Линейные коды с изменением тактовой частоты.
К числу таких кодов относятся так называемые
алфавитные и многоуровневые коды.
В алфавитных кодах входная последовательность
разделяется на блоки той или иной длины с последующим их преобразованием в
блоки другого кода с тем же или другим основанием и, как правило, с новым
количеством тактовых интервалов, т.е. с новой тактовой частотой. При
перекодировании стремятся исключить использование комбинаций нового кода,
которые содержат в своем составе длинные серии «нулей» (или «единиц»).
Алфавитные коды имеют структуру 
,
где 
- число
символов в кодируемой группе исходной двоичной последовательности;
-
- двоичное
основание;
-
- число
символов в группе “нового” (алфавитного) кода;
-
- основание “нового”
кода.
Основание может быть
двоичным (), троичным (T), четверичным (Q), пятеричным (QI), шестеричным (S), семеричным (Н) и т.д. Например, тип кода 4В3Т указывает на то, что группа из 4-х
двоичных символов преобразуется в соответствующую группу из 3-х троичных
символов. При этом из 
комбинаций
троичного кода используются 
комбинаций.
К числу параметров алфавитных кодов относятся избыточность (r) и
коэффициент изменения тактовой частоты (
), которые определяются соотношениями
соответственно:
; 
. (4.1)
Новое значение тактовой частоты 
связано со
«старым» значением частоты 
соотношением:
. (4.2)
Наиболее простым и эффективным является биимпульсный код 1В2В, в котором двоичный символ исходного
двоичного кода кодируется двумя двоичными символами линейного кода. Например “
Разновидностью кода 1В2В является код СМI, в котором символы «1» исходного кода
передаются чередующимися комбинациями 11 и 00, а символ «0» - комбинацией 01. Комбинация
(символы) 11 представляют собой импульс с длительностью, равной тактовому
интервалу, а комбинация (символ) 00 – паузу той же длительности. Символы 01
представляют собой паузу (0) и импульс(1), длительность каждого из которых
равна половине тактового интервала. В рассмотренном варианте кода СМ1
постоянная составляющая неизменна.
В другом варианте кода СМ1 передаваемые символы
поочередно инвертируются, т.е. единицы исходного кода передаются в виде 11 или
-1-1, а нули – в виде 0-1 или 0 1. Постоянная составляющая такого кода равна
нулю.
Меньшей избыточностью обладает и в меньшей степени
увеличивает тактовую частоту (является узкополосным) код 5В6В, используемый в
ЦСП ИКМ-480С. При выборе из 
необходимых 
кодовых
комбинаций в первую очередь выбирают те, которые имеют одинаковое число 1 и 0.
Их количество 
. Для остальных 12-ти формируют две группы по 12
шестиразрядных кодовых комбинаций в каждой. В одну из них отбирают комбинации,
каждая из которых содержит 4 «единицы», а в другую – комбинации, содержащие 2
«единицы». Каждой из 12-ти пятиразрядных комбинаций ставят в однозначное
соответствие две шестиразрядные, одна из которых содержит 4 «единицы», а другая
– 2. При последовательной передаче одинаковых пятиразрядных комбинаций
соответствующие им шестиразрядные комбинации чередуются, за счет чего
сохраняется неизменность постоянной составляющей. При необходимости для
формирования линейного сигнала постоянную составляющую легко устранить,
преобразовав код в двоично-симметричный, в котором «1» и «0» отображаются разнополярными импульсами. Увеличение тактовой частоты в
ЦСП ИКМ-480 до величины 
компенсируется
более высокой помехозащищенностью линейного сигнала, который представляет собой
двоичный униполярный относительный код 5В6В с длительностью импульсов, равной
тактовому интервалу (код NRZ).
Оставшиеся 20 шестиразрядных комбинаций не
используются для передачи, поэтому обнаружение их в принимаемом сигнале
указывает на наличие ошибок или на нарушение синхронизации.
Следует заметить, что линейные сигналы, формируемые на
базе кодов nBkB, являются униполярными. Вместе с тем,
в этих кодах, как и при скремблировании, постоянная составляющая
изменяется в небольших пределах. Это
позволяет при необходимости легко устранить ее из сигнала, а затем восстановить
на приеме.
Как видно из рассмотренного, преобразование исходного
двоичного кода без изменения основания (в код nBkB)
обеспечивает использование требуемого числа кодовых комбинаций из большего их
числа нового кода. Иначе говоря, вводится избыточность, увеличивается число
тактовых интервалов в неизменном промежутке времени. Это преобразование и
приводит к увеличению скорости передачи (тактовой частоты) при использовании
алфавитных кодов nBkB.
В ЦСП, использующих волоконно-оптические линии связи,
модуляция оптического излучения осуществляется двухуровневыми униполярными
сигналами, т.е. используются алфавитные коды nBkB в
сочетании со скремблированием.
Алфавитные коды, у которых 
(многоуровневые коды) обеспечивают снижение тактовой
частоты и тем самым обеспечивают возможность увеличения длины участка
регенерации.
|
Символы двоичного кода |
Символы троичного кода |
|||||
|
М+ |
М- |
|||||
|
0000 |
0 |
–1 |
+1 |
0 |
–1 |
+1 |
|
0001 |
–1 |
+1 |
0 |
–1 |
+1 |
0 |
|
0010 |
–1 |
0 |
+1 |
–1 |
0 |
+1 |
|
0011 |
+1 |
–1 |
+1 |
–1 |
+1 |
–1 |
|
0100 |
0 |
+1 |
+1 |
0 |
–1 |
–1 |
|
0101 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
–1 |
0 |
|
0110 |
0 |
0 |
+1 |
0 |
0 |
–1 |
|
0111 |
–1 |
+1 |
+1 |
+1 |
–1 |
–1 |
|
1000 |
0 |
+1 |
–1 |
0 |
+1 |
–1 |
|
1001 |
+1 |
–1 |
0 |
+1 |
–1 |
0 |
|
1010 |
+1 |
0 |
–1 |
+1 |
0 |
–1 |
|
1011 |
+1 |
0 |
0 |
–1 |
0 |
0 |
|
1100 |
+1 |
0 |
+1 |
–1 |
0 |
–1 |
|
1101 |
+1 |
+1 |
0 |
–1 |
–1 |
0 |
|
1110 |
+1 |
+1 |
–1 |
–1 |
–1 |
+1 |
|
1111 |
+1 |
+1 |
+1 |
–1 |
–1 |
–1 |
Примером такого кода является код 4В3Т и его
разновидность F0M0T, в которых для передачи
комбинаций
двоичного кода используется 16 из 
комбинаций
троичного кода. При этом избыточность кода составляет 
, а коэффициент изменения тактовой частоты 
. Код 4B3T (FOMOT) используется в ЦСП ИКМ-480 
2 Расчетное значение тактовой частоты
составляет 
.
Для формирования кода 4B3T из 27-ми
комбинаций трехуровневого кода используют 6 комбинаций с нулевой цифровой
суммой, 10 – с положительной и 10 – с отрицательной цифровой суммой. Создается
2 троичных алфавита (моды). В положительную моду (М+) входят 6 троичных
комбинаций с нулевой и 10 комбинаций с отрицательной цифровой суммой. В состав
второго алфавита (отрицательная мода – «
М – ») входят те же 6 комбинаций с нулевой и 10 с отрицательной
цифровой суммой. Комбинации с положительной и отрицательной суммой,
соответствующие одной и той же комбинации двоичного кода, взаимно инверсные. В
табл.4.3. приведен вариант кода 4В3Т
Формирование очередной троичной группы определяется значением текущей
цифровой суммы. Если она положительна, то передается комбинация из
отрицательной моды, если она отрицательна или равна 0, то передается комбинация
из положительной моды. Диапазон изменения текущей цифровой суммы включает в
себя значения -2;-1;0; +1 и +2. Ошибки в принятом сигнале обнаруживаются путем
контроля пределов изменения текущей цифровой суммы. Появление цифровой суммы -3
или +4 в моменты, определяемые приемной аппаратурой в качестве граничных между
комбинациями троичного кода, а так же обнаружение в принятом сигнале
запрещенной кодовой комбинации 000, указывает на нарушение синхронизации по
кодовым комбинациям.
Более сложной разновидностью кода 4В3Т является код
FOMOT, которая используется в ЦСП ИКМ-480*2. Для формирования этого кода
использует четыре троичных алфавита. Диапазон изменения текущей цифровой суммы
включает в себя 4 значения: -1; 0; +1; +2, а пределы ее изменения при передаче
первого и второго символов троичной комбинации от -2 до +3. Оптимальный подбор
структуры троичных комбинаций в каждом из четырех алфавитов позволил уменьшить
диапазон изменения текущей цифровой суммы, повысить точность контроля верности
передачи и уменьшить время обнаружения нарушения синхронизации по кодовым
группам.
В многоуровневых кодах каждой возможной n-разрядной
кодовой комбинации двоичного кода ставится в соответствие одно из возможных М
уровней многоуровневого сигнала. При этом число разрядов n связано
с числом уровней М соотношением 
, а новое значение скорости передачи (тактовой
частоты) уменьшается в 
раз 
, где 
и 
- скорость
передачи сигнала со «старым» и «новым» кодом соответственно. Таким образом,
использование многоуровневых кодов обеспечивает передачу информации с большей
скоростью, чем скорость передачи линейных сигналов.
Примером четырехуровневого кода является код 6B3Q, в
котором шестисимвольная комбинация двоичного кода
заменяется трехсимвольной комбинацией четырехуровневого кода с разрешенными
относительными уровнями +0,5, -0,5, 1,5 и -1,5. Примером пятиуровневого кода с
относительными уровнями 0, +1, +2, -1 и -2 является код 2B1QI, в котором двухбитовая комбинация заменяется одним символом пятеричного
кода.
Применение многоуровневых кодов позволяет передавать
цифровые сигналы по аналоговым трактам.
Помимо рассмотренных существует множество линейных кодов других типов, которые не получили широкого распространения [7].
