Глава 5. Коды для восп

5.1. Основные определения и требования к кодам

Основные характеристики ВОСП (длина регенерационного участка, метод обработки сигналов, система контроля ошибок в регенераторах, система синхронизации, помехозащищенность, искажение сигналов в линии и др.) в значительной степени зависят от выбора кода в линии.

Особенности построения линейных кодов для цифровых волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) зависят от физических свойств среды распространения сигналов. 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.

Поскольку импульсные посылки излучаемой оптической мощности могут быть только положительными или нулевыми (интенсивность оптического излучения является по самой природе положительной величиной), невозможно непосредственное использование биполярных кодов, применяемых при передаче информации по электрическим кабелям связи.

При реализации цифровых систем передачи в общем случае устанавливается nвозможных значений уровня цифрового сигнала (n= 2, 3, 4...). Однако в цифровых ВОСП использование кода с основаниемn>2 (многоуровневые коды) не нашло широкого применения. Причиной являются нелинейность модуляционной характеристики и температурная зависимость мощности излучателя, например лазерного диода, что приводит к необходимости использования двухуровневых кодов. Таким образом, в ВОСП с прямом детектированием и применением модуляции по интенсивности света линейный сигнал в большинстве случаев представляет собой дискретное сообщение, выраженное в двоичном коде (n=2, символы кода «1» и «0»), представляющее случайную последовательность импульсов одинаковой формы, следующих друг за другом через постоянные интервалы времени длительностью Т, называемые тактовыми интервалами. Такие сигналы носят название случайных сигналов с детерминированными тактовыми интервалами.

К линейным кодам ВОСП предъявляются следующие основные требования:

1. Непрерывная часть энергетического спектра кода должна иметь минимальную спектральную плотность на нулевой частоте, а также НЧ и ВЧ составляющие. Ограничение спектра в области нижних частот вызвано в основном двумя причинами. Первая из них связана с требованием безыскаженной передачи принимаемого цифрового сигнала усилителем переменного тока фотоприемника, так как в противном случае для реализации оптимальных условий приема перед решающим устройством необходимо вводить дополнительное устройство, предназначенное для восстановления НЧ составляющей. Это усложняет и удорожает оборудование линейного тракта. Большое усиление при постоянном токе вызывает значительный дрейф постоянной составляющей. Это ограничение является очень жестким для систем, которые используют оптические приемники с высокой чувствительностью.

Второй причиной является то, что оптическую мощность излучателя (например, ЛД), зависящую от окружающей температуры, можно стабилизировать путем введения отрицательной обратной связи по среднему значению излучаемой мощности только при отсутствии НЧ части спектра линейного кода. При наличии НЧ составляющей в спектре линейного кода излучаемая мощность может изменяться под действием информационного сигнала, так как зависит от статистики последнего, и относительно невысокие изменения оптической мощности могут вызвать температурные колебания в ЛД. В этом случае в цепи отрицательной обратной связи должно быть предусмотрено устройство, компенсирующее эти изменения. Все это усложняет и удорожает схемы оптического передатчика.

2. Линейный код должен содержать информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала. В приемнике эта информация используется для восстановления фазы и частоты хронирующего колебания, необходимого для принятия решения пороговыми устройствами приемника и регенератора (энергетический спектр кода в общем случае состоит из двух частей — дискретной и непрерывной). Дискретная часть содержит постоянную составляющую и составляющую на тактовой и кратных ей частотах. Если в энергетическом спектре дискретная составляющая имеется в неявном виде, то для ее выделения на приемной стороне требуется нелинейная обработка сигнала.

Непрерывная часть спектра отражает распределение энергии по частоте, связанное с информационными изменениями временных функций сигнала, являющимися случайными. Наличие дискретной составляющей указывает детерминированный характер случайного процесса в этом коде.

3. Непрерывная часть энергетического спектра должна иметь низкий уровень в области тактовой (либо кратной ей) частоты, используемой для синхронизации приема, так как чем меньше уровень непрерывной составляющей в области выделяемой дискретной составляющей, тем меньше помехи для устройств выделения тактовой частоты.

4. Желательно, чтобы основная доля энергии непрерывной составляющей энергетического спектра была сосредоточена в относительно узкой части спектра, так как при прочих равных условиях, чем уже спектр, тем меньше искажается сигнал за счет ограничения полосы линейного тракта.

5. Процесс линейного кодирования не должен зависеть от статистики сигналов источника информации, и наоборот, код не должен налагать какие-либо ограничения на передаваемое сообщение и обеспечивать однозначную передачу сигналов с любой статистикой. Иначе говоря, код передачи должен отображать любую двоичную последовательность.

6. Для удобства выделения синхрочастоты и обеспечения устойчивой работы регенераторов с самосинхронизацией статистические характеристики цифровых сигналов в линиях не должны быть произвольными. Поэтому должно быть ограничено максимальное число последовательностей символов одного уровня или одной амплитуды (в случае многоуровневого кода).

7. Алгоритм формирования цифрового сигнала должен позволять надежно контролировать качество (достоверность) передачи в процессе автоматической эксплуатации ВОСП путем контроля ошибок регенераторов.

8. Устройства кодирования, декодирования и контроля ошибок должны быть простыми, надежными и малоэнергоемкими с возможностью интеграции схемы.

9. Желательно, чтобы линейный код позволил обеспечить передачу сервисных сигналов.

10. Желательно, чтобы линейный код имел малую избыточность для снижения соотношения между скоростью передачи в линии и скоростью исходных двоичных сигналов и повышения эффективности ВОСП.

11. Линейный код не должен приводить к существенному размножению ошибок при декодировании.

12. Структура линейного кода и форма элементарных символов кода должны соответствовать характеристикам оптического кабеля для минимизации оптической мощности при заданном коэффициенте ошибок с учетом ослабления оптического сигнала при его вводе в волокно и передаче.

13. Сбалансированность линейного кода должна быть близка к 0,5. Если и— соответственно вероятности появления «1» и «0» кода, то при=код сбалансирован, а при≠несбалансирован.

14. Систематическое фазовое дрожание должно быть низким. Подавление систематического дрожания фаз важно для поддержания хороших передаточных характеристик.

15. Возможность без труда менять число каналов (расширение числа каналов).

16. Малое время вхождения в синхронизм.

17. Способность надежного подавления динамической пульсации.

18. Стабильность средней оптической мощности.

19. Совместимость с существующими кодами для электрических кабельных линий связи.