Кодирование в цифровых системах связи

При квантовании непрерывного сигнала формируется поток бит, который оптимален с точки зрения уменьшения ошибок квантования, но не пригоден для передачи по каналу связи по ряду причин:

- выходной цифровой поток имеет широкий спектр, что затрудняет его передачу по каналу связи с ограниченной полосой пропускания и осложняет процесс регенерации сигнала синхронизации.

- спектр сигнала имеет много низкочастотных составляющих, которые могут интерферировать (смешиваться) с составляющими передаваемого низкочастотного сигнала.

- спектр содержит большую постоянную составляющую, что усложняет процесс фильтрации.

Для оптимизации спектра сигнала, передаваемого в линию связи, используется линейное кодирование, которое должно обеспечить:

- минимальную спектральную плотность на нулевой частоте и ее ограничение на нижних частотах.

- информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала в виде дискретной составляющей, легковыделяемой на фоне непрерывной части спектра.

- непрерывный спектр должен быть узкополосным для передачи через канал связи без искажений.

- малую избыточность, для снижения относительной скорости передачи в канале связи.

- минимально возможные длины блоков повторяющихся символов («1» или «0») и диспаритетность (неравенство числа «1» и «0» в кодовых комбинациях).

Для линейного кодирования число уровней входного сигнала , а число уровней выходного сигнала  может быть 2 (двухуровневые), или 3 (трехуровневые). Двухуровневое кодирование может быть однополярным (+1, 0) и двухполярным (+1, -1); трехуровневые – однополярным (+2, +1, 0) и двухполярным (+1, 0, -1). Например, электрические линии связи могут использовать как однополярные, так и двухполярные сигнала, а оптические линии – только однополярные.

В различных методах кодирования 1 может быть представлена положительным импульсом или переходом в центре импульса с +1 на 0 или -1. Ноль может быть представлен отсутствием импульса (0) или отрицательным импульсом (-1), а также переходом в центре импульса с -1 на 0 или +1.

Опишем такие основные виды кодов:

NRZ – not return to zero – основополагающий двухуровневый код без возвращения к нулю. Может быть как однополярным, так и двухполярным. При этом «1» передается положительным импульсом, а «0» - либо отсутствием импульса, либо отрицательным импульсом.

RZ – return to zero – основополагающий трехуровневый код с возвращением к нулю. При этом «1» передается переходом в центре импульса с +1 на 0, а «0» - переходом в центре импульса с -1 на 0.

ADI – alternate digital inversion – двоичный код с инверсией полярности сигнала на каждом втором двоичном разряде независимо «1» это или «0». В результате формируется двухполярный двухуровневый код.

AMI – alternate mark inversion – двоичный код RZ с инверсией на каждой «1». Может быть получен из кода ADI путем инверсии каждой четной «1». При нуле состояние импульса не меняется. Является двухполярным трехуровневым кодов.

CMI – coded mark inversion – двухуровневый код без возвращения к нулю, где каждая «1» ставиться в соответствие к комбинации «11», либо «00» - инверсия четных единиц. А «0» – изменением полярности в центре каждого импульса, т.е. в соответствие ставится комбинация «01». Является разновидностью кода 1b2b.

MBNB – общее обозначение класса блочных кодов, где M – дина (в битах) блоков, на которые разбивается исходная ИКМ последовательность, а N – соответствующая им длина (в битах) блоков, составленных из кодовых символов. Наиболее известным является класс 1B2B, в котором 1 бит исходной ИКМ последовательности длительностью T кодируется комбинацией из 2 бит длительностью  (относительная скорость передачи при этом в каналах связи возрастает в 2 раза). К этому классу относится код Миллера. Код Миллера строится в соответствии с графом, где в узлах показаны комбинации кода Миллера, а переходы между узлами соответствуют изменению состояния исходного ИКМ кода.

Если начальные состояние ИКМ кода «1», то в графе Миллера преобразование начинается с узла «11». Если начальное состояние «0», то – с узла «00». Если кода 110, то в соответствии с графом Миллера мы получим такие комбинации: 1 – в 11, 1 – в 10, 0 – в 00. Для указанной выше ИКМ последовательности при помощи графа Миллера мы получили такие комбинации: