14.Перекодирование первичных сигналов. Алфавитные коды: чпи (ami), bnzs, pst, hdb (квп), и их спектры.
ЧПИ(AMI) (Alternate Mark Inversion) - Биполярный метод. При биполярном методе символу 0 соответствует нулевое значение сигнала на передаче, а символу 1-попеременно значения +А или -А. В связи с этим в американской литературе его называют AMI методом. График передаваемого сигнала показан на рисунке 4.23. Спектральная плотность мощности случайной последовательности сигналов данных относится к одному из типов, приведенных на рисунке 4.23 (кривая 2). Она обращается в нуль на нулевой частоте и на двойной частоте Найквиста 2/N. Таким образом, возможна передача и по линиям, содержащим разделительные трансформаторы. Максимум спектральной плотности прямоугольных импульсов располагается несколько ниже частоты fn .
Для восстановления информации на приеме при использовании сигналов со значениями ±АЕ и 0 пороговый уровень должен быть установлен равным ±АЕ/2.
При таком кодировании возможна только синхронная передача. Последовательность нулей преобразуется на передаче в сигнал с нулевой амплитудой, и восстановление фазы тактов в приемнике невозможно. Поэтому чтобы сохранить синхронизм между данными и тактами на приеме, необходимо исключить появление длинных последовательностей нулей в передаваемом сигнале, например, путем скремблирования.
Парно-селективный троичный код (BNZS, PST).
Процесс преобразования к коду вида PST начинается с разделения входного двоичного цифрового сигнала на пары битов с целью получения последовательностей кодовых комбинаций из двух битов. Затем эти кодовые комбинации преобразуются для передачи в два троичных символа каждая. Поскольку число двухсимвольных троичных кодовых комбинаций равно девяти, а число двухсимвольных двоичных кодовых комбинаций — только четырем, возможна значительная гибкость в выборе способа преобразования к коду передачи. Наиболее полезный из возможных форматов преобразования приведен в таблице 4.1. Этот конкретный формат не только гарантирует наличие значительной хронирующей составляющей, но и предотвращает плавание постоянной составляющей за счет переключения мод для сохранения баланса между положительными и отрицательными импульсами. Кодовые комбинации выбираются из одного столбца до тех пор, пока не будет передан одиночный импульс ' . В этот момент моды в преобразователе кодов переключаются, и кодовые комбинации выбираются из другого столбца до тех пор, пока не будет передан другой одиночный импульс ' (противоположной полярности).
Потенциальным недостатком алгоритма преобразования к коду PST является то, что двоичный цифровой сигнал должен быть разделен на пары. Следовательно, обратный преобразователь кода PST должен выделять границы пар. Распознавание границ не представляет труда, если передается случайный цифровой сигнал, поскольку при неправильном разбиении на пары в конце концов неизбежно образуются недопустимые кодовые комбинации (++--). Кроме того, структура циклов для временного группообразования обычно обеспечивает автоматическое получение синхронизма по кодовым комбинациям и парам.
Энергетический спектр кода PST при равных вероятностях появления единиц и нулей получен и представлен на графике рисунка 4.25. Здесь же представлены энергетические спектры кодов B6ZS и обычного биполярного.
На рисунке 4.25 следует обратить особое внимание на то, что биполярный код и коды, полученные на его основе, требуют равных полос. Их единственное значительное отличие состоит в том, что у кодов B6ZS и PST более высокие уровни энергии, что связано с более высокими плотностями импульсов. Повышенные уровни энергии имеют и нежелательный эффект, состоящий в увеличении переходных помех в многопарных кабелях. Однако ухудшения от увеличенных переходных помех в некоторой степени компенсируются повышенной точностью восстановления колебаний тактовой частоты.
Коды BNZS(Bipolar with N Zeroes Substitution).
Потеря синхронизации при пере даче длинной последовательности нулей предотвращается таким об разом: цепочки нулей передатчик заменяет определенными «заго товками», которые представляют собой «куски» стандартных временных диаграмм. Коды AMI, в которых цепочка из N нулей заменяется определенной подстановкой, называются BNZSкодами (Bipolar with N Zeroes Substitution).
В коде B3ZS (рис) каждые три последовательно расположенные нуля подменяются либо комбинацией B0V, либо 00V. Символ В обозначает импульс, который отвечает правилам кодирования AMI. Символ V обозначает импульс, который нарушает правила кодирования AMI (совпадает по полярности с предыдущим).
Выбор одной из этих двух «заготовок» производится так, чтобы, во первых, число импульсов В между двумя последовательно расположенными импульсами V было не четным, а во-вторых, чтобы полярность импульсов V чередовалась.
Коды BNZS получили широкое распространение в компьютерных сетях США и Канады: линии Т1 – 1,544 Мбит/с, Т1С — 3,152 Мбит/с, LD4 — 274,176 Мбит/с, Т4 — 274,176 Мбит/с
Отметим, что все алгоритмы преобразования вида BNZS гарантируют наличие непрерывной хронирующей информации, не накладывая ограничений на источник цифрового сигнала. Следовательно, преобразование вида BNZS обеспечивает любое полностью прозрачное применение.
Методы с применением биполярных кодов высокой плотности (High Density Bipolar: HDBn). Коды, применяемые в этих методах, в американской литературе называют высокоплотными биполярными кодами — ВБКп кодами и совместимыми ВБКn кодами (Compatible HDBn) порядка n — СВБКn.
В обоих методах применяется такое же кодирование, как и при биполярном методе(AMI). Символу 0 соответствует сигнал с нулевым значением, но лишь до тех пор, пока число идущих подряд нулей не превышает n — эта величина указывается индексом в сокращениях ВБКn и СВБКn. Если их число превышает n, то правило биполярного кодирования нарушается (в американской литературе: bipolar violation) и, чтобы исключить длительное нулевое значение сигнала, посылается особая серия импульсов. Передаваемый сигнал зависит от того, имелось ли с момента предыдущего нарушения биполярного кодирования четное или нечетное число символов 1(нуль при этом рассматривается как четное число). При перекодировании (n+1) символов 0 заменяются
Здесь V - импульс нарушения; В - импульс, соответствующий биполярному кодированию.
Из этого правила кодирования видно различие между методами ВБК-n и СВБК-n: при методе СВБК-n работа декодера на приеме не зависит от индекса n, т. е. от допустимого числа следующих друг за другом символов 0. При обоих методах сигнал передачи с нулевой амплитудой появляется на время, соответствующее длительности не более n (индекса в обозначении кода) битов. Благодаря этому возможно сохранение синхронизма на приеме и для длинных последовательностей нулей.
Временные диаграммы сигналов при методе ВБК-2, СВБК-2 и СВБК-3 показаны на рисунке 4.26. При n - 2 оба метода кодирования идентичны. (При n = ∞ они совпадают с биполярным методом.) Такое же кодирование можно применять и при псевдотроичном методе. График спектральной плотности мощности при индексе n = 2 наиболее сильно отличается от аналогичного графика при биполярном методе (см. рис. 4.26, кривая 4). Имеется резко выраженный максимум около частоты Найквиста fN. С возрастанием индекса n кривая спектральной плотности постепенно переходит в кривую, соответствующую биполярному методу.
В странах Запад ной Европы широко используется код HDB3 для работы на скоростях 2,048 и 8,448 Мбит/с. Этот код очень похож на BNZS, поскольку максимально допустимое число нулей, стоящих в цепочке, равно трем.
Каждые четыре последовательно расположенных нуля подменяются комбинацией 000V либо B00V. Выбор той или иной комбинации про изводится так, чтобы, во-первых, число импульсов В между двумя по следовательными импульсами V было нечетным и, во-вторых, чтобы полярность импульсов V чередовалась (рис. 2, ж).
Существуют также другие распространенные коды, такие как CMI, PST, 4B3T и т. п. Все они являются разновидностями кодов AMI и созданы с целью минимизации требований к полосе пропускания каналов связи и увеличения обнаруживающей способности по отношению к ошибкам при передаче ин формации.