Способы о ценки влияния искажений и помех

⇐ ПредыдущаяСтр 13 из 17Следующая ⇒

Основной оценкой качества передачи двоичной информации по ЦЛТ является величина коэффициента ошибок или вероятности ошибок. Ниже рассматривается взаимосвязь между коэффициентом ошибок и другими параметрами ЦЛТ: защищенностью (отношением сигнал-помеха), скоростью передачи и числом уровней цифрового сигнала в линии. Для качественной оценки коэффициента ошибок используется метод глаз-диаграммы.

Коэффициент ошибок К_ош определяется как отношение числа ошибочно принятых символов N _ош к общему числу переданных символов N на интервале измерений Т_изм:

К_ош = N_ош / N (12.1)

При передаче двоичных сигналов в ЦСП коэффициент ошибок численно совпадает с вероятностью ошибки: Р_ош = К_ош. Поскольку на цифровой поток, передаваемый по ЦЛТ, всегда воздействуют искажения и помехи, они приводят к цифровым ошибкам. Это означает, что какая-то часть бинарных символов будет принята неверно: на месте «1» может оказаться «0» и наоборот. То есть вероятность ошибки всегда отлична от нуля: Р_ош 0.

Ошибки при приеме символов кодовой комбинации приводят к искажению амплитуды отсчетов канальных сигналов U_{кв,аим-2}. Однако не каждая ошибка в кодовой комбинации после декодирования на выходе стандартного канала ЦСП приводит к резкому изменению амплитуды аналогового телефонного сигнала, на его выходе, как показано на рисунке 12.6.

Рисунок 12.6 - Телефонный сигнал на входе (а) и на выходе (б)

канала ЦСП в случае цифровой ошибки

Такое резкое изменение амплитуды приводит к прослушиванию щелчков при телефонном разговоре. Экспериментально установлено, что к заметному прослушиванию щелчков приводят ошибки в одном из двух старших разрядах любой кодовой комбинации канального цифрового сигнала с импульсно-кодовой модуляцией ИКМ. Качество передачи телефонной информации по существующим нормам считается удовлетворительным, Если в канале ЦСП прослушивается не более одного щелчка в минуту.

При частоте дискретизации 8 кГц (что имеет место во всех современных ЦСП) по каждому каналу в течение 1 мин. передается 8 000 · 60 = 480 000 кодовых комбинаций. Опасными в отношении щелчков являются только два старших разряда цифрового сигнала или 2 · 480 000 = 960 000 символов. При равной вероятности ошибочного приема любого из двух старших символов, вероятность ошибки в канале ЦСП при максимальной протяженности ЦЛТ должна удовлетворять условию:

Длину участков регенерации, входящих в состав ЦЛТ (рисунок 12.1) необходимо выбирать таким образом, чтобы Р_ош всего линейного тракта не превышала приведенного допустимого значения 10^-6. Если считать параметры всех участков ЦЛТ одинаковыми, то вероятность ошибки на одном участке регенерации не должна превышать величины:

(12.2)

где п - общее число регенераторов.

Линейные сигналы ЦСП

Линейные цифровые сигналы, при помощи которых передается бинарная информация на участках регенерации ЦЛТ, применяются во всех типах современных ЦСП для уменьшения искажений и помех, возникающих при передаче цифровых сигналов и для уменьшения вероятности ошибки в процессе регенерации.

Линейные цифровые сигналы, получаются из двоичной последовательности, путем использования специальных линейных кодов. В общем случае при помощи линейных сигналов происходит согласование спектральных характеристик цифровых сигналов, подлежащих передаче, со спектральными характеристиками используемой линии передачи. Поскольку кабельные линии передачи имеют возрастающий с частотой характер затухания и не передают постоянную составляющую сигналов из-за наличия линейных трансформаторов, основным требованием, удовлетворяющим условию согласования спектральных характеристик сигнала и линии передачи, является требование сосредоточения основной энергии линейного сигнала в ограниченной полосе частот и устранение из него постоянной составляющей.

При формировании линейных сигналов ЦСП каждому подлежащему передаче двоичному цифровому символу «0» или «1» (или группе символов) ставится в соответствие элемент (или группа элементов) линейного сигнала, передаваемый за один тактовый интервал Т (или несколько тактовых интервалов). Алгоритм формирования цифрового линейного сигнала называется линейным кодированием. В этой связи цифровой линейный сигнал, полученный по определенному алгоритму линейного кодирования, часто называют просто: линейный код в ЦСП. К кодам ЦСП, используемым для передачи сигнала по линии, предъявляются следующие требования:

спектр кода должен быть ограниченным, узким, располагаться на средних частотах, в его составе не должно быть постоянной составляющей;

структура сигнала должна позволять достаточно просто выделять из него сигнал тактовой частоты;

код должен обладать информационной избыточностью, позволяющей осуществлять контроль верности передачи.

Удовлетворение перечисленных выше требований необходимо реализовать при помощи алгоритмов, обеспечивающих минимальный объемоборудования цифрового линейного тракта.

Последовательность однополярных двоичных символов в симметричном коде ВН (RZ) – с возвращением к нулю (рисунок 12.7 а) не удовлетворяет поставленным требованиям. Спектр этого сигнала достаточно широк, имеет постоянную составляющую, мощные низкочастотные и высокочастотные составляющие (рисунок 12.7 б), что приводит к большим межсимвольным искажениям I и II рода. Тактовая частота в спектре имеется, но при передаче комбинаций, состоящих из больших пакетов нулей, выделение хронирующего сигнала затруднено. В коде также отсутствует избыточность, нет возможности контролировать правильность передачи.

г)

в)

б)

а)

Рисунок 12.7 – Сигнал в коде ВН (а) и МБВН (в), энергетические

спектры кодов ВН (б) и МБВН (г)

В связи с указанными недостатками кода ВН (RZ) для формирования линейного сигнала используют следующие коды: не алфавитные (МБВН – модифицированный без возвращения к нулю (NRZ), код ЧПИ (AMI) с чередованием полярности импульсов и код КВП-3 (HDB-3) – код высокой плотности единиц) и алфавитные коды.

Квазитроичный код ЧПИ (AMI) формируется по следующему алгоритму: символу «0» соответствует пауза, а символу «1» - последовательные импульсы положительной и отрицательной полярности (рисунок 12.8, а и 12.8, б). Чередование полярности импульсов позволяет достаточно хорошо скомпенсировать межсимвольные искажения I и II рода. Спектр этого кода (рисунок 12.8, в) ограничен как сверху, так и снизу относительно спектра исходной последовательности и не имеет постоянной составляющей. Наиболее мощные частотные компоненты в сигнале кода ЧПИ расположены в области частот, прилегающих к 0,5f_т, поэтому условия прохождения сигналов по линии связи рассматриваются на полутактовой частоте.

В сигнале ЧПИ возможен контроль ошибок, так как пропадание импульса или появление ложного приводит к нарушению чередования полярности. Выделение тактовой частоты из спектра линейного сигнала несложно – с помощью двухполупериодного выпрямителя сигнал легко переводится в исходный. Однако, если в исходной последовательности присутствуют большие пакеты нулей, выделение тактовой частоты затрудняется.

Рисунок 12.8 – Формирование из кода ВН (а) кода с чередованием полярности импульсов ЧПИ (б), энергетический спектр кода ЧПИ (в)

В коде ЧПИ-3 (HDB-3) или МЧПИ устранена трудность выделения тактовой частоты при наличии в исходной последовательности пакетов нулей, так как каждая серия из четырех нулей заменяется вставками вида «000V» и «В00V» (рисунок 12.9). В комбинациях вставок «000V» и «В00V» символ «В» - импульс, полярность которого противоположна полярности предшествующего кодового символа (что соответствует закону чередования полярности импульсов), а импульс «V» - импульс, полярность которого повторяет полярность предшествующего импульса. Выбор той или иной вставки определен условием, по которому между импульсами «V» должно быть нечетное число импульсов «В». Вставка «В00V» применяется, если после предыдущей вставки было передано четное число единиц, вставка «000V» применяется, если после предыдущей вставки было передано нечетное число единиц.

В коде КВП-3 (HDB-3) или МЧПИ обнаруживается одиночная ошибка при нарушении чередования полярности сдвоенных импульсов. вставка «000V» применяется, если после предыдущей вставки было передано нечетное число единиц.

Рисунок 12.9 – Формирование кода КВП-3

Добавление балластных символов мало искажает процесс чередования импульсов, поэтому считают, что спектры кодов ЧПИ и МЧПИ, практически одинаковы.

Рисунок 12.10 - Энергетические спектры линейного кода с ЧПИ, КВП-3

Алфавитное кодирование заключается в формировании групп с постоянным числом тактовых интервалов и в последующем их преобразовании по определенному алгоритму в группы символов кода с новым основанием счисления и, обычно, с новым количеством тактовых интервалов. При алфавитном кодировании устанавливается соответствие каждой двоичной группы символов группе символов кода с новым основанием счисления. При изменении частоты требуется передача признаков, достаточных при кодировании для восстановления границ (частот) групп символов кода. Алфавитное кодирование характеризуется избыточностью преобразования двоичной информации.

Алфавитные коды повышают стабильность признаков тактовой частоты и увеличивают пропускную способность ЦСП Правило обозначения алфавитных кодов:

- первое число в названии типа кода указывает количество символов п в кодируемой двоичной группе;

- двоичное основание счисления отмечается латинской буквой В (Binary);

- второе число указывает на количество символов К в группе кода;

- последняя буква отражает новое основание счисления М: Т (Теrnorу) - третичное, Q (Quater) - четверичное и т.д. Сравнение различных алфавитных кодов обычно производится по следующим параметрам.

1) Количество групп двоичных символов К_в = 2 ⁿ и символов кода с основанием М: К_м = М ^к . Эти параметры характеризуют сложность операции кодирования и декодирования. Причем при составлении перечня: алфавитных кодов необходимо выполнение условия независимой передачи групп двоичных символов сочетаниями символов кода с основанием М, то есть условия 2^п = М ^к.

2) Коэффициент изменения тактовой частоты

3) Избыточность линейного кода

4) Предельный коэффициент снижения тактовой частоты (r = 0)

5) Балансированность линейного сигнала.

Количество кодовых таблиц (таблица соответствия групп двоичных символов группам символов кода с основанием М) для каждого типа кода весьма велико и равно числу перестановок:

К_кт= Р_2п = (2^п)!,

где Р- число перестановок.

Из алфавитных кодов наибольшее распространение нашли коды вида 1В1В (коды с биимпульсными сигналами и с импульсами «затянутыми на тактовый интервал»), 1В1Т (код с ЧПИ), 2В2Т (попарно-избирательный троичный код), ЗВ2Т; 4ВЗТ; 5В6В; 6В4Т, 2B1Q.В качестве примера определим параметры алфавитного кода ЗВ 2Т (таблица 12.1).

Таблица 12.1 - Кодовая таблица ЗВ2Т

ВВ	000	001	010	011	100	101	110	111
ТТ	+1-1	0-1	-1 0	+1+1	-1-1	+1 0	0+1	-1+1

Не используется кодовая комбинация 00 кода с основанием 3.

Пример формирования линейного кода ЗВ2Т по указанной кодовой таблице для двоичной последовательности (ДП) вида 110010111 показан на рисунке 12.11. Возможное число кодовых таблиц: К_кт = (2^п)! = 8! = 40320.

Количество групп двоичных символов K_кт = 2^п = 8 и символов кода с основанием 3: К_т= 3² = 9, причем К_в < К_т

Рисунок 12.11 - Алфавитный линейный код ЗВ2Т

Коэффициент изменения тактовой частоты К_тч= 3/2 = 1,5.

Избыточность кода r = (1,58- 1) = 6% .

Предельный коэффициент снижения тактовой частоты:

К_{итч. макс}= log ₂3 =1,58

Код является в целом балансным для данной кодовой таблицы и при равной вероятности появления двоичных кодовых групп, однако при использовании этого кода возможен значительный дрейф нуля постоянной составляющей на отдельно взятых интервалах передачи двоичной информации, например, при достаточно длительной передаче сигнала вида 011011011011.

В последнее время широкое распространение получил алфавитный код 2B1Q, используемый в качестве линейного сигнала в ЦСП для абонентских линий или, другими словами, систем передачи технологии xDSL (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия передачи).

В коде 2B1Q каждые два бита (2В) передаются за один такт сигналом, имеющим четыре состояния (1Q) согласно приведенной ниже кодовой таблице 12.1:

Таблица 12.1- Кодовая таблица 2B1Q

В	00	01	11	10
Q	1	1/3	-1/3	-1

Пример формирования линейного кода 2B1Q по указанной кодовой таблице для двоичной последовательности (ДП) вида 10110001 показан на рисунке 12.11.

При этом способе алфавитного кодирования требуются дополнительные меры по борьбе с длинными последовательностями одинаковых пар бит двоичной последовательности, так как при этом сигнал превращается в постоянную составляющую. При случайном чередовании бит ширины спектра сигнала в два раза меньше, чем у кода ЧПИ, так как при той же битовой скорости длительность такта увеличивается в два раза.

Таким образом, с помощью кода 2B1Q можно по одной и той же линии передавать данные в два раза быстрее, чем с помощью кода ЧПИ.

Рис. 12.6 Алфавитный линейный код 2B1Q

Рисунок 12.12 - Энергетический спектр линейного кода 2В1Q

Однако для его реализации мощность передатчика должна быть выше, чтобы четыре уровня четко различались приемником на фоне помех. Из рисунка 12.12 видно, что в линейном сигнале кода 2B1Q присутствует постоянная составляющая и более того, максимум энергии сигнала приходится на низкие частоты, поэтому в системах передачи xDSL применяются достаточно сложные методы коррекции в низкочастотном диапазоне.

Скремблирование - операция, заключающаяся в изменении статистической структуры двоичного цифрового сигнала таким образом, что бы вероятности появления «1» и «0» в скремблированном двоичном сигнале были примерно одинаковы: Р(1) Р(0) и при этом исключалась возможность появления «длинной» последовательности одинаковых символов «1» и «0».

Одна из возможных схем устройства для скремблирования цифровых двоичных сигналов показана на рисунке 12.13. Алгоритм работы приведенной схемы скремблера следующий. Входной двоичный сигнал складывается с другим двоичным сигналом в сумматоре по модулю 2 («исключающее ИЛИ»). Этот второй цифровой сигнал получается из задержанного при помощи регистра сдвига входного сигнала на выходе второю сумматора по модулю 2. В результате сложения появляется новая двоичная информационная последовательность, связанная с исходным сигналом, но являющаяся «более» случайной. В частности, разрушаются длительные последовательности единиц и нулей. Исходное двоичное общение может быть восстановлено при помощи обратной операции, осуществляемой в дескремблере.

Рисунок 12.13 - Устройство для скремблирования цифровых двоичных сигналов: а) скремблер; б) дескремблер

Главный недостаток скремблирования, а также применения алфавитных кодов, заключается в том, что эти операции приводят к размножению ошибок. Так, в приведенном выше примере каждая ошибка, возникающая в ЦЛТ, приводит к пакету из трех ошибок в декодированном сигнале. Такой же характер может носить размножение ошибок при использовании кода ЗВ2Т.

Одной из важнейших характеристик любого линейного сигнала S ( t ) является его энергетический спектр, показывающий как распределяется энергия различных частотных составляющих линейных кодов по частотному диапазону.

Сравнивая энергетические спектры и параметры основных линейных кодов можно сделать следующие выводы:

1. Линейный код 2B1Q имеет наименьшую полосу частот основного «лепестка» энергетического спектра, численно равную от 0 до полутактовой частоты, Однако его применение требует сложной системы коррекции, что не позволяет использовать его в телекоммуникационных системах передачи сетей связи.

2. Линейные коды с ЧПИ, МЧПИ и импульсами «затянутыми на тактовый интервал» имеют полосу частот основного «лепестка» непрерывной части энергетического спектра, численно равную от 0 до тактовой частоты.

3. Линейные коды с ЧПИ, МЧПИ и биимпульсными сигналами не содержат в своем спектре постоянной составляющей.

4. Максимум энергии кодов с ЧПИ и МЧПИ находятся на частоте f_T/2, кода с импульсами «затянутыми на тактовый интервал» на нулевой частоте, а кода с биимпульсными сигналами на частоте 3/4f_T.

5. В линейных кодах с ЧПИ и импульсами «затянутыми на тактовый интервал», не содержится информация о тактовой частоте, однако сравнительно простыми нелинейными операциями (выпрямлением или сдвигом по времени) в регенераторах производится выделение тактовой частоты.

Указанные особенности рассмотренных линейных кодов предопределили их широкое применение в ЦСП. Так, код с импульсами «затянутыми на тактовый интервал» используется в качестве линейного в ЦСП сельской связи типа ИКМЛ2М и ИКМ-15, код с ЧПИ - в первичных ЦСП ИКМ-30, ИКМ-30-4, ИКМ-ЗОС, линейные сигналы с КВП-3 (МЧПИ) применяются в ЦСП высоких ступеней иерархии ИКМ-120, ИКМ-480, ИКМ-1920. Линейные коды с биимпульсными сигналами и 2В1Q используются в ЦСП абонентских линий передачи.

Дата добавления: 2019-08-30; просмотров: 435; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 8 9 10 11 121314 15 16 17 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!