Вопрос: Линейные коды восп.
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 n возможных значений уровня цифрового сигнала (n = 2, 3, 4...). Однако в цифровых ВОСП использование кода с основанием n>2 (многоуровневые коды) не нашло широкого применения. 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.
К линейным кодам ВОСП предъявляются следующие основные требования:
Непрерывная часть энергетического спектра кода должна быть сосредоточена в относительно узкой части спектра и иметь минимальную спектральную плотность на нулевой частоте, а также НЧ и ВЧ составляющие. Это связано с требованием безыскаженной передачи принимаемого цифрового сигнала. Второй причиной является то, что оптическую мощность излучателя, зависящую от окружающей температуры, можно стабилизировать путем введения отрицательной обратной связи по среднему значению излучаемой мощности только при отсутствии НЧ части спектра линейного кода.
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.
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.
Алгоритм формирования цифрового сигнала должен позволять надежно контролировать качество (достоверность) передачи в процессе автоматической эксплуатации ВОСП путем контроля ошибок регенераторов. Линейный код имел малую избыточность для снижения соотношения между скоростью передачи в линии и скоростью исходных двоичных сигналов и повышения эффективности ВОСП.
Линейный код позволил обеспечить передачу сервисных сигналов.
Линейный код не должен приводить к существенному размножению ошибок при декодировании. Устройства кодирования, декодирования и контроля ошибок должны быть простыми, надежными и малоэнергоемкими с возможностью интеграции схемы.
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.
Систематическое фазовое дрожание должно быть низким. Подавление систематического дрожания фаз важно для поддержания хороших передаточных характеристик.
Совместимость с существующими кодами для электрических кабельных линий связи.
Возможность менять число каналов (расширение числа каналов).
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.
Рисунок 3.13 – Классификация кодов.
К безызбыточным кодам относятся линейные коды NRZ-L (абсолютный NRZ код) и относительные NRZ-M, NRZ-S коды. Информационные импульсы этих кодов имеют длительность T; при этом «1» — активная длительность и «0»—пауза, простирающаяся на весь тактовый: интервал. Очевидно, что скорость передачи в линии при передаче этих кодов не изменяется.
NRZ-Z: абсолютный БВН код, со скважностью q=1 является исходным.
NRZ-M: относительный БВН код, q=1 является вариантом NRZ-Z. От «0»- повтор предыдущего символа, от «1» альтернативный символ.
NRZ-S: Относительный БВН код, q=1 также является вариантом NRZ-Z при »1» происходит повтор предыдущего символа, при «0» появление альтернативы.
Коды RZ – это коды ВН, его можно рассматривать как избыточный так как из вариантов блоков (00,11,01,10) в нем используется 00 и 10 , появление блоков 11 и 01 будет указывать на ошибку. Может быть 50% и 25% соответственно со скважностями q=2 и q=4, но во 2-ом случае из-за высокой ширины спектра этот код широкого применения не получил.
Под линейными кодами класса 1В2В понимают коды, в которых осуществляется преобразование одного бита исходного ИКМ-сигнала длительностью Т в комбинацию из двух символов, каждый из которых имеет длительность Т/2 (следовательно, скорость передачи в линии в 2 раза выше скорости исходной последовательности).
К линейным кодам класса 1В2В относятся BI-L (биимпульсный абсолютный), DBI (дифференциальный бифазный), BI-M (относительный тип М), BI-S (относительный типа S), ЕР-1 (электронно-фотонный типа 1), ЕР-2 (электронно-фотонный типа 2), Миллера, CMI (код с обращением), Радева—Стоянова.
BIL: «1» в нем представлены блоком «10» , а «0» блоком «01» можно наоборот.
DBI: «1» блок «10» или «01» При этом «1» даёт повтор предыдущего блока «0» -альтернативу, блоков «11» и «00» нет.
BIM: «1»- «10» или «01» ,а «0» «00» или «11» и в начале блока есть переход «1» в «0» и «0» в «1».
BIS: «1»-«11» или «00», а «0» -«10» или «01» также есть переход как в BIM.
EР-1: «1» поочередно кодируется блоками «11» и «00», а «0» блоками «10» или «01». но так чтобы 1-й символ блока не отличался от последнего символа предшествующего блока.
CMI: «1» передаётся чередующимися блоками «11» и «00»,а «0» одним из блоков «10» или «01», но на всём протяжении.
а)
б)
Рисунок 3.14 – Формирование линейных кодов: а - Миллера; б - Радева-Стоянова
Блочные коды (mBnB). Имеют постоянную или переменную длину. В ВОСП обычно используется коды с постоянной длиной m>2,n>m. Чаще всего n=m+1.
Формирование блочных кодов представляется кодирующими таблицами (алфавитом). В основном используется блочные коды с проверкой на четность или со взвешенным кодированием.
Код с проверкой на четность организуется так: возьмем код на основе NRZ-Z, тогда к символам кода NRZ-Z добавляем «1» или «0» так чтобы число единиц в коде было четным. При нарушении четности можно обнаружить одиночные ошибки. Введение избыточности приводит к высокой скорости.
Коды со ставками. На высоких скоростях применяются коды со вставками. Код со ставкой mВ1С на основе NRZ-Z организуется так. К кодовым символам NRZ-Z добавляет «С-Бит» он инвертируется по отношению к последнему символу, что позволяет устранять длинные серии «1» и «0»
Коды класса 1Т2В используются в случаях, когда ВОСП сопрягается с существующим оконечным оборудованием проводной связи. Ввиду того, что по правилам МСЭ-Т не разрешается вносить какие-либо изменения в оконечное оборудование, возникает задача перекодирования квазитроичных трехуровневых сигналов в двухуровневые.
Если требуется выявить ошибки в линейном коде и одновременно обеспечить служебную связь, то исходная двоичная последовательность кодируется по правилам алгоритма кода mB1P (проверка на четность), а затем добавляется еще один бит—R для служебной связи. Получается линейный код mB1P1R (например, 10B1P1R). Если кроме обнаружения ошибки требуется устранять последовательности одинаковых символов, то исходная двоичная последовательность кодируется по правилам алгоритма кода mB1P, а полученный код кодируется по алгоритму кода mB1C. В результате получаем линейный код mB1P1C.
Особенностью линейных сигналов с позиционно-импульсной модуляцией (ПИМ) является то, что для передачи m бит исходной информационной последовательности используются разрешенные комбинации с единственным импульсом, временное положение (позиция) которого соответствует передаваемой исходной кодовой комбинации. Применению кодов с использованием ПИМ сопутствует ряд трудностей технического характера, особенно при больших значениях m. Поэтому эти коды не нашли практического применения в ВОСП.
Многоуровневые коды могут быть применены для уменьшения быстродействия систем, особенно на одномодовых ОК. Для многомодовых ОК они могут быть использованы при относительно малых затуханиях, высоких скоростях передачи (140 Мбит/с и больше) и больших значениях дисперсии. В настоящее время многоуровневые коды имеют существенно худшие показатели, чем двоичные при малых значениях дисперсии ОК.
Наиболее предпочтительный код определяется конкретными условиями . Четкого разграничения по использованию кодов нет. NRZ-Z –простой имеет узкий спектр, энергетическую эффективность, но высокий уровень НЧ составляющих и нет возможности контролировать ошибки. Применяются редко, лишь при небольшой дальности.1В2В - имеет хорошую сбалансированность, простые кодирующие и декодирующие алгоритмы, но не применяется на высоких скоростях. mВnВ - широко применяются в ВОСП на средних и высоких скоростях, но сложны кодеки. mВ1С- на скоростях >140 МБит/c.