Лінійні коди ЦСП

По ЦЛТ повинні передаватися сигнали, які забезпечують мінімальні рівні перешкод у середині сигналу і перехідних перешкод між сусідніми трактами. Рівень і заважаюча дія указаних перешкод залежить в загальному випадку як від ширини і форми енергетичного спектру сигналу, так і від ширини і форми амплітудно – частотної характеристики (АЧХ) тракту.

Одже, питання вибору цифрового сигналу, який забезпечує необхідний захист від перешкод, зводиться до підбору сигналу, спектр якого задовольняє певним вимогам. Перша вимога: енергетичний спектр сигналу повинен обмежуватися знизу і зверху, бути достатньо вузьким, розташовуватися на порівняно низьких частотах і не мати в своєму складі постійної складової.

Обмежений спектр сигналу дозволяє зменшити викривляння сигналу при проходженні його через тракт, тому що в спектрі сигналу будуть заглушуватися складові, які мають невелику потужність (відомо, що чим більше потужність складової, тим більші викривляння при її заглушенні). Зсув спектру в область більш низьких частот знижує рівень перехідної перешкоди. Зменшення ширини спектру сигнала дозволяє зробити більш вузькою смугу пропускання вхідних кіл регенератору, зменшуючи тим самим ширину смуги і потужність перешкод, які проникають в вирішувальний пристрій.

Було встановлено, що якість тактової синхронізації регенератора далеко більше залежить від складу енергетичного спектру цифрового сигналу. Відомо, що системи тактової синхронізації потребують присутності в спектрі дискретної складової з частотою Fт. Як що тактова частота в спектрі цифрового сигналу відсутня, то організація тактової синхронізації зазнає труднощів. Тому друга вимога до спектру цифрового сигналу: в складі спектру повинна бути складова з частотою Fт.

Як відомо із теорії передачі сигналів, наявність інформаційної надмірності в кодових комбінаціях дозволяє виявляти в них помилки. Отже, використовуючи лінійний код, який містить надмірність, можна вирішувати питання контролю якості передачі в лінійному тракті без перерви зв'язку. Звідси третя вимога до цифрового лінійного сигналу: він повинен бути представлений в коді, який має інформаційну надлишковість. Розглянемо, наскільки відомі двійкові коди задовольняють представленим вище трьом вимогам.

Сигнал на виході АЦП в безнадлишковому двійковому коді може бути представлений у вигляді випадкової послідовності однополярних імпульсів із скважністю q = т (t > 1) як правило q = 2 /. Такий сигнал називають двійковим або бінарним.

Енергетичний спектр двійкового сигналу має в складі суцільні і лінійні складові. Аналіз спектральної діаграми цього сигналу показує, що амплітуди постійної складової і НЧ складових спектру вище, чим у ВЧ складових. Ширина першого пелюстка спектру велика – 2 Fт.

Проходячи через тракт з великою кількістю лінійних трансформаторів, які заглушають більш потужні складові спектру, сигнал сильно викривлюється і його регенерація ускладнюється. Одже, такий сигнал не задовольняє першій вимозі, яка пред'являється до цифрового лінійного сигналу. Не задовольняє він і третій вимозі. Наявність Fт в спектрі сигналу не може служити основою для його використання, тому що не виконується перша вимога, яка є самою важливою.

В лінійних трактах сільських цифрових систем передачі (ІКМ – 15) використовуються двійкові сигнали із скважністю імпульсів q = 1, так звані сигнали з імпульсами "затягнутими на тактовий інтервал".

Енергетичний спектр такого сигналу не має в свому складі дискретних складових, його безперервна складова концентрується в області низьких частот, в наявності є потужна постійна складова. Цей сигнал не задовольняє основним вимогам, які пред'являються до форми і складу спектру лінійного цифрового сигналу. В той же час меньша ширина спектру, чим у сигнала з

q = 2, в поєднанні із спеціальним методом регенерації дозволять добитися стійкості від перешкод регенераторів, яка дорівнює стійкості від перешкод при використанні квазітрійкових сигналів. Постійна складова в енергетичному спектрі однополярної випадкової послідовності визначається енергією імпульсів, які поступають на вхід приймального пристрою за певний відрізок часу. Якщо замість однополярної послідовності імпульсів використовувати послідовність імпульсів, полярність якої чергується, то за певний відрізок часу сумарна енергія позитивних і негативних імпульсів на накопичувачі приймального пристрою буде дорівнювати нулю.

Ця ідея використана при формуванні основного виду лінійного цифрового сигналу, який одержав назву сигнала з чергуванням полярності імпульсів ЧПІ (СМІ).

Із малюнку видно, що символи, які використовуються в комбінації коду ЧПІ, можуть мати три рівні: -1; 0; +1. В той же час кількість інформації в кодовій комбінації ЧПІ така ж сама, як і в двійковому коді, тому що вона одержана із двійкової комбінації. Кількість інформації в кодовій комбінації більше, чим в двійковій. Надмірність інформації при використанні коду ЧПІ дозволяє контролювати наявність помилок в лінійному тракті.

В такому коді полярність першого імпульсу встановлюється довільно, а полярність наступних імпульсів чергується незалежно від кількості нулів між ними.

Як видно із графіку енергетичного спектру випадкової імпульсної послідовності, в спектрі квазітрійкового коду з чергуванням полярності відсутня не тільки постійна складова, але і взагалі вся дискретна частина спектру, а енергія його безперервної частини сконцентрована в області частот, близьких до Fт / 2. Тому переваги такого коду при використанні його як лінійного такі:

- малі міжсимвольні спотворення другого роду,

- тому що основна енергія сигналу зосереджена біля 0,5 Fт, то зменшується перехідна перешкода між паралельними ланцюгами, і сигнал буде мати менше затухання в лінії зв'язку, що дозволяє збільшити довжину ділянки регенерації,

- заміна будь – якої одиниці на нуль, і навпаки, приведе до появи двох одиниць однакової полярності. Це дає можливість визначати збій в роботі лінійного тракту і постійно контролювати вірогідність помилки в лінійному тракті.

Ці переваги і визначили широке використання сигналу з ЧПІ в низькошвидкісних і середньошвидкісних ЦСП.

Сигнал з ЧПІ має один суттєвий недолік – при відсутності передачі по частині каналів в сигналі з'являються пропуски (нулі). В цьому випадку можливий збій системи тактової синхронізації. Що б цього не було, потрібно обмежити в коді ЧПІ кількість підряд наступних нулів. Ця задача вирішується утворенням кодів з високою щільністю одиниць (КВП). Найбільше розповсюдження має код КВП – 3 (НДБ – 3), в комбінаціях якого допускається не більше трьох нулів між двома сусідніми одиницями. Цей код ще називають модифікованим квазітрійковим кодом МЧПІ (НДВ – 3).

Кожна комбінація, яка складається із чотирьох підряд нулів, замінюється комбінацією 000V або В00V. V – імпульс біполярного сигналу, полярність якого повторює полярність попереднього

символу, В – імпульс, полярність якого протилежна полярності попереднього символу.

Правило: якщо після попередньої комбінації 0000 пройшла непарна кількість одиниць, то формується комбінація 000V, у випадку парної кількості одиниць, які пройшли після попередньої послідовності 0000, формується В00V.

Код МЧПІ дозволяє спростити вимоги до пристроїв тактової синхронізації, в той же час він значно ускладнює перетворювачі кодів на прийомі та передачі. До того ж транскодер прийому повинен відмічати порушення чергування одиниць, одночасно визначаючи кількість нулів, (необхідність в цьому диктується задачею пошуку підставок типу 000V або В00V), і тільки потім приймати рішення по перетворюванню символів коду МЧПІ в символи двійкового коду; при цьому процес перетворення коду повинен відбуватися з деякою затримкою.

Код МЧПІ, також як і код ЧПІ, дозволяє виявляти помилки. В коді ЧПІ помилка виявляється при появленні порушень чергування полярності імпульсів, а в МЧПІ – вставок. Перешкода, яка призводить до трансформації символа кодової послідовності, викликає порушення чергування полярності імпульсів ЧПІ або вставок МЧПІ. Слід відмітити, що енергетичний спектр коду мало відрізняється від спектру коду ЧПІ.

В високошвидкісних ЦСП тактова частота достатньо велика, відповідно збільшується затухання регенераційної ділянки, тому для забезпечення необхідного захисту від перешкод потрібно скорочувати регенераційну ділянку. Збільшення пропускної здібності лінійного тракту (а також і кількості каналів) без збільшення тактової частоти можливо при використанні кодів з кількостю рівнів символів більше трьох.

Із збільшенням кількості рівнів символів коду захист від перешкод знижується. Було встановлено, що достатньо велика стійкість від перешкод регенератора ЦЛТ може бути одержана при кількості рівнів в коді, яка дорівнює п'яти, при цьому довжина регенераційної ділянки залишається такою ж, як і при використанні коду МЧПІ.

В деяких випадках достатньо великий захист від перешкод може бути реалізований при зміні статистичної структури двійкового цифрового сигналу за допомогою операції, яка називається скрембліруванням. Скремблірування – це перетворення інформаційного двійкового сигналу в сигнал, який близький до випадкового і який має біноміальний розподіл вірогідностей появи комбінацій символів при рівновірогідній появі символів 1 та 0. На відміну від інформаційного сигналу, в якому вірогідність появи означеної групи символів довільна, в скремблірованому сигналі ця вірогідність визначається законом скремблірування. Тому в скремблірованому сигналі поява будь-яких комбінацій, в тому числі довгих серій нулів, передбачена і піддається розрахунку.

При підборі відповідного алгоритму скремблера, який дозволяє одержати визначену вірогідність формування певної групи символів (наприклад, довгі серії нулів або комбінацій, схожих на цикловий синхросигнал), є можливість покращити статистичні властивості сигнала таким чином, щоб в цілому підвищити захист від перешкод ЦСП. Скремблірування сигналу широко використовується в середньошвидкісних і високошвидкісних ЦСП. При цьому покращується і спрощується робота пристроїв тактової синхронізації.

Дата добавления: 2015-11-14