3.2. Линейные коды

Форма ЦЛС, его частотный спектр оказывают влияние на степень мешающих помех в проводниках. Следовательно, необходимо выбрать оптимальную форму ЦЛС, обеспечивающую минимальные уровни помех внутри сигнала и переходных помех между соседними трактами.

Требования к ЦЛС:

1. малая полоса цифрового сигнала для возможности передачи большого количества информации по имеющемуся физическому каналу;

2. невысокий уровень постоянного напряжения в линии;

3. отсутствие постоянной составляющей в спектре (постоянное напряжение можно принять за напряжение питания);

4. спектр ЦЛС должен содержать составляющую с частотой f_т;

5. ЦЛС должен быть представлен в коде, содержащем информационную избыточность (для обнаружения и исправления ошибок).

Обзор методов цифрового кодирования:

NRZ — nonreturn to zero (код без возврата к нулю).

Этот код служит базой для более совершенных алгоритмов кодирования. Двоичная единица представляется одним уровнем напряжения, а двоичный нуль — другим.

Недостатки: высокий уровень постоянной составляющей, широкая полоса сигнала, возможность появления большой серии 0 или 1 и вследствие потеря синхронизации.

RZ — return to zero (код с возвратом к нулю).

Эти коды применяются при узкополосной передаче данных и магнитной записи. Единица представляется наличием импульса, длительность которого составляет половину ширины бита, а нуль — его отсутствием.

Достоинства: снижение постоянной составляющей.

Недостатки: полоса сигнала может достигать скважности передачи данных в случае передачи единиц.

AMI — alternate mark inversion (код с чередованием полярности импульсов ЧПИ)

Кодировка AMI — это схема передачи сигналов, используемая в телефонных системах. Единицы представляются наличием импульсов равных амплитуд с чередующимися полярностями, а нули — отсутствием импульсов. Символы, используемые в комбинации кода ЧПИ, имеют три уровня: -1, 0, +1.

Рис. а) двоичная кодовая комбинация;

б) квазитроичный цифровой код с ЧПИ

Достоинства: 1) низкий уровень постоянной составляющей,

2) меньшие, чем для двоичного сигнала величины МСИ и переходной помехи,

3) избыточность информации при использовании кода AMI позволяет контролировать наличие ошибок в линейном тракте.

Недостаток: при отсутствии передачи по некоторым каналам в сигнале появляются длинные серии нулей (пробелов). Следовательно, возможен сбой системы тактовой синхронизации. Чтобы этого не происходило, следует ограничить в коде ЧПИ число подряд следующих нулей. Эта задача была решена созданием кодов с высокой плотностью единиц (КВП, HDB). Наибольшее распространение получил код КВП-3 (HDB-3), в комбинациях которого допускается не более трех нулей между двумя соседними единицами. Этот код еще называют модифицированным квазитроичным кодом МЧПИ.

Рис. а) двоичная кодовая комбинация;

б) цифровой поток на выходе преобразователя кода МЧПИ

Таблица

Двоичный код	Код МЧПИ	Условие выбора	Двоичный код	Код МЧПИ	Условие выбора
0000	000V	Если количество предшествующих 1 четное	0000	В00V	Если количество предшествующих 1 нечетное

В — символ, формируемый по алгоритму чередования полярности,

V — символ, повторяющий полярность предыдущего символа В.

В коде МЧПИ каждые четыре нуля заменяются комбинацией 000V, где V — символ, повторяющий полярность предыдущего символа В, или комбинацией В00V, где В — символ, формируемый по алгоритму чередования полярности, а V — символ, повторяющий полярность символа В. Двойная подстановка дает возможность сбалансировать число +1 и -1 в коде МЧПИ и тем самым исключить появление постоянной составляющей линейного сигнала.

Код МЧПИ позволяет упростить требования к устройствам тактовой синхронизации, в то же время он в значительной степени усложняет преобразователи кодов на приеме и передаче.

Код МЧПИ, как и код ЧПИ, позволяет обнаружить ошибки. В коде ЧПИ ошибка обнаруживается при выявлении нарушения чередования полярности импульсов, а в МЧПИ — вставок.

CMI.

Является двухуровневым кодом без возврата к нулю, в котором двоичный 0 кодируется так, что оба уровня амплитуды А₁ и А₂ достигаются последовательно каждый из них в течении ½ тактового интервала. Двоичная 1 кодируется уровнем А₁ или А₂ в течении тактового интервала, так что эти уровни чередуются для соседних двоичных единиц.

Примечание:

1. для 0 всегда имеет место положительный переход в середине тактового интервала.

2. для 1 имеет место положительный переход вначале тактового интервала, если предшествующая единица была закодирована уровнем А₁ и наоборот.

В некоторых случаях достаточна большая помехозащищенность может быть реализована при изменении структуры двоичного цифрового сигнала с помощью скремблирования. Скремблирование — это преобразование информационного двоичного сигнала в сигнал, близкий к случайному. В отличие от информационного сигнала, в котором вероятность появления определенной группы символов произвольна, в скремблированном сигнале эта вероятность определяется законом скремблирования. Поэтому в скремблированном сигнале появление любых комбинаций, в том числе длинных серий нулей, предсказуемо и поддается расчету.

Скремблирование сигнала широко используется в среднескоростных и высокоскоростных ЦСП, улучшая и упрощая работу устройств тактовой синхронизации.