НОУ ІНТУІТ, Лекція, Лінійні коди та способи модуляції

Лінійні коди

Швидкість, яка необхідна передачі сигналів імпульснокодової модуляції — ІКМ, — вимагає спеціальних заходів передачі сигналів навіть у невеликі відстані. У телекомунікації величина відстані, де можлива передача сигналів, залежить від необхідної швидкості передачі. Проблеми ІКМ полягають у великому спектрі частот, які потрібні передачі і відновлення прямокутного імпульсу. Цей спектр, що породжується різкими передніми та задніми фронтами, може призвести до переходу інформації в сусідні лінії, що не тільки породить перешкоди, а й порушить конфіденційність інформації. Подібне неприпустимо для телекомунікації. Особливо погіршують становище із передачею однополярні прямокутні імпульси. Наявність постійної складової та асиметричність породжують спотворення самих імпульсів та призводять до впливу на сусідні ланцюги. Тому передачі цифрових сигналів по лінії застосовуються спеціальні коди ( лінійні коди ).

Біполярні коди

Для усунення постійної складової використовуються біполярні коди. Вони використовують три рівні сигналу – нульовий, позитивний та негативний. Їхня симетричність аналогічна двополярній структурі синусоїдальної форми аналогового сигналу. Хоча різкі переходи в момент проходження заднього і переднього фронтів все ж таки залишаються, але для таких кодів різко знижується згасання лінії і, як наслідок, зростає дальність передачі.

У разі біполярного перетворення (рис. 9.1) логічна одиниця передається імпульсами з полярностями, що чергуються (код ЧПИ — полярності імпульсів, що чергуються). В іноземній літературі цей код називається AMI (Alternating Mark Inversion). При цьому кожна наступна одиниця передається полярністю, протилежноюпопередньої одиниці.

В результаті енергія, що накопичилася від позитивного імпульсу, компенсується негативною енергією. Логічному нулю (0) відповідає відсутність імпульсу. По суті, у цьому випадку застосовується трійковий код, оскільки при передачі в канал використовуються три рівні сигналу: +1, 0, -1. При цьому полярності одиниць повинні чергуватись. Це дозволяє контролювати правильність передачі. При поодинокій помилці в каналі, наприклад зникненні однієї одиниці, відразу відбувається порушення чергування. Основним недоліком такого лінійного коду є те, що кількість одиниць у сигналі залежить від їх числа у вихідній комбінації. Для того щоб налаштувати генератори, що знаходяться на різних станціях і розходяться в силу неможливості створення ідеальних частот, необхідно на приймальному кінці з імпульсів виділяти передні фронти і порівнювати моменти їх надходження з аналогічними фронтами місцевого генератора. При тривалій послідовності нулів у вихідному сигналі (допускається трохи більше 14 нулів) відсутність передніх фронтів прийомі може призвести до розбіжності генераторів, що у своє чергу призведе до появи помилок у інформації. Тому для біполярного коду застосовується алгоритм , що дозволяє збільшити густину одиниць. Він у тому, що, якщо передано нулів поспіль, то передає кінці вставляється одиниця . Щоб на приймальному кінці при декодуванні не прийняли зайву одиницю в інформації, на приймальний кінець передається сигнал про вставку. Цей сигнал полягає у порушенні полярності, що дозволяє виключити додану одиницю. Умови порушення полярності вимагають, щоб при заміні послідовності з нулів на комбінацію, що порушується, число переданих одиниць з правильним чергуванням було непарним. Якщо воно парне, то впідставляється комбінації додається одна одиниця без порушення і далі 0, а потім відбувається порушення полярності. Це відображається в таблиці 9.1 для коду, де замінюється послідовність з трьох одиниць ( ).

Таблиця 9.1. Принцип кодування за порушення полярностіПолярність попереднього сигналу Тип комбінаціїНепарного парного

-	00-	+0+
+	00+	-0-

У таблиці 9.1 показані полярності, якими була передана попередня одиниця, потім надходить контрольована послідовність нулів. Якщо число одиниць, переданих до цього моменту, непарне, замість трьох нулів передається два і на останньому місці передається сигнал, порушує полярність (див. колонку 2). Якщо попередній сигнал мінус, то повторюється мінус, а якщо плюс, то повторюється плюс.

Якщо число одиниць, що передаються до контрольованої послідовності, парне (див. колонку 3), його додають до непарного, слідуючи закону чергування, а потім передають ще один нуль. Далі слідує порушення закону — передача одиниці, яка за полярністю збігається з останньою переданою. Таким чином, дотримуються умови:

1. замість нулів вставляються одиниці;
2. порушується закон чергування полярностей, щоб у приймальному кінці могли розрізнити вставлену одиницю;
3. між правильно переданою послідовністю та порушенням завжди знаходиться непарна кількість імпульсів (одиниць), переданих відповідно до правила кодування;
4. на приймальному кінці після виявлення зазначених вище умов відновлюють послідовність трьох нулів на місці приходу порушеної комбінації. Додатково передані одиниці використовуються виділення передніх фронтів і синхронізації генераторів.

Розглянутий вище код позначається (біполярний код високої щільності порядку - High Density Bipolar of Order N), в прикладі показаний .

Таблиця 9.2. Приклад заміни послідовностей трьох нулів

Заміна	Заміна	Заміна	Заміна
Вихідний код	101	000	11	000	000	001	000	1
Випадок 1 (непарне)	+0-	00-	+-	+0+	-0-	00+	00+	-
Випадок 1 (непарне)	+0-	+0+	-+	-0-	+0+	00+	00-	+
Порушення	Порушення	Порушення	Порушення

У таблиці 9.2 наводиться приклад того, як проводиться заміна комбінацій, що містять три нулі поспіль. У першому випадку перед послідовністю з нулів стоїть непарне число одиниць. Тоді останній нуль замінюється одиницею із порушенням біполярності. У другому випадку замість першого нуля передається одиниця з дотриманням чергування полярності, а замість другого нуля передається одиниця, що порушує чергування. Поряд із цим правилом заміни існують інші, але це поки що є найбільш масовим і застосовується в системі ущільнення ІКМ-30, а також на деяких абонентських ділянках у цифровій системі інтегрального обслуговування (ЦСІО).

Абсолютний біімпульсний код

Цей вид кодування застосовується у кількох цифрових системах передачі сигналів всередині станції, і навіть у мережах Ethernet . Як вже відомо з попереднього розділу, можливість тривалої паузи в передачі імпульсів каналом призводить до того, що потрібно ускладнення алгоритму передачі і прийому. У цьому розділі розглянемо виглядкодування, в якому передача одиниць та нулів здійснюється за допомогою імпульсів. Для передачі логічної одиниці застосовується напрям зміни фронту у середній частині тактового імпульсу, як показано на рис. 9.2. При передачі сигналу "1" використовується падіння фронту (позначено на рис. 9.2 стрілкою вниз), а передачі "0" застосовується зростання фронту у середній частині тактового імпульсу.

Є ще ціла низка біполярних кодів, але й розглянутих достатньо, щоб подати застосування лінійних кодів при цифровій передачі. Тепер розглянемо низку кодів, що призвели до розширення пропускної спроможності на абонентській ділянці.

---