31-01-2015_09-20-05 / Методические указания к выполнению лабораторной работы 4 по ЦСП

При кодировании обычно используются простые таблицы перекодировки, устанавливающие соответствие между входными и выходными кодовыми комбинациями. Очевидно, что такой способ кодирования незначительно усложняет оконечное оборудование коммутаторов и маршрутизаторов.

Таблица 10.1 – Соответствие входных и выходных кодовых комбинаций для кода 4B5B

Исходная кодовая комбинация	Кодовая комбинация линейного кода
0000	11110
0001	01001
0010	10100
0011	10101
0100	01010
0101	01011
0110	01110
0111	01111
1000	10010
1001	10011
1010	10110
1011	10111
1100	11010
1101	11011
1110	11100
1111	11101

Следует, однако, заметить, что код 4B5B не является полностью самостоятельным, поскольку в таком виде сигнал по линии передавать все равно невозможно, поэтому полученные кодовые комбинации длиной 5 бит затем преобразуются в другой линейный код, например, NRZI или MLT-3.

К недостаткам такого кода следует отнести некоторое увеличение ширины спектра сигнала. В частности, для технологии Fast Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/c, передающее и приемное оборудование работают на повышенной частоте – 125 МГц. Такое расширение спектра является расплатой за преимущества избыточного кодирования. Однако спектр кода 4B5B все же остается уже спектра манчестерского кода.

11 Многоуровневые коды

Рассмотренные ранее коды если и используют расширенное кодовое пространство из трех уровней, то в первую очередь с целью устранения постоянной составляющей и улучшения хронирующих свойств сигнала. При этом скорость передачи информации, как правило, не изменяется. Однако, в случае наличия ограничений на полосу пропускания линии, зачастую требуется увеличить скорость передачи информации, не изменяя ширину спектра сигнала. Этого можно достичь, используя так называемые многоуровневые коды, в которых увеличенное число уровней линейного сигнала позволяет увеличить именно информационную скорость сигнала. При этом скорость передачи информации можно оценить по следующей формуле:

R B log2 L,

где R – скорость передачи информации, бит/с;

B – электрическая (бодовая) скорость, равная 1/T, или скорость передачи символов, Гц или бод;

L – число уровней линейного сигнала.

Электрическая скорость, численно равная 1/T, которую также называют скоростью передачи символов, измеряется в бодах и показывает, сколько символов многоуровневого сигнала передается за секунду. Под символом понимается фрагмент сигнала, в течение всей длительности которого его параметры (амплитуда, частота или фаза) не меняются. Следует различать понятия информационной и электрической скорости: они будут равны только в случае передачи сигнала по линии в двоичном коде, когда за один такт (символ) передается один бит информации; во всех остальных случаях они могут различаться. На рисунке 11.1 показан пример восьмиуровневого кода, в котором за один символ передается сразу три бита информации.

Рисунок 11.1 - Многоуровневый код, использующий восемь уровней для передачи трех бит информации за один такт

Следует заметить, что за увеличение скорости передачи информации приходится расплачиваться: системы с передачей многоуровневых сигналов хотя и обеспечивают повышения скорости передачи, но требуют существенного отношения сигнал/шум при заданной вероятности ошибок. Действительно, поскольку число уровней увеличилось, то расстояния между смежными уровнями сигнала стали меньше, поэтому помеха уже гораздо меньшей амплитуды может привести к возникновению ошибки на приеме.

Если передача многоуровневых кодов использовалась бы на проводных линиях связи, то для достижения требуемой вероятности ошибки пришлось бы сблизить регенераторы. В то же время чем ближе расположены регенераторы, тем меньше становится затухание (искажение особенно проявляется на высоких частотах) и, следовательно, может быть увеличена скорость передачи обычного двоичного сигнала без использования различных многоуровневых кодов. Таким образом, в проводной линии главным ограничивающим фактором является затухание на высоких частотах, а не полоса частот. Отсюда следует, что наиболее предпочтительной областью применения многоуровневых кодов являются радиосистемы или системы передачи данных по аналоговой телефонной сети (модемы), где полоса частот жестко ограничена.

12 Код 2B1Q

Код 2B1Q относится к классу многоуровневых кодов и заменяет комбинацию из двух бит одним символом с четырьмя возможными уровнями: -2,5 В, -0,833 В, +0,833 В и +2,5 В. На передаче весь цифровой поток разбивается на пары бит, каждая из которых кодируются индивидуально. В таблице 12.1 приведено соответствие комбинаций их двух бит одному из четырех возможных уровней.

Рисунок 12.1 – Код 2B1Q

Таблица 12.1 – Соответствие двоичных символов на входе уровням линейного выходного сигнала для кода 2B1Q

Код	00	01	10	11
Уровень, В	-2,5	-0,833	+2,5	+0,833

Очевидно, что спектр линейного сигнала 2B1Q будет в два раза уже спектра обычной двоичной последовательности импульсов, поэтому скорость передачи информации R при полном использовании полосы частот будет в 2 раза больше скорости передачи символов B. Однако, за достижения высокой скорости передачи информации приходится расплачиваться меньшей помехозащищенностью кода 2B1Q, что требует увеличения мощности передатчика. Действительно, поскольку вместо двух уровней теперь используются четыре, то расстояния между данными уровнями при неизменной мощности передатчика уменьшаются, а к ошибке теперь может привести помеха гораздо меньшей амплитуды.

Другим недостатком кода 2B1Q является несбалансированность постоянной составляющей, поскольку для одинаковой последовательности входных бит выходной сигнал также будет оставаться постоянным. Для устранения данного недостатка цифровой сигнал предварительно подвергается скремблированию.

Задание на лабораторную работу:

1.Изучить принцип формирования символов линейного кода HDB3 (МЧПИ), который является наиболее распространенным кодом среди систем передачи с ИКМ. Для выполнения данного задания необходимо использовать программу «МЧПИ».

Впрограмме в основном окне изображена диаграмма для исходного двоичного сигнала, для которого студенту требуется ввести сигнал в соответствии

слинейным кодированием HDB-3. Нумерация импульсов ведется справа налево. Необходимо для заданной последовательности двоичных символов сформировать выходной сигнал линейного кода путем выбора соответствующих амплитуд сигналов: 0, +1 и -1. Ввод амплитуды очередного сигнала осуществляется путем нажатия левой кнопки мыши на соответствующей позиции временной диаграммы линейного кода. При вводе значений нужно руководствоваться двумя основными правилами кода HDB-3: правило чередования полярности импульсов и правило

использования специальных вставок. Первое правило заключается в замене всех единичных импульсов на последовательность вида +1, -1, +1, -1 и так далее, где каждый последующий импульс кодируется импульсом противоположной полярности по сравнению с предыдущим; нули при этом остаются без изменений. Правило вставок формулируется следующим образом: каждая комбинация из четырех подряд идущих нулей заменяется на вставку вида 0001 или 1001. Вид вставки зависит от числа единичных элементов с момента последней вставки: если число единичных импульсов с момента последней вставки (или с момента начала кодирования) – нечетное, то используется вставка вида 0001, если четное – то вставка второго вида – 1001. Полярность импульсов внутри вставки определяется следующим правилом: для вставки вида 0001 полярность импульса во вставке совпадает с полярностью последнего единичного импульса линейного кода до этой вставки, а для комбинации вида 1001 оба импульса во вставке имеют одинаковую полярность, противоположную последнему импульсу до вставки (рисунок 2).

Интерфейс программы показан на рисунке 1.

При вводе значений следует помнить следующее: в данной программе отчет импульсов ведется справа налево, то есть самый первый импульс будет справа, причем он должен быть установлен в +1 (импульс красного цвета).

Рисунок 1 – Интерфейс программы МЧПИ

Рисунок 2 – Виды вставок, используемые линейным кодом HDB-3

2.Для заданной последовательности символов двоичного кода (таблица 1) сформировать три эпюры линейных кодов. В выводе к лабораторной работе привести основные преимущества и недостатки указанных видов линейных кодов, а также привести примеры их использования в ЦСП на практике.

Таблица 1 – Индивидуальные задания на лабораторную работу по вариантам

	Вариант		Кодовая	Линейный код	Линейный код	Линейный код
			комбинация	№1	№2	№3
1			00110101011110	HDB-3	NRZ	CMI
2			11101111000100	NRZ	AMI	Отн. биимп.
3			10010000011100	AMI	CMI	Абс. биимп.
4			10001111111110	2B1Q	AMI	NRZ
5			10101011110100	4B3T	CMI	HDB-3
6			00001011110110	PST	HDB-2	CMI
7			00101111101110	HDB-2	4B3T	AMI
8			11111111100100	AMI	PST	Отн. биимп.
9			00000111111000	CMI	Абс. биимп.	B2ZS
10			00011110111100	NRZ	4B3T	PST

11	10011101010111	4B/5B	NRZ	CMI
12	11111110111000	NRZ	AMI	Отн. биимп.
13	01001010111110	AMI	CMI	Абс. биимп.
14	01110111111000	2B1Q	AMI	NRZ
15	10101111100010	4B3T	CMI	HDB-3
16	10100101011111	PST	HDB-2	CMI
17	00101010110110	HDB-2	4B3T	AMI
18	01001101111100	AMI	PST	Отн. биимп.
19	10101111110100	CMI	Абс. биимп.	B8ZS
20	01010111111111	NRZ	4B3T	PST

Пример выполнения задания:

Требования к отчету:

Отчет о проделанной работе должен быть оформлен в полном соответствии с СТО 4.2-07 «Система менеджмента качества. Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности» и включать в себя: титульный лист, цель лабораторной работы, графики линейных сигналов и заключение. После представления отчета преподавателю требуется ответить на контрольные вопросы, а в случае успешной защиты отчет сдать преподавателю.

Вопросы к защите:

1.Искажения в цифровом линейном тракте и методы их исправления.

2.Понятия алфавитного и неалфавитного кода. Параметры кода.

3.Основные виды линейных кодов.

4.Спектр обычного двоичного однополярного кода.

5.Параметры и частотный спектр кода NRZ. Область применения.

6.Параметры и частотный спектр кода AMI. Область применения.

7.Параметры и частотный спектр абс. биимпульсного кода. Область применения.

8.Параметры и частотный спектр относит. биимпульного кода. Область применения.

9.Параметры и частотный спектр кода HDB-3. Область применения.

10.Параметры и частотный спектр кода CMI. Область применения.

11.Параметры и частотный спектр кода 2B1Q. Область применения.

Список литературы:

1.Баева Н.Н. Многоканальные системы передачи / Н.Н. Баева, В.Н. Гордиенко, С.А. Курицын, А.Ю. Персианов. – М.: Радио и связь, 1997. - 555 с.

2.Крухмалев В.В. Цифровые системы передачи / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов. – М.: Горячая Линия - Телеком, 2007. - 352 с.

3.Баева Н.Н. Многоканальная электросвязь и РРЛ.- М.: Радио и связь, 1988. – 312 с.

4.Зингеренко А.М., Баева Н.Н., Тверецкий М.С. Системы многоканальной связи.-

М.: Связь, 1980 г.

5.Гитлиц М.В., Лев А.Ю. Теоретические основы многоканальной связи: Учеб. пособие для вузов связи. - М.: Радио и связь ,1985. - 248 с.

6.Скалин Ю.В. Цифровые системы передачи: Учебник для техникумов.- М.: Радио и связь, 1988. - 272 с.

7.Берганов И.Р. и др. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи: Учеб. пособие для вузов / И.Р. Берганов, В.Н. Гордиенко, В.В. Крухмалев. - М.: Радио и связь, 1989. - 272 с.