CD(12.09.2017 18:08)
      - На протяжении пилот-тона давалась ручная команда читать данные. В это время сигнал детерминирован и не нужно по уровню анализировать, «это такой громкий шум или такие тихие биты пошли». Подстройка частоты для БК явно слишком крутая фича :) - Николай Коровин(13.12.2017 20:37)
      - Это, похоже, опорный период для защиты-От детонации. Так как он всегда в одном месте и всегда одинаковый, по нему можно сравнивать информационный период. Evgeny_CD(31 знак., 12.09.2017 23:14)
- Зачем? Дифференциальная передача и проще и лучше в любой реализации. - General(12.09.2017 07:34)
  - Делал на тиньке пульт управления. Предача двумя ногами с длительноcтью нуля и единицы 1:1.5, прием ейным компаратором и мажоритарная коррекция (лень было заморачиваться на что-то серьезное). 30 метров круглого телефонного провода. Неубиваемый Codavr(12 знак., 12.09.2017 23:27 - 23:30)
  - Не совсем понял, дифференциальная в каком смысле? Дифпара или в смысле относительного изменения какого-то параметра - частоты, фазы, амплитуды? - Evgeny_CD(12.09.2017 18:12)
- Любопытные мысли насчет соотношения интервалов. Evgeny_CD(493 знак., 11.09.2017 22:45)
- Засада будет в межсимвольной интерференции, если полоса ограничена (например, передача через телефонную сеть со скоростями выше полутора килобит). Зачем NE-555 не понятно. На счётчике-таймере МК все делается. Если надо железно, то проще манчестер fk0(15 знак., 11.09.2017 21:40)
  - Спасибо! Я имел в виду проводной канал в виде витой пары паршивых характеристик, где полоса не так сильно ограничена. - Evgeny_CD(11.09.2017 22:17)
  - встречал в далеком 1996 году устоявшееся решение - через примерно такое на 74HC123 цеплялись модули (похожие на как по ссылке) к собственно Beta Calibrator-у давления (что-то более старое, но похожее на по второй ссылке). там ещё чуток цифровой Vit(56 знак., 11.09.2017 21:56, ссылка, ссылка)
- В японских ИК пультах так кодируют. Декодируется одним-двумя модулями (в зависимости от способности измерять длительность) захвата таймера. Неэффективен со всех точек зрения, но для ме-е-дленных и простых сообщений вполне себе ничего. - Xитpый Kитaeц(11.09.2017 16:35)
  - А можно про точки зрения, с которых он неэффективен. Например, при длительности 1T и 1.5T - Evgeny_CD(11.09.2017 16:50)
    - В ИК пульте такой код положен на несущую, т.е. все ошибки физики в первом приближении устраняются. А при измерении длительности любой пролетевший дятел приводит к ошибке, поэтому интегрировать его придется. С фазовыми искажениями как быть? При Xитpый Kитaeц(97 знак., 11.09.2017 17:12)
      - Не понял юмора. У манчестера верхняя полоса 2f, у меня 1.5f. Одиночная битовая ошибка, если интервал между фронтами исказился, корректируется ECC. Расчет эффективности очень простой. Evgeny_CD(458 знак., 11.09.2017 22:13)
- Типа ZACwire? SensorPath™ Bus? EasySet Single-Wire Interface? - Vit(10.09.2017 10:16, ссылка)
  - О! Интересная идея! Спасибо! По сути, получается "однобитный PWM". - Evgeny_CD(11.09.2017 22:21)
  - Ну и где тут переменная длительность передачи бита? - Доширак(10.09.2017 10:19, )
    - если синхра по перепаду, то длительность не менее и может быть переменной. зависит от интерпретации. - Vit(10.09.2017 10:49)
- Есть неплохая альтернатива - физика IRDA (SIR) не по ИК, а по проводу. Каждый переход 0->1 - короткий импульс, переход 1->0 - нет импульса. Встроено во многие МК на аппаратном уровне - MBedder(10.09.2017 09:45)
  - Спасибо! Но IrDA рассчитана на очень широкую полосу оптического такта, и там все заточено под короткие импульсы адской мощности. Для проводной линии паршивый вариантт - Evgeny_CD(11.09.2017 22:28)
    - а DALI, eBUS не паршивые? - Vit(11.09.2017 22:41)
      - DALI - это какой-то писец ->. Как я понял, это эдакий RS-232 с другим набором уровней? Стр 20 Acrobat вложено Evgeny_CD(11.09.2017 22:54 - 23:05, ссылка)
        
        у меня ссылка не открывается. --> - Vit(11.09.2017 23:01, ссылка, ссылка)
      - eBUS - это такой же писец, но на скорости 2400 :) -> - Evgeny_CD(11.09.2017 23:04, ссылка)
        
        в новомодном LoraWAN и 1.4 Бод используют. не стыдно почему-то. - Vit(11.09.2017 23:09)
        
        Да не в скорости дело. А в уровнях на линии, и что там не диф пара - недавно только обсуждали. Зато ECC в LoraWAN очень даже здоровское, равно как и все остальное. - Evgeny_CD(11.09.2017 23:10)
        
        сначала стоило бы определиться с плохой/хорошей полосой - Vit(11.09.2017 23:17)
        
        Спасибо! Согласен, что пока это не определено - обсуждение носит несколько академический характер. Но я пока хочу понять на уровне абстракций высокого уровня - что можно выжать их такой несложной идеи? - Evgeny_CD(11.09.2017 23:21)
    - И да, IrDA умерла, так что недолго ее будут встраивать в MCU. - Evgeny_CD(11.09.2017 22:28)
      - умерла не физика, а мутность реализаций obex - Vit(11.09.2017 22:31)
        
        Windows 10 does not currently support IrDA. Вроде даже в 7 уже выпилили. Так что умерла. - Evgeny_CD(11.09.2017 22:35)
        
        Дела давно минувших дней - протокол IRSimple от Avago. "It supports SIR (115 Kbps), ... FIR (4 Mbps), and VFIR (16 Mbps). It also supports UFIR (100 Mbps) and a frame size of up to 32 KB." - Toчкa oпopы(11.09.2017 23:00, ссылка)
        
        FIR я пользовался. У микрочипега были специальные микрухи со стеком внутри, с одной стороны UART, с другой - то, под что в Win9* были дрова. И вроде даже в Win2k были. Было очень удобно. - Evgeny_CD(11.09.2017 23:07)
        
        Возможно, это был SIR, но суть не изменилась - была недорогая микруха, к ней IrDA трансивер, и вуаля - IrDA модем готов. Стандартное приемное устройство со стороны венды (у меня был ноут со встроенным IrDA трансивером), все работало достаточно Evgeny_CD(11 знак., 12.09.2017 18:16)
  - Гы. В IRDA SIR кодируется не смена уровней, а сами уровни. 0 - короткий импульс(от 1.6мкс до 3/16 битового интервала), 1 - нет импульса. В остальном это полный аналог 8-бит UART с стартовым и 1-стоп битами. - il-2(10.09.2017 13:06)
- А чем 1-wire не угодил, при желании (наличии бубна) прикручивается к аппаратному UARTу - правда вроде не всякому, хз, я на таймерах делал, поэтому да, с помехами проблема - AVF(10.09.2017 09:22)
  - Тут походу не в длительности активной части бита дело, а в длительности самих бит. Вполне реализуемо, но никогда не знаешь наверняка длительность передачи байта, непонятна скорость обмена и где делать мажоритарные выборки для подтверждения Доширак(54 знак., 10.09.2017 09:51, )
    - Для продвинутого приемника что-то типа DPLL надо делать, с некоторым скользящим окном усреднения. Если просматривать интервал, скажем, 4 или 8 битов, то вариантов положения фронтов не так и много. - Evgeny_CD(11.09.2017 22:26)
    - Недетерминированность времени посылки может быть проблемой, а может и совсем не быть ею. - Evgeny_CD(11.09.2017 22:24)
- Это в тему импортозамещения? О. Нет такого слова в словаре, красненьким подчеркнуло :) Барбос(533 знак., 09.09.2017 15:24)
  - Я так понял, это ирочниное описание 100% АМ было? :) Собственно, это один из моих вопросов - не изобретено ли это случайно задолго до меня? - Evgeny_CD(09.09.2017 18:48)
    - Кажется, вспомнил нечто подобное. Имени Самуэля(?) Морзе :) - Барбос(11.09.2017 20:11)
      - :-))) - SciFi(11.09.2017 20:15)
    - Это как посмотреть. Дискриминация-то была как раз по частоте -- пролезет через конденсатор или нет :) Барбос(84 знак., 09.09.2017 19:47)
- Длительность T0+T1=T1+T0. Контроль четности не поймает такую ошибку. - AlexBi_(09.09.2017 10:50, )
  - Спасибо! Это важное замечание, методы борьбы такие. Evgeny_CD(407 знак., 11.09.2017 23:00)
    - Мне это физический уровень Ethernet напомнило. Ещё про 8b/10b вспомнить, чтобы гарантированно получить последовательность "все 0" или "все 1" для синхры(и не получить во время работы). Dingo(849 знак., 12.09.2017 06:01 - 06:54)
- Давным-давно использую такое кодирование. Т(0), 2Т(1), 4Т(пауза). Если Т заранее примерно известен (+-30%) - то декодер достаточно тривиален. А вот для абсолютно произвольного Т, в условиях сильных помех с длительностью более Т/2, уже приходится argus98(63 знак., 09.09.2017 10:01)
- а как понять начало передачи? тупо по первому фронту/срезу? и как найти начало байта если мы начали слушать с середины передачи? - Mahagam(09.09.2017 09:52)
  - Код Баркера, например. А сам сигнал упаковать в ECC, и чтобы корреляция с выбранным синхрословом была низкой. - Evgeny_CD(09.09.2017 18:47)
  - Я хотел ему подкинуть ссылку на bit stuffing, но Евгения больше интересует изобретение велосипедов :-) - SciFi(09.09.2017 09:54)
    - Ну и где здесь помехоустойчивость? Что еще от USB кодирования ждать-то... - Evgeny_CD(11.09.2017 23:14, ссылка)
      - У тебя тоже никакой помехоустойчивости нет. Все эти схемы защищают кадр контрольной суммой и рассчитаны на малую частоту сбоев. Если помех больше, но нужна надёжная связь, применяют совсем другие методы, включая коды коррекции ошибок, размазывание SciFi(18 знак., 12.09.2017 07:36)
- Давайте посчитаем ширину спектра как функцию от к, може быть тогда ясность появится. - Крок(09.09.2017 09:18)
- Не понял. Что мешает тупо гнать обычный NRZ? Какое преимущество может дать этот изврат? - SciFi(09.09.2017 08:55)
  - Дает баланс между преимуществом - гарантированный фронт на каждый бит, хоть 100 нулей подряд, и недостатками - которые мы тут обсуждаем. - Evgeny_CD(11.09.2017 23:15)
  - Никакого. Все эти способы не лучше BPSK. А NRZ даёт DC в спектре. И требует кварца которого нет в дешевых пультах (и чувствителен к доплеру). А (D)BPSK (он же манчестер) не имеет DC и позволяет заметное рассогласование скоростей. Если есть большая fk0(152 знак., 11.09.2017 21:37)

Средства и методы разработки