Технология цифровой связи (стр. 6 из 14)
а) типичная узкополосная цифровая система;
б) эквивалентная модель.
5. Лекция №5. Алгоритмы цифрового кодирования
Цель лекции: изучение алгоритмов цифрового кодирования и видов алфавитных кодов.
Содержание:
а) алгоритмы цифрового кодирования;
б) биполярный метод;
в)псевдотроичный метод;
г)парно-селективный троичный код.
5.1 Алгоритмы цифрового кодирования
К линейным сигналам предъявляются следующие требования:
Спектр сигнала должен быть узким и иметь ограничение как сверху, так и снизу. Чем уже спектр сигнала, тем меньше требуется полоса пропускания фотоприемника, а соответственно, уменьшаются мощность шума и его влияние. Ограничение спектра сверху снижает уровень межсимвольной помехи, а ограничение снизу – флуктуацию уровня принимаемого сигнала в электрической части фотоприемника, имеющего цепи развязки по постоянному току. Минимальное содержание низкочастотных составляющих позволяет также обеспечивать:
устойчивую работу цепи стабилизации выходной мощности оптического передатчика;
код линейного сигнала должен обеспечивать возможность выделения колебания тактовой частоты, необходимой для нормальной работы тактовой синхронизации;
код линейного сигнала должен обладать максимальной помехоустойчивостью, которая позволяет получать при прочих равных условиях максимальную длину участка регенерации;
код линейного сигнала должен обладать избыточностью, которая позволяет по нарушениям правила образования судить о возникновении ошибок;
код линейного сигнала должен быть простым для практической реализации преобразователей кода.
Для формирования линейных сигналов используется блочные коды вида nBmB, где n означает число кодируемых цифровых разрядов, B определяет двоичное основание системы счисления исходного кода, m-число передаваемых по ОВ двухуровневых сигналов, соответствующих n разрядам. Например, 1В2В обозначает, что один цифровой разряд передается двумя сигналами по ОВ и относительная скорость передачи в линейном тракте в два раза выше скорости входных символов.
Наиболее простыми линейными кодами являются так называемые NRZ – коды (без возращения к нулю) и RZ - коды (с возращением к нулю). В NRZ – коде «1» передается импульсами, а «0» - паузой (рисунок 5.1,а). В RZ – коде «1» передается последовательностью из импульса и паузой, причем, имеет в два раза меньшую длительность, а «0», как и раньше, передается паузой (рисунок 5.1,б. Недостатком кода RZ по сравнению с NRZявляется необходимость использования более широкой полосы передачи из-за применения импульсов меньшей длительности, а преимуществом его является то, что источник оптического излучения в этом случае работает в течение меньшего времени и соответственно степень деградации его параметров снижается. Согласно принятому определению RZ – код является примером 1В2В – сигнала. Недостаток рассмотренных кодов заключается в том, что они не удовлетворяют перечисленным требованиям (за исключением последнего пункта), поэтому такие коды могут быть рекомендованы лишь на линиях небольшой протяженности при отсутствии регенерационных участков.
Рисунок 5.1 - Линейные коды
5.2 Биполярный метод
При биполярном методе символу 0 соответствует нулевое значение сигнала на передаче, а символу 1-попеременно значения +А или -А. В связи с этим в американской литературе его называют AMI (AlternateMarkInversion) методом. График передаваемого сигнала показан на рисунке 4.23. Спектральная плотность мощности случайной последовательности сигналов данных относится к одному из типов, приведенных на рисунке 4.23 (кривая 2). Она обращается в нуль на нулевой частоте и на двойной частоте Найквиста 2/N. Таким образом, возможна передача и по линиям, содержащим разделительные трансформаторы. Максимум спектральной плотности прямоугольных импульсов располагается несколько ниже частоты fN.
Для восстановления информации на приеме при использовании сигналов со значениями ±АЕ и 0 пороговый уровень должен быть установлен равным ±АЕ/2.
При таком кодировании возможна только синхронная передача. Последовательность нулей преобразуется на передаче в сигнал с нулевой амплитудой, и восстановление фазы тактов в приемнике невозможно. Поэтому, чтобы сохранить синхронизм между данными и тактами на приеме, необходимо исключить появление длинных последовательностей нулей в передаваемом сигнале, например, путем скремблирования.
Рисунок 4.23 - Графики, иллюстрирующие биполярный метод
5.3 Псевдотроичный метод
При псевдотроичном методе прямоугольные импульсы короче тактового интервала (длительности передачи символа); например, имеют половинную длительность, и поэтому переходный процесс успевает затухнуть до того момента, когда посылается новый импульс.
Кодирование при псевдотроичном методе такое же, как и при биполярном методе, однако единица передается импульсом половинной длительности. Поэтому в американской литературе биполярный метод называют fullbaudedAMI-методом, а псевдотроичный - halfbaudedAMI-методом. Временная диаграмма показана на рис., а спектральная плотность мощности - на рисунке 5.2 (кривая 3).
Рисунок 5.2 - Графики, иллюстрирующие псевдотроичный метод
При одинаковом пиковом напряжении на передаче высота максимума спектральной плотности значительно меньше, чем при биполярном методе; поэтому помехи, создаваемые посторонними системами, меньше, а чувствительность к помехам, напротив, больше, чем при биполярном методе. В отношении остальных свойств оба метода равноценны.
5.4 Парно-селективный троичный код
Алгоритмы замен вида BNZS, описанные в предыдущем подразделе, представляют собой примеры выбора кодов в троичном кодовом пространстве с целью увеличения содержания хронирующей составляющей двоичного сигнала. Еще одним примером является парно-селективный троичный код PST .
Процесс преобразования к коду вида PST начинается с разделения входного двоичного цифрового сигнала на пары битов с целью получения последовательностей кодовых комбинаций из двух битов. Затем эти кодовые комбинации преобразуются для передачи в два троичных символа каждая. Поскольку число двухсимвольных троичных кодовых комбинаций равно девяти, а число двухсимвольных двоичных кодовых комбинаций - только четырем, возможна значительная гибкость в выборе способа преобразования к коду передачи. Наиболее полезный из возможных форматов преобразования приведен в таблице 4.1. Этот конкретный формат не только гарантирует наличие значительной хронирующей составляющей, но и предотвращает плавание постоянной составляющей за счет переключения мод для сохранения баланса между положительными и отрицательными импульсами. Кодовые комбинации выбираются из одного столбца до тех пор, пока не будет передан одиночный импульс '. В этот момент моды в преобразователе кодов переключаются, и кодовые комбинации выбираются из другого столбца до тех пор, пока не будет передан другой одиночный импульс ' (противоположной полярности).
Таблица 5.1- Преобразование к парно-селективному троичному коду
| Двоичный входной сигнал | Мода + | Мода - |
| 00 | ─ + | ─ + |
| 01 | 0 + | 0 - |
| 10 | + 0 | - 0 |
| 11 | + ─ | + ─ |
Потенциальным недостатком алгоритма преобразования к коду PST является то, что двоичный цифровой сигнал должен быть разделен на пары. Следовательно, обратный преобразователь кода PST должен выделять границы пар. Распознавание границ не представляет труда, если передается случайный цифровой сигнал, поскольку при неправильном разбиении на пары в конце концов неизбежно образуются недопустимые кодовые комбинации (++--). Кроме того, структура циклов для временного группообразования обычно обеспечивает автоматическое получение синхронизма по кодовым комбинациям и парам.
6 Лекция №6. Полосовая модуляция и демодуляция
Цель лекции: изучение методов модуляции.
Содержание:
а) методы цифровой полосовой модуляции;
б) многопозиционная модуляция;
в)амплитудная манипуляция;
г) амплитудно-фазовая манипуляция.
6.1Методы цифровой полосовой модуляции
Полосовая модуляция (аналоговая или цифровая) - это процесс преобразования информационного сигнала в синусоидальную волну; при цифровой модуляции синусоида на интервале Т называется цифровым символом. Синусоиды могут отличаться по амплитуде, частоте и фазе. Таким образом, полосовую модуляцию можно определить как процесс варьирования амплитуды, частоты или фазы (или их комбинаций) радиочастотной несущей согласно передаваемой информации. В общем виде несущая записывается следующим образом.
(6.1)
Здесь A(t) — переменная во времени амплитуда, а θ(t) — переменный во времени угол. Угол удобно записывать в виде
(6.2)
так что
(6.3)
где ω - угловая частота несущей, а φ(t) - ее фаза. Частота может записываться как переменная f или как переменная ω. В первом случае частота измеряется в герцах (Гц), во втором - в радианах в секунду (рад/с). Эти параметры связаны следующим соотношением ω=2πf.
Если для обнаружения сигналов приемник использует информацию о фазе несущей, процесс называется когерентным обнаружением (coherentdetection); если подобная информация не используется, процесс именуется некогерентным обнаружением (noncoherentdetection). Вообще, в цифровой связи термины "демодуляция" (demodulation) и "обнаружение" (detection) часто используются как синонимы, хотя демодуляция делает акцент на восстановлении сигнала, а обнаружение - на принятии решения относительно символьного значения принятого сигнала. Под общим заголовком когерентной модуляции/демодуляции перечислены: фазовая манипуляция (phaseshiftkeying - PSK), частотная манипуляция (frequencyshiftkeying - FSK), амплитудная манипуляция (amplitudeshiftkeying - ASK), модуляция без разрыва фазы (continuousphasemodulation - CPM) и смешанные комбинации этих модуляций. Основные форматы полосовой модуляции рассмотрены в данной главе. Некоторые специализированные форматы такие, как квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (offsetquadraturePSK - OQPSK), манипуляция с минимальным сдвигам (minimumshiftkeying - MSK), принадлежащие к классу модуляций СРМ, и квадратурная амплитудная модуляция (quadratureamplitudemodulation - QAM).