5.3.2. Общие характеристики кодов

Рассмотрим общие принципы формирования сигналов в линии. Сигнал, передаваемый по линии, можно представить в следующем виде:

Здесь n - порядковый номер символа; a_n^(k) - k-e значение символа; S_i(t) - функция, описывающая форму импульсов. Для двоичного кода a^(k) принимает два значения: а⁽¹⁾=0, а⁽²⁾=1, для троичного сигнала - а⁽¹⁾=-1/2, а⁽²⁾=0, а⁽³⁾=+1/2.

Статистические свойства коэффициентов a^(k) и спектр S_i²(ω), соответствующий форме используемых импульсов, характеризуют свойства сигнала в линии. Поэтому формирование требуемого энергетического спектра может быть осуществлено соответствующим изменением структуры импульсной последовательности и выбором импульсов нужной формы.

Учитывая, что на вероятности появления символов исходного двоичного сигнала не могут быть наложены ограничивающие условия, код, используемый в линии, должен обладать некоторой избыточностью, позволяющей удовлетворить дополнительные требования.

Будем считать элементом видеоимпульсного сигнала любое возможное сочетание видеоимпульсов и пауз внутри тактового интервала T, отведенного для передачи одного символа информации. Если принять, что импульсы имеют прямоугольную форму, их длительность равна Т или Т/2, фронт совпадает с началом или серединой тактового интервала, а амплитуда равна А/2, то возможное число разнотипных элементов видеоимпульсных сигналов S_k(t) составит девять (рисунок 5.12).

Рисунок 5.12. Элементы видеоимпульсных сигналов

При передаче «1» и «0» исходной информации может использоваться комбинация двух любых элементов видеоимпульсного сигнала S_i(t) и S_j(t). В этом случае число двоичных видеоимпульсных сигналов С²₉=36. Кроме того, в ЦТС могут применяться многоэлементные видеоимпульсные сигналы (передача одного символа информации осуществляется с помощью нескольких элементов), а также многопозиционная (многоуровневая) модуляция отдельных элементов (например, для каждого элемента предусматривается несколько градаций амплитуды). Таким образом, видеоимпульсные сигналы отличаются весьма большим многообразием.

Однако следует учесть, что далеко не все видеоимпульсные сигналы отвечают требованиям, предъявляемым к цифровым сигналам, которые предназначены для передачи по линии. Вне зависимости от конкретных условий сравнение цифровых сигналов удобно производить по потенциальной помехоустойчивости при идеальных условиях.

Предельной помехоустойчивостью обладают сигналы, элементы которых противоположны и удовлетворяют равенству S_i(t)=-S_j(t). Таким образом, для сигналов, приведенных на рис. 5.12, предельную помехоустойчивость можно получить только в двух случаях, - при использовании S₁(t) и S₂(t) (имеем «моноимпульсный» сигнал) или S₃(t) и S₄(t) (имеем «биимпульсный» сигнал). Все другие виды абсолютных двоичных видеоимпульсных сигналов имеют потенциальную помехоустойчивость на 2÷9 дБ ниже предельного значения. Это относится и к большинству многоэлементных видеоимпульсных сигналов. Так, ранее рассмотренный сигнал с чередованием полярности импульсов ЧПИ (AMI), в котором двоичный символ «1» передается чередованием элементов S₅(t) и S₆(t), a 0 - пассивной паузой S₉(t), имеет потенциальную помехоустойчивость на 9 дБ ниже предельной.

Кроме того, для оценки различных видов видеоимпульсных сигналов важными являются параметры, оценивающие среднее значение вероятности присутствия тактовой частоты в цифровом сигнале и устойчивость ее признаков.

Одним из наиболее эффективных является биимпульсный сигнал, который благодаря сбалансированности каждого элемента S₃(t) и S₄(t) обладает предельной помехоустойчивостью и максимальным значением параметра устойчивости признаков тактовой частоты. Однако этот сигнал имеет относительно высокую минимальную верхнюю частоту спектра, которая определяется как первая гармоника периодической последовательности элементов сигнала. Этот недостаток может быть скомпенсирован реализацией многоуровневой модуляции элементов биимпульсного сигнала, при которой, снижается значение тактовой частоты.

С целью повышения стабильности признаков тактовой частоты для большинства видеоимпульсных сигналов требуется дополнительное преобразование цифровой информации путем изменения ее статистических свойств. Если изменение статистических свойств исходной двоичной информации, происходит при некоторых определенных условиях (например, заданном количестве подряд следующих 0), то в результате формируются так называемые неалфавитные коды. Если же статистические свойства исходной двоичной последовательности изменяются путем ее деления на группы с постоянным числом тактовых интервалов и. последующего преобразования этих групп по определенному алфавиту в группы символов кода с другим основанием счисления (больше двух) и, как правило, с новым числом тактовых интервалов, то в результате формируются алфавитные коды.

Среди неалфавитных кодов наибольшее распространение получили коды типов HDBn и BnZS, в которых последовательность двоичных «0» длиной (n+1) символов заменяется определенным сочетанием импульсов и пауз. В указанных кодах используются все три элемента сигнала ЧПИ, однако имеются нарушения условия чередования полярности импульсов. Предельная помехоустойчивость таких кодов совпадает с величиной, полученной для ЧПИ, а минимальная верхняя частота спектра увеличивается за счет сокращения числа элементов S₉(t), не содержащих признаков тактовой частоты, до значения (0,6÷0,7)f_T.

Использование алфавитных кодов позволяет не только повысить стабильность признаков тактовой частоты, но и увеличить пропускную способность ЦТС за счет соответствующего снижения значения тактовой частоты. Однако при этом требуется передача признаков, достаточных для правильного восстановления границ групп символов кода при декодировании. В названии алфавитных кодов типа nBkM приняты следующие обозначения: n - это число символов в кодируемой двоичной группе; В (Binary) указывает, что в исходной последовательности используется двоичное основание счисления; k - это число символов в группе кода; М - буква (или буквы), отражающая кодовое основание счисления, например: Т -троичное (Ternary), Q - четверичное (Quaternary), QI - пятеричное (Quinary), S - шестеричное (Sextenary), Н - семеричное (Heptanary) и т. д. В соответствии со сказанным тип кода 3В2Т указывает, что каждая группа из трех двоичных символов преобразуется в соответствующую группу из двух троичных символов. Так как в этом случае применяются коды с основанием М>2, то требуется соответствующее увеличение отличительных признаков, т.е. сигнал должен быть многопозиционным. Например, при формировании k-ичных символов можно использовать k любых элементов видеоимпульсных сигналов (см. рис. 5.12), либо один из них, но с k значениями амплитуды, либо оба указанных способа в комбинации.

Алфавитное кодирование характеризуется избыточностью преобразования двоичной информации (2ⁿ<M^k), что обеспечивает выполнение условия независимой передачи групп двоичных символов сочетаниями (группами) М-го кода. Сравнение алфавитных кодов обычно проводится по следующим параметрам:

- числу групп двоичных символов 2ⁿ;

- числу групп символов кода M^k,

- коэффициенту изменения тактовой частоты K_M=n/k,

- избыточности кода r,

- предельному коэффициенту снижения тактовой частоты (при r=0).

В табл. 5.1 приведены рассмотренные параметры для некоторых алфавитных кодов.

Первые два параметра характеризуют сложность реализации операций кодирования и декодирования в преобразователях кода. Одним из наиболее оптимальных (с точки зрения технической реализации, избыточности и коэффициента снижения тактовой частоты) является код 3В2Т. Реализация кодов типов 5B2S, 8B3Н и некоторых других оказывается более сложной, но позволяет в большей степени снизить значение тактовой частоты, что порой оказывается важным для ЦТС абонентского доступа.

Таблица 5.1

Тип кода	2n	Мk	KM	r,%
3B2T	8	9	1,5	5,36
4B3T	16	27	1,33	15,88
9B6Q	512	2048	1,5	25
2B1QI	4	5	2	13,87
9B4QI	512	625	2,25	3,1
5B2S	32	36	2,5	3,29
8B3H	256	343	2,66	4,99

Общим недостатком как неалфавитных, так и алфавитных кодов является возможность размножения ошибок.

Таким образом, для обеспечения высокой помехоустойчивости, пропускной способности ЦТС, а также для выполнения требований к тактовой синхронизации, целесообразно применение рассмотренных типов алфавитных и неалфавитных кодов в сочетании с моноимпульсным и биимпульсным видеоимпульсными сигналами.

Как указывалось, отмеченные выше проблемы передачи цифрового сигнала по линии могут быть решены введением избыточности в линейный сигнал. Это достигается либо за счет увеличения скорости передачи при сохранении основания кода, равного двум, либо путем использования некоторых видов многоуровневых сигналов.