5.3.3. Виды кодов в линии цтс различных типов

Двухуровневые коды обладают наибольшей помехозащищенностью, поскольку имеют минимальное число разрешенных уровней. Двухуровневые коды получают все большее распространение, по мере распространения волоконно-оптических линий связи, в которых, как известно, коды с другим числом уровней применения не находят. Примеры двухуровневых кодов приведены на рис. 5.13.

Рисунок 5.13. Двухуровневые коды

Наибольшее распространение в ЦТС на волоконно-оптических линиях получил код БВН - без возвращения к нулю (NRZ). В этом коде единичные символы передаются положительным импульсом, затянутым на тактовый интервал S₁(t), а нулевые символы - таким же отрицательным импульсом S₂(t) (см. рис. 5.12). Спектр сигнала в этом коде соответствует кривой τ=Т (см. рис. 5.10). Спектр относительно узок, но имеет мощные низкочастотные составляющие, которые, как известно, могут приводить к существенным межсимвольным помехам за счет линейных искажений II-рода. Спектр не содержит дискретных составляющих, а составляющие вблизи тактовой частоты отсутствуют. Поэтому выделение хронирующего сигнала в данном случае требует преобразования кода. Код не имеет избыточности, а потому не позволяет осуществлять контроль коэффициента ошибок в процессе передачи. Следует отметить, что в оптических интерфейсах ЦТС синхронной иерархии всегда используется код БВН.

Код с возвращением к нулю ВН (RZ) формируется из импульсов типа S₃(t)и S₂(t). Спектр сигнала в этом коде значительно шире, чем в коде БВН. Он соответствует кривой τ=0,5Т на рис. 5.10, но без дискретных составляющих. Единственным преимуществом этого кода является наличие в его спектре составляющей тактовой частоты.

Низкочастотные составляющие подавлены в спектре сигнала в абсолютном биимпульсном коде АБК (BIL), в котором единичный символ передается биимпульсом типа S₃(t), а нулевой - S₄(t). Спектр сигнала в этом коде также показан на рис. 5.12. Из рисунка видно, что в спектре подавлены низкочастотные составляющие, присутствует составляющая тактовой частоты, но в области высоких частот спектр имеет такую же большую ширину, как и у сигнала в коде ВН. Основным недостатком кода АБК является возможность «негативного» приема сигнала, при котором единичные символы заменяются нулевыми, а нулевые - единичными. Этот недостаток устраняется в относительном биимпульсном коде ОБК (DBI), в котором единица передается изменением предыдущего импульса, а нуль - повторением (см. также рис. 5.13).

В свою очередь, коду ОБК присуще размножение ошибок. Действительно, если ошибка появляется в каком-то интервале, то ошибка неизбежно возникнет и в следующем. Таким образом, коэффициент размножения ошибок при кодировании кодом ОБК равен двум. Заметим, что спектры сигналов в кодах АБК и ОБК практически совпадают.

Уменьшение коэффициента размножения ошибок до значения достигается в коде с инверсией токовых посылок ИТП (СМI). В этом коде (см. рис. 5.13) единичные символы поочередно передаются импульсами типа S₁(t) и S₂(t), а нулевые - биимпульсами типа S₄(t). Спектр сигнала в коде ИТП аналогичен спектру сигнала в биимпульсном коде, но максимум спектральной плотности сигнала в коде ИТП смещен в сторону низких частот (расположен вблизи частоты 0,42f_T). Таким образом, этот код отвечает большинству требований: сигналы в этом коде имеют относительно узкий спектр, низкочастотные составляющие спектра подавлены, присутствует составляющая тактовой частоты. Код ИТП рекомендован МСЭ-Т для интерфейсов сетевых цифровых трактов со скоростями передачи 140 и 155 Мбит/с.

Трехуровневые коды (троичные и квазитроичные¹) получили широкое распространение на первых этапах развития и внедрения ЦТС. Выше рассматривались параметры сигналов в коде с чередованием полярности импульсов ЧПИ (AMI), пример последовательности импульсов в этом коде представлен на рис. 5.14.

Рисунок 5.14. Коды с чередованием полярности импульсов

К недостаткам этого кода следует отнести, во-первых, невысокую помехозащищенность, которая ниже помехозащищенности двухуровневых кодов на 6 дБ и, во-вторых, невозможность выделения хронирующего сигнала в случае прохождения больших пакетов нулей. Поскольку этот код предназначался для систем, работающих по кабелям с металлическими жилами, первый недостаток был не очень критическим, так как защищенность сигналов в этих кабелях относительно высока. Способы преодоления второго недостатка также рассмотрены выше, однако радикально он преодолевался в модифицированном коде с чередованием полярности импульсов МЧПИ. Другое название кода МЧПИ - КВП - код с высокой плотностью единиц (НDВ). Пример импульсной последовательности в коде КВП-3 также приведен на рис. 5.14. МСЭ-Т рекомендует код КВП-3 для интерфейсов цифровых сетевых трактов со скоростями передачи 2, 8,5 и 34 Мбит/с.

В коде КВП-3 осуществляется замена четырех подряд следующих нулей вставками вида 000V или B00V, где В - импульс, сохраняющий чередование полярности, а V - нарушающий чередование. Выбор той или иной вставки определен условием, по которому между импульсами V должно быть нечетное число импульсов В.

МСЭ-Т для некоторых интерфейсов цифровых сетевых трактов рекомендует аналогичные коды B6ZS и B8ZS, которые предполагают замену пакетов нулей размером в 6 и 8 символов соответственно. Вид вставки кода B6ZS –

0BV0BV.

Следует отметить, что применение кодов с заменой пакетов нулей определенными кодовыми комбинациями, усложняет аппаратуру ЦТС.

Все трехуровневые коды имеют относительно неширокие энергетические спектры (рис. 5.15), что важно при передаче по кабелям с металлическими парами, затухание которых быстро увеличивается с частотой (пропорционально корню квадратному из частоты).

Рисунок 5.15. Энергетические спектры последовательностей в троичных кодах

Возможны ситуации, когда возникновение в линейном сигнале одиночной ошибки приводит на приеме к размножению ошибок. При этом в зависимости от типа кода в линии и конкретной комбинации символов вместо одной ошибки в линейном сигнале могут возникнуть две, три или более ошибок в восстановленном двоичном сигнале. Например, если в последовательности символов В0ВВ (для кода КВП-3) произойдет ошибка в третьем символе (т.е. вместо символа В будет принят символ 0), то возникнет последовательность, которая на приеме будет воспринята как B00V, и на приеме при восстановлении двоичного сигнала будет сформирована последовательность 0000, т.е. вместо одной ошибки появятся три. Как показывают расчеты, в зависимости от способа обработки сигнала на приеме коэффициент размножения ошибок для данного кода может составлять от 1,18 до 1,26.

Алфавитные (блочные) коды предназначены для улучшения использования кодового пространства. Действительно, для 8-разрядной комбинации алфавит двоичного кода содержит 2⁸=256 символов, а троичного - 3⁸=6561 символ или в 26 раз больше. Используется же в троичном коде все те же 256 символов. Блочные коды позволяют указанную избыточность употребить для таких целей, как контроль коэффициента ошибок, улучшение статистики сигнала, снижение тактовой частоты. Рассмотрим наиболее употребительные коды подробнее.

Рассмотренный выше код ЧПИ формально можно отнести к классу кодов nBkM, считая, что в данном случае n=1, k=1 и М=3, т.е. один символ двоичного кода преобразуется в один символ троичного кода 1В1Т. Коэффициент изменения тактовой частоты при этом оказывается равным 1 (т.е. тактовая частота не изменяется), а избыточность кода равна r=37%. Избыточность в данном случае используется для контроля коэффициента ошибок по принципу - появление ошибки приводит к нарушению чередования полярности, что достаточно просто фиксируется.

Парноизбирательный троичный код ПИТ (PST) может быть отнесен к блочному коду типа 2B2T, при его применении исходная последовательность разбивается на пары символов, которые заменяются троичными комбинациями.

Синхронизация по парам (разделение принятого потока на пары символов) осуществляется по запрещенным комбинациям (00, +1+1, -1-1) и привязке к циклу передачи ЦТС. Смена мод осуществляется после прохождения одиночного импульса. Спектр сигнала показан на рис. 5.15, а на рис. 5.16 приведен пример кодирования в обычном ПИТ коде. Заметим, что при наличии в исходной последовательности больших пакетов нулей синхронизация по парам в обычном ПИТ коде может быть потеряна. В модифицированном ПИТ коде этот недостаток устранен. Избыточность в ПИТ коде, как и в коде ЧПИ, равна 37%.

Рис. 5.16. Парноизбирательный троичный (ПИТ) код

Весьма перспективными являются блочные коды типа nBkM, некоторые характеристики которых приведены в табл. 5.1. Поскольку в этих кодах общее число различных групп двоичных символов (2ⁿ) обычно меньше возможного числа групп М-ных символов (М^k), то задача их формирования заключается в определении определенного соответствия между исходной информацией и кодом. Это соответствие должно обеспечивать получение необходимых свойств передаваемого сигнала и не порождать значительных технических трудностей при реализации. Для этого, как правило, используется принцип смены мод, который был рассмотрен на примере ПИТ кода и заключается в следующем.

В процессе преобразования исходного двоичного сигнала используется не один, а несколько алфавитов, а выбор в каждом конкретном случае определенного алфавита (моды) осуществляется на основе анализа некоторого числа предшествующих символов с учетом текущего значения цифровой суммы символов кодовой последовательности. Таким образом, одна и та же группа исходных двоичных символов может быть передана различными группами кода nBkM. Алфавиты подбираются так, чтобы различные моды, используемые для передачи одной и той же двоичной группы, могли как увеличивать, так и уменьшать цифровую сумму. Выбирая соответствующие моды, добиваются того, чтобы цифровая сумма изменялась в достаточно узких пределах, по возможности близких к нулю. Это обеспечивает уменьшение мощности низкочастотных составляющих в спектре передаваемой последовательности.

При использовании кодов типа nBkM любая одиночная ошибка вызывает либо новое нарушение чередования полярностей, либо пропадание ранее введенного нарушения закона чередования, в результате чего возникает некомпенсированное нарушение полярностей импульсов в линии. Отмеченное обстоятельство позволяет относительно просто контролировать верность передачи информации.

В качестве примера можно привести одну из разновидностей кода типа 4B3Т (четырехмодового троичного FOMOT), в котором предусмотрено использование четырех троичных алфавитов.

В заключение укажем на код 2B1Q, который широко используется в сетях абонентского доступа, поскольку позволяет существенно снизить тактовую частоту передаваемой последовательности. При этом коде исходный поток разбивается на пары символов, каждая из которых заменяется одним из четырех импульсов, имеющих амплитуды 0, 1, 2 и 3. Коэффициент снижения тактовой частоты для этого кода равен K_M=2, а избыточность нулевая.

1 Квазитроичный код - трехуровневый код, в котором два уровня служат для поочередной передачи символов одного и того же значения.