Электронный учебно-методический комплекс по ТМ и О ЦВОСП

Рисунок 1.38. Классификация линейных кодов ВОСП.

Скремблированный линейный код в формате передачи NRZ (NonReturntoZero – без возврата к нулю на тактовом интервале) – является первым глобальным стандартом линейного кодирования для цифровых ВОСП SDH. Алгоритм его формирования рассмотрен в рекомендации МСЭ-Т G.707 (1996 года). Код обеспечивает выполнение требований, предъявляемых к линейным сигналам.

Безызбыточные коды подразделяются:

- NRZ-L — точно повторяет информационную последовательность;

- NRZ-S и NRZ-M - относительные коды, т. е. изменяющие состояния в

последовательности после логического нуля (S) или логической единицы

(М). При передаче этих кодов скорость передачи в линии не изменяется.

 Эти коды не получили широкого распространения из-за несоответствия требованиям к линейным сигналам, в частности, в связи со сложностью выделения тактовой частоты.

Под линейными кодами класса 1В2В понимают коды, в которых один бит исходного сигнала преобразуется в комбинацию из двух битов. При этом длительность этих битов в два раза меньше преобразуемого. Следовательно, тактовая частота линейного сигнала удваивается и скорость передачи в линии становится вдвое больше исходной последовательности. К линейным кодам класса 1В2В относятся:

- BI-L (биимпульсный абсолютный);

- BI-М (биимпульсный относительный М);

 -BI-S (биимпульсный относительный S);

- DBI (дифференциальный бифазный);

- CMI (с инверсией групп символов);

- MCMI (модифицированный CMI) и ряд других.

Линейные коды класса mBnB, где m ≥ 2, а n > m, называют алфавитными или табличными, т.к. при их формировании используются две - три таблицы кодирования, обеспечивающие балансировку числа логических символов «1» и «0». В кодах этого класса последовательность исходного сигнала разбивается на отрезки (блоки), состоящие из m бит, и преобразуется в определенную последовательность (блок) кодовых символов n. Широкое применение получили коды 2В3В, 2В4В, 3В4В, 5В6В, 7В8В.

При формировании кодов со вставками предусмотрено разбиение исходной последовательности на блоки из m символов и присоединение к этим блокам дополнительных служебных символов. Примерами кодов со вставками являются: mB1C; mB1P; mB1P1R. При формировании кодов mВ1С к информационным символам m добавляется один дополнительный С, который имеет значение, инверсное последнему из m.

Если последний из m будет «1», то символ С будет  «0», и наоборот, если последним из m будет «0», то символ С будет «1» (3В1С, 8В1С). В кодах mВ1Р m – число информационных символов, Р – дополнительный символ. Если число единиц в блоке m нечетное, то символ Р принимает значение «1», а если нечетное, то символ Р равен «0» (10В1Р, 17В1Р). Если требуется организация служебной связи в линейном тракте, то исходная двоичная последовательность кодируется по алгоритму mВ1Р, а затем добавляется еще один бит R – для служебной связи. Получается линейный код mB1P1R. Пример: 10B1P1R.

Многоуровневые коды могут применяться в оптических системах передачи при внешней модуляции излучения и также в случае строго линейных модуляционных характеристик прямой модуляции. В качестве примера можно назвать линейное трехуровневое кодирование HDB-3орt, предусмотренное рекомендацией МСЭ-Т G.703 [82].

Алгоритм формирования скремблированного линейного сигнала

Скремблированием называется операция, приводящая к изменению статистических характеристик двоичного цифрового сигнала таким образом, что бы вероятности появления 1 и 0 в скремблированном двоичном сигнале были примерно одинаковы, и при этом исключалась бы возможность появления длинной последовательности одинаковых символов 1 или 0.

Для восстановления из скремблированного сигнала исходного двоичного сигнала необходимо произвести операцию дескремблирования обратную преобразованию в скремблере. Эта группа символов образует синхрослово. Скремблирование осуществляют при помощи устройств, реализующих логическую операцию суммирования по модулю два исходной двоичной последовательности и преобразующего опорного сигнала, в качестве которого используется псевдослучайная последовательность.

При скремблировании линейного сигнала системы SDH группа двоичных символов, расположенная в начале цикла SDH-N не подвергается скремблированию, что необходимо для распознавания цикла на приемной стороне. Обнаружение этого цикла STM-N позволяет запустить процедуру дескремблирования и восстанавливать информационный сигнал из линейного.

Основные достоинства скремблирования:

-   стабильность скорости передачи по линии;

-   достаточно точное выделение тактовой частоты;

- скремблер делает любой информационный сигнал помехоустойчивым

  при передаче по ВОЛС.

Недостаток:

- возможность размножения ошибок.

После скремблирования происходит формирование линейного сигнала NRZ. Пример формирования сигнала в коде NRZ приведен на рисунке 1.39.

 Рисунок 1.39.  Формирование линейного сигнала NRZ

Алгоритм формирования безызбыточных кодов.

Достоинством этих кодов является то, что они просты при формировании. Ниже приведены временные диаграммы (с их помощью закодирована одна последовательность) формирования символов линейного сигнала безызбыточных кодов (рисунок 1.40).Абсолютный код NRZ-L, где единицы передаются высоким логическим уровнем на всем тактовом интервале.

Абсолютный код RZ-L, с возвращением к нулю ( пятьдесят процентов -время передачи импульсной посылки на тактовом интервале).

Относительный код NRZ-S - изменение состояния происходит только при низком уровне сигнала: единичная посылка не меняет состояние. Нуль меняет передаваемый символ на противоположный.

Относительный код NRZ-M: управление состоянием линейного кода высоким уровнем информационного сигнала и не зависит от низкого уровня информационного сигнала. Каждая информационная единица меняет состояние на выходе кодера.

Применение безызбыточных кодов не устраняет длинных серий единиц или нулей в линейном сигнале.

Безызбыточность исключает возможность контроля за качеством работы регенераторов без прерывания связи, поскольку любые комбинации импульсов и пауз при таком кодировании являются разрешенными. Безызбыточные коды формата NRZ редко применяют в оптических системах передачи ввиду того, что в спектре присутствуют постоянные составляющие (низкочастотные спектральные составляющие), которые подавляются и в оптических передатчиках и в оптических приемниках, что сильно искажает информационный сигнал.

Уйти от недостатков можно только путем избыточного кодирования.

Алгоритм формирования избыточных кодов.

Формирование линейных сигналов в классе кодов 1В2В. Широкое распространение кодов класса 1В2В обусловлено простотой формирования и требуемыми характеристиками. Среди этих кодов наибольшее применение получили:

- BI-L, Biphase-Level – абсолютный биимпульсный;

- DBI, Differential  Biphase – дифференциальный бифазный;

         - BI-М, BI-S, Biphase Markand Space – бифазный относительно единицы и нуля;

         - CMI, Complemented Mark Inversion – с инверсией групп символов;

           - MCMI -  модифицированный CMI.

                                                                                                                    Таблица 1

Код MCMI предназначен для преобразования троичного сигнала HDB-3 (High Density Bipolarof Order - 3) в биимпульсный по правилу, приведенному в таблице 2.

Таблица 2.

Примеры формирования линейных сигналов ВОСП в кодах класса 1В2В представлены на рисунке 4.

К достоинствам линейных кодов класса 1В2В относят малое число последовательностей одинаковых символов, малые размеры схем кодеров/декодеров, хорошую сбалансированность и устойчивый тактовый синхронизм. Недостатком этих кодов можно считать двукратное увеличение скорости передачи и, соответственно, расширение полосы частот сигнала. На рисунке 1.41 приведены спектральные характеристики для сигналов в кодах 1В2В.

Единственным видом избыточного кода, нашедшего применение в системах передачи SDH с электрическим интерфейсом, является код CMI (Coded Marc Inversion – код с инверсией символов). Код CMI используется при передаче линейного сигнала STM-1 по цифровым радио- релейным линиям связи и показан на рисунке 6. Этот код относится к относительным кодам типа «Манчестер». В коде CMI поочередно символами +1 и –1 в формате NRZ кодируются только «единицы» исходной последовательности на интервале времени тактового интервала Тти, «нуль» же кодируется неизменно блоком –11 в формате RZ для двухполярного сигнала на том же интервале Тти, что и обеспечивает в спектре наличие дискретной составляющей fт = 1/Тти. Избыточность кода CMI легко перераспределить на обслуживание служебного канала. С этой целью можно использовать «запрещенный» в обычном режиме блок 1–1, а также нарушение чередований +1 и –1. Конечно, на время служебной связи следует предусматривать блокировку систем контроля ошибок.

Основным преимуществом кода CMI является гарантированное выделение тактовой частоты fт из принимаемого линейного сигнала.

Недостаток CMI – это возможность группирования трех символов «единиц» или «нулей».

Код СМI рекомендован МСЭ-Т (МККТТ) к использованию в системах связи. Можно отметить, что все коды с поочередной инверсией токовых сигналов типа CMI относительно легко сопрягаются с системами, использующими троичные сигналы. Форма оптического сигнала с кодом CMI является по существу повторением электрического сигнала CMI без передачи отрицательных по знаку компонентов

линейного сигнала (рисунок 1.42).

1.42. – Формирование линейного сигнала с кодом CMI

Формирование линейных сигналов в классе кодов nBmB.

Блочные коды могут быть с постоянной или переменной длиной блоков. В ВОСП используются коды с постоянной длиной блоков, формируемые как nBmВпо соответствующим таблицам. Примеры таблиц приведены ниже в таблице 3.

Таблица 3

Представленный пример отражает принцип взвешенного кодирования с проверкой на четкость и разными алфавитами. При взвешенном 167 кодировании все комбинации из m символов (в примере m = 3) исходного двоичного кода общим числом 2m (в примере 23 = 8) разбивается на две группы. В каждой комбинации каждой группы выбирается n > m (в примере n = m + 1), но таким, что для первой группы n содержит постоянное число единиц с равным весом (в примере диспаритетность D = 0 для 0101, 1001, 0110, 1010), а комбинации n второй группы кодируются поочередно в блоки с неравенством единиц и нулей (в примере это 1110 и 0100 различного диспаритета +D и –D соответственно). Кроме того, может выбираться подходящий алфавит. Как видно из таблицы 3, не- которые блоки n вообще исключены из алфавитов, например, 0000 и 1111.

Другой пример блочного кодирования представлен на рисунке 1.43. Сбалансированное блочное кодирование обеспечивает устойчивый тактовый синхронизм приемника, надежное обнаружение ошибок при подсчете цифровой суммы, увеличение тактовой частоты заметно меньшее, чем при кодировании 1В2В. Энергия непрерывной составляющей сигнала в кодах mВnВ сосредоточена в узком спектре частот и не содержит постоянной составляющей. Пример энергетического спектра кода 5В6В приведен на рисунке 1.44.

Рисунок 1.43. Сигнал в коде 4В5В – NRZ

Рисунок 1.44. Спектральная характеристика кода 4В5В

Достоинством кодов класса mBnBявляется возможность контроля ошибок простейшим способом ироверки на четность (нечетность) путем ввода на mсимволов одного избыточного импульса (n=m+1). Такое кодирование обозначают mB1P.  Контроль ошибок также возможен по такому признаку линейного цифрвого сигнала, как максимальная длина последовательностей из «1» и «0».

Иногда дополнительный импульс вводят в линейный код для формирования сигналов блочной синхронизации, и такие коды называаются mB1C.

Если введение импульсов предназначается для обеспечения и проверки на четность (нечетность), и блочной синхронизации,то получается комбинированный код mB1P1C.

Кроме того ряд кодов позволяет организовать эффективную передачу сигналов служебной связи, телемеханники и телеконтроля в низкочастотной части энергетического спектра, а также использовать для этой цели некоторую структурную избыточность этих кодов.