4.3. Кодирование линейного сигнала в цифровых восп

Необходимость кодирования исходного цифрового сигнала, подлежащего передаче по линии связи, обусловлена требованиями, которые предъявляются к линейному сигналу со стороны линейного тракта.

Код в линии выбирается с учетом среды распространения цифрового сигнала и компонентов линейного тракта, обеспечивающих передачу этого сигнала вдоль тракта. Под кодом в линии понимается вид цифрового сигнала, используемого для передачи информации по линейному тракту.

Оптическое волокно как среда передачи сигналов, а также источник излучения в передающем и фотодетектор в приемном оптических модулях предъявляют специфические требования к свойствам цифрового сигнала:

1. Энергетический спектр линейного сигнала должен иметь ограничение как сверху, так и снизу.

2. Код в линии должен обеспечивать возможность выделения колебаний тактовой частоты.

3. Код в линии должен обладать избыточностью, которая обеспечивает возможность контроля качества передачи информации в процессе эксплуатации без перерыва связи, а также возможность передачи сервисных сигналов (телеконтроля и служебной связи).

4. Код в линии должен быть достаточно простым для практической реализации преобразователей кода.

Перечисленные требования относятся в большинстве и к ЦСП, работающим по электрическим кабелям, поэтому более подробно рассмотрим те, которые имеют место только в ЦВОЛТ.

Требование по ограничению энергетического спектра

Ограничение спектра в области НЧ вызвано требованиями безыскаженной передачи в усилителе фотоприемника, имеющего цепи развязки по постоянному току. Другой причиной ограничения спектра снизу является необходимость стабилизации выходной мощности лазерного диода ПОМ (оптическая мощность лазерного диода, зависящая от температуры окружающей среды, может быть стабилизирована введением ООС по среднему значению излучаемой мощности только в том случае, если подавлена НЧ часть спектра, изменяющаяся во времени под действием информационного сигнала). Ограничение спектра в области ВЧ снижает мощность помех, а также уровень межсимвольной помехи.

Не обязательным, но весьма желательным является требование по ограничению числа уровней в линейном сигнале. При реализации цифровых систем передачи в общем случае устанавливается m_у возможных значений уровня цифрового сигнала. Так, в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.703, для первой (2,048 Мбит/с), второй (8,448 Мбит/с) и третей (34,368 Мбит/с) ступеней иерархии ЦСП установлен трехуровневый (m_у = 3) код HDB-3 (МЧПИ) с чередующейся полярностью импульсов. В ЦВОЛС импульсные посылки излучаемой оптической мощности могут быть только положительными или нулевыми, поскольку интенсивность оптического излучения по самой природе является положительной величиной. Поэтому непосредственное использование биполярных кодов типа HDB-3 невозможно.

Кроме того, применение многоуровневых кодов (даже положительной полярности) сопряжено с определенными техническими трудностями: во-первых, нелинейность модуляционной характеристики и температурная зависимость мощности излучателя; во-вторых, в трехуровневом коде мощность сравниваемых символов при принятии решения оказывается в 2 раза меньше, что эквивалентно уменьшению мощности передатчика в 2 раза.

Анализируя все перечисленные требования, можно сделать вывод о том, что в ЦВОСП с прямым детектированием и применением модуляции по интенсивности света линейный сигнал должен представлять собой дискретноесообщение, выраженное в двоичном коде (m_у = 2, символы кода "1" и "0"), представляющее случайную последовательность импульсов одинаковой формы, следующих друг за другом через постоянные интервалы времени длительностью Т (тактовые интервалы).

Классификация линейных кодов ЦВОСП.

Применяемые для ВОСП линейные коды условно можно разделить на две группы: коды со случайной последовательностью символов и коды с квазислучайной последовательностью символов (скремблированные бинарные коды).

В свою очередь, первую группу можно разделить на несколько подгрупп (рис. 4.6). Диаграммы нормированных спектров линейных кодов показаны на рисунке 4.7.

Наиболее простые безызбыточные коды класса NRZ или RZ не повышают скорости передачи в линии. Общим недостатком этих кодов является то, что они не удовлетворяют большинству перечисленных выше требований (спектр сигнала сосредоточен в области НЧ, имеются значительная постоянная составляющая и т. д.). Такие коды могут применяться на коротких участках без промежуточных регенераторов

Для снижения в спектре НЧ составляющих применяют бифазный BIF (манчестерский) код, в котором "0" передается сочетанием 0I, а "1"  сочетанием I0, причем длительность импульса в 2 раза меньше длительности "1" исходного сигнала. При этом отсутствует более чем два следующих подряд идентичных символа, что и позволяет снизить содержание в спектре НЧ составляющих. Основные недостатки подобных кодов: низкая помехозащищенность, сложности с выделением тактовой частоты и детектированием ошибок.

Р ис. 4.6. Классификация линейных кодов ЦВОСП

Простыми и в то же время достаточно эффективными являются блочные коды класса 1В2В. В относительно низкоскоростных ЦВОСП (до второй ступени иерархии, а также в военно-полевых ЦВОСП П-336 и П-337) применяется

Р ис. 4.7. Нормированные спектры линейных кодов ВОСП

код CMI (Coded Mark Inversion) или код с обращением, принадлежащий к классу 1В2В. В этом коде каждому двоичному символу исходного сигнала сопоставляется два двоичных символа кода в линии (символу "0" исходного сигнала ставится в соответствие последовательность символов "10", а символу "1" - попеременно последовательности "11" и "00"). Алгоритм формирова­ния кода CMI (временные диаграммы), а также энергетический спектр кода показаны на рисунках 4.8 и 4.7 соответственно.

В ВОСП более высоких ступеней иерархии применяется код Миллера. В этом коде "0" исходной последовательности ставятся в соответствие чередующиеся кодовые слова 11 или 00, а "1"  01 или 10. При этом соседние переходы вида 10 и 01 в линейном сигнале будут отстоять друг от друга не ближе, чем на тактовый интервал Т, и не дальше, чем на 2Т. Поэтому основная часть

Рис. 4.8. Линейные коды ВОСП

энергетического спектра сосредоточена в области ниже тактовой частоты, а НЧ составляющая оказывается частично подавленной (30 % от НЧ составляющей NRZ). Контроль ошибок ведется по появлению переходов с частотой большей 1/Т.

Для высокоскоростных ЦВОСП применение блочных кодов класса 1В2В нецелесообразно ввиду двукратного увеличения тактовой частоты. Для третичной и четверичной систем используется коды класса mВnВ (m  2), имеющие меньшую избыточность. В кодах этого класса последовательность исходного сигнала разбивается на блоки из m бит, и каждый из них преобразуется в блок из n символов в соответствии с определенным алфавитом. Алфавит выбирается с таким расчетом, чтобы уменьшить максимальное число последовательных одинаковых символов и спектральную плотность сигнала в области НЧ. Например код 5B6B применяется в ВОСП "Сопка-2, Сопка-3".

В отдельную группу выделяются коды со вставками. При формировании таких кодов к информационным символам добавляется один дополнительный символ-вставка C (mB1C), формируемый в зависимости от значения последнего информационного символа в блоке из m импульсов или Р (mB1P), формируемый в зависимости от количества "1" в блоке из m импульсов. Например 3B1C, 8B1C, 10B1P. К этому же классу относятся коды mB1P1R. В этих кодах помимо вставки Р к блоку из m символов добавляется один бит R для служебной связи. Например код 10B1P1R применяется в ВОСП "Сопка-4".

Коды класса 1Т2В применяются при сопряжении ВОСП с существующим оконечным оборудованием проводного линейного тракта (по рекомендациям МСЭ-Т не разрешается внесение изменений в ОЛТ). При этом осуществляется перекодирование трехуровневых сигналов в двухуровневые.

При формировании линейных сигналов с ПИМ группе из m символов ставится в соответствие один импульс с изменяющимся временным положением. Такие коды не нашли практического применения ввиду сложности реализации.

Применение многоуровневых кодов позволяет повысить пропускную способность системы передачи, однако повышает требования к линейности характеристик передающих оптических модулей.

Таким образом, выбор кода в линии является достаточно сложной и важной проблемой, правильное решение которой во многом определяет технико-экономические показатели ВОСП в целом.

Контрольные вопросы

1. Линейный тракт цифровой волоконно-оптической системы передачи это:

а) совокупность типовой аппаратуры ЦСП и оборудования волоконно-оптической линии передачи;

б) совокупность комплекса технических средств и волоконно-оптической линии связи, предназначенных для передачи сигналов электросвязи со скоростью, принятой для данной системы передачи;

в) совокупность комплекса технических средств и среды распространения сигналов электросвязи со скоростью, принятой для данной системы передачи;

г) совокупность комплекса технических средств и среды распространения оптических сигналов со скоростью, принятой для данной системы передачи.

2. В структуре ЦВОЛТ допускается отсутствие понятия:

а) участок регенерации;

б) необслуживаемый регенерационный пункт;

в) обслуживаемый регенерационный пункт;

г) секция дистанционного питания.

3. Линейная информационная аппаратура ЦВОЛТ обеспечивает:

а) формирование группового цифрового сигнала и передачу его по оптическому кабелю;

б) сбор, преобразование и отображение информации о состоянии ЦВОЛТ;

в) преобразование электрических сигналов электросвязи в оптические и обратно;

г) все перечисленное верно.

4. Специфичными для ЦВОЛТ требованиями к линейному коду являются:

а) энергетический спектр линейного сигнала должен иметь ограничение как сверху, так и снизу;

б) код в линии должен обеспечивать возможность выделения колебаний тактовой частоты;

в) код в линии должен обладать избыточностью, которая обеспечивает возможность контроля качества переда­чи информации в процессе эксплуатации без перерыва связи;

г) код в линии должен быть достаточно простым для практической реализации преобразователей кода.

5. К электрическим параметрам ЦВОЛТ относятся:

а)  код передачи;  тактовая частота;  вероятность ошибки одиночного регенератора;  амплитуда импульса на передаче;  напряжение и ток дистанционного питания; б)  код передачи;  тактовая частота;  вероятность ошибки одиночного регенератора;  средняя мощность оптического излучения на выходе ПОМ;  энергетический потнециал;

в)  максимальная дальность связи;  скорость передачи;  достоверность;  длина участка регенерации;  надежность; г)  затухание цепи в оптическом диапазоне;  неравномерность спектральной характеристики;  вероятность ошибки;  чувствительность приемника;

6. Во сколько раз необходимо увеличить мощность источника оптического излучения, если количество уровней в линейном коде увеличилось на один:

а) в 3 раза; б) в 2 раза; в) нет необходимости;

г) в 6 раз; д) в 1,5 раза.

7. Для первичных и военно-полевых ЦВОСП рекомендован линейный код:

а) NRZ; б) 2В3В; в) НDB-3;

г) CMI; д) Миллера.

8. Двухпроводный однополосный однокабельный ЦВОЛТ  это:

а) ЦВОЛТ, в котором передача и прием осуществляются по одному и тому же ОВ, но на разных длинах волн;

б) ЦВОЛТ, в котором передача и прием осуществляются по одному и тому же ОВ, на одной длине волны;

в) ЦВОЛТ, в котором передача осуществляется по одному, а прием по другому ОВ, на одной длине волны;

г) ЦВОЛТ, в котором передача осуществляется по одной, а прием по другой паре ОВ, на одной длине волны.

9. Для построения одноволоконных однополосных однокабельных ЦВОЛТ применяются ОРУ:

а) оптические разветвители Y-типа;

б) ОРУ на интерференционных фильтрах;

в) ОРУ на градиентных линзах;

г) ОРУ на дифракционных решетках.

Лекция 5. ИСКАЖЕНИЯ И ШУМЫ

В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТАХ

Как отмечалось в предыдущих лекциях, волоконно-оптические линейные тракты практически не подвержены воздействию внешних помех. Это объясняется следующими причинами: во-первых, сигналы по оптическому кабелю передаются вне радиодиапазона в виде электрически нейтральных частиц  фотонов и между волокнами кабеля отсутствуют взаимные влияния; во-вторых, воздействие внешних источников помех на аппаратуру линейного тракта, где информация представлена в виде электрических сигналов, всегда можно устранить соответствующей компоновкой и экранированием узлов аппаратуры.

Вместе с тем, прохождение информационного сигнала по ЦВОЛТ сопровождается появлением ошибок, вызванных различными причинами. Главными из них принято считать дисперсионные явления в ОВ и шумы оборудования линейного тракта ВОСП.