Введение избыточности в бинарный сигнал

Избыточность в бинарный сигнал вводится за счет добавления дополнительных кодовых посылок и записывается кратко mBnВ, т.е. блок из m бинарных (В)посылок заменяется блоком из n би­нарных посылок при m<n. Такие коды принято называть блоч­ными кодами. Из всех возможных кодов mВnB, испытанных на экспериментальных линиях, наиболее приспособленными с точки зрения перечисленных выше требований являются коды: 1В2В, 2В3В, 3В4В, 5B6B, 6В8В, 17В18В, 32В33В. Частота следования кодовых посылок в цифровом сигнале при mВnВ пропорциональна величине m/n, поэтому коды 5В6B, 17В18В, 32В33В получили наибольшее распространение в первых экспериментальных разработках, когда ВОК выполнялся на основе ступенчатого оптического волокна, имеющего полосу пропускания 30 – 60МГц∙км.

Коды 2В3B, ЗВ4В, 5В6В имеют по 2алфавита – два соответствия между кодовый словом mВ и кодовым cловом nВ. Кодовые слова из n бинарных посылок имеют 2ⁿ различных комбинаций, для передачи информации из них выбрано и объединено в 2 алфавита более чем 2^m кодовых слов. Выбор кодовых cлов и их объединение выполняется в соответствии с требованием минимизации разницы между количеством нулей и единиц в линейном сигнале (минимизация текущего баланса).Выполнение этого требования обеспечивает подавление низкочастотной составляющей энергетического спектра сигнала. Кроме того, ограниченный текущий баланс позволяет осуществлять оперативный контроль ошибок в регенераторе без перерыва связи посредст­вом проверки границ текущего разбаланса без декодирования линей­ного сигнала. При коде 5В6В оконечное оборудование линейного трак­та и устройство контроля ошибок имеют сложные схемы и в настоящее время этот код не используется. По этой причине не нашли широкого применения коды 2ВЗВ и ЗВ4В.

При кодах I7BI8B и 32В33В кодовое слово состоит соответственно из 17 и 32 посылок скремблированного бинарного сигнала, а одной добавочной посылки, позволяющей получить четкое количество единиц в кодовом слове. Эти коды позволяют выполнить опера­тивный контроль ошибок относительно простыми схемами, однако, тре­буют схем стабилизации оптической мощности передатчика и схемы восстановления низкочастотной составляющей непрерывной части энер­гетического спектра перед решающим устройством регенератора. Эти коды могут быть перспективными при реализации третичных и четве­ричных систем ВОСС.

Избыточность кода 1В2В позволяет создать несколько алгорит­мов, удовлетворявших поставленным требованиям.

Рассмотрим код BIF. Это код, в котором кодовым посылкам исход­ного бинарного сигнала «0» и «1» ставятся в соответствие кодовые слова из двух посылок вида 01 и 10. Так как в каждом кодовом слове баланс нулей и единиц минимален (равен 0), то низкочастотная составляющая непрерывной части энергетического спектра сигнала подав­лена, кроме того для случайного бинарного сигнала, у которого соседние посылки не зависимы и вероятность появления символов равна 0,5, в энергетическом спектре отсутствуют дискретные составляющие. Таким образом, энергия сигнала заключается в неп­рерывной части энергетического спектра и используется для передачи информаций. Поэтому при использовании рассматриваемого кода обеспечивается наибольшая помехоустойчивость при реализации оптимально­го приема, что особенно важно при организации соединительных линий, когда длина участка регенерации ограничивается затуханием кабеля, а не дисперсией. Для этого кода оконечное оборудование линейного тракта, реге­нератор и устройства контроля ошибок имеют простое схемы реализации. Таким образом, этот код является одним из основных для световодных систем передачи. Недостаткам BIF следует считать необходимость цепи восстановления фазы хронирующего колебания по статистическим свойствам цифрового сигнала помимо цепи восстановления хронирующего колебания по частоте.

Рассмотрим код СМI. Это код, в котором кодовой посылке бинар­ного сигнала «0» ставится в соответствие кодовое слово 01, а «1» – попеременно кодовое слово 11 или 00.Чередование кодовых слов 11 и 00 и передача «0» кодовым словом 01 позволяет подавить низ­кочастотную составляющую непрерывной части энергетического спектра. Передача «0» кодовым словом 01 обеспечивает в энергетическом спектре наличие дискретной составляющей с тактовой частотой f_Tсигнала. Это способствует устойчивой работе декодера на приемной стороне линейного тракта, поскольку информация о частоте и фазе хронирующего колебания выделяется непосредственно из линейного сигнала. Кроме того, если код СМI используется одновременно как код стыка и код линии, то оконечное оборудование линейного тракта значительно упрощается, поскольку отпадает необходимость в преоб­разовании кода стыка в код линии и обратно.

В связи с указанными достоинствами код СМI наиболее пригоден для соединительных линий городской сети связи при передаче цифро­вых сигналов вторичной итретичной систем. Помехоустойчивость ре­генератора при коде СМI ниже на ~4 дБ по сравнению с регенерато­ром при коде BIF,что несущественно для городской сети связи, так как городcкая cеть проектируется c учетом роста емкости соедини­тельных линий в перспективе на 15 – 20лет. Поэтому при проектировании городских ВОСС делается запас по затуханию, позволявший в будущем использовать системы следующих ступеней иерархии.

Рассмотрим код Миллера. Это код, в котором кодовой посылке «0» бинарного сигнала ставится в соответствие кодовое слово 11 или 00, а кодовой посылке «1» – 01 или 10, причем последовательность нулей бинарного сигнала передается чередованием кодовых слов 11 или 00; при других комбинациях посылок бинарного сигнала первая кодовая посылка кодового слова должна быть такой же, как последняя посылка предыдущего кодового слова. Например, бинарная последовательность 01100 передастся в линейном тракте последователь­ностью 1110011100.

В результате соседние переходы вида 10 или 01 в линейном сиг­нале будут находиться не ближе, чем на тактовый интервал Т и не дальше, чем на 2Т, вследствие чего основная часть энергетического спектра линейного сигнала сосредоточена в области ниже тактовой частоты f_T и низкочастотная составляющая энергетического спектра оказывается частично подавленной (составляет l/3 от низкочастот­ной составляющей бинарного сигнала в формате NRZ. Контроль за появлением переходов c частотой большей 1/T позволяет просто осуществить оперативный контроль за появление ошибок в регенераторе.

Приведенное описание наиболее распространенных кодов, а также анализ опыта проектирования отечественных и зарубежных систем позволяет сделать вывод о том, что для вторичных систем ИКМ перспек­тивны коды BIF и СМI; для третичных и четверичных - код СMI, код Миллера, скремблированныи бинарный сигнал в формате NRZ; для систем ИКМ следующих ступеней иерархии – скремблированный бинарный сигнал в формате NRZ.