Коммуникациялари техникуми оптик алоқа тизимлари

8.2. Рақамли толали оптик алоқа тизимлари линия кодларининг турлари ва уларнинг шаклланиши. Рақамли сигналларни скрембрлаш

Рақамли ТОА тизимларининг яратилишида, бир қанча кодлар назарий ва амалий тадқиқ этилган. 8.1-расмда улардан ТОА тизимларида кенг қўлланиш топган, баъзи турлари келтирилган.

Бошланғич кодли кетма-кетлик	1	0	1	0	0	1	1	1	0	1
Нолга қайтмаслик коди (NRZ)
Нолга қайтиш коди (RZ)
Абсолют биимпульс коди (BI-L)
Нисбий биимпульс коди (BI-S)
«Мурожатли» код (CMI)
EP-1 турдаги электрон-фотон коди
EP-2 турдаги электрон-фотон коди

8.1-расм. Рақамли ТОА тизимлари линия кодларининг асосий турлари.

ТОА тизимлари аппаратураларида қўлланиладиган бошланғич код NRZ (non return to zero – нолга қайтмаслик) коди ҳисобланади.

8.2-расм тахлилидан шуни айтиш керакки, бу кодлар энергетик спектрда доимий ташкил топувчининг мавжуд бўлмаслиги ва қуйи частотали таркиб топувчиларининг кичиклиги каби талабларга жавоб бермайди, RZ коди NRZ кодига нисбатан спектр кенглигининг катталиги билан характерланади, лекин афзаллиги шуки, бу ҳолатда ЛД ва ЁД вақтидан кам ишлайди ва уларни параметрларининг деградация даражаси камаяди, бу нурланиш манбаларининг айниқса Лднинг хизмат муддатини оширади.
Шуни белгилаб ўтиш жоизки, NRZ кодининг спектрида тактли частотанинг дискрет ташкил этувчиларининг мавжуд эмаслиги тактли частота ажратгич қурилмасини ишлаб чиқаришни мураккаблашади ва регенераторнинг қабул қилиш қурилмаларини синхронизациясини қийинлашади.
Барча оптик кодлар блок кўринишида бўлиб, уларда бошланғич NRZ кодининг ҳар бир «m» импульсидан линия оптик кодининг «n» импульси шаклланади. Бунда ҳар доим n>m бўлиб, ортиқча импульслар линияга узатилади. Бу линия кодида ортиқлик дейилади. Бундай код mВnВ деб белгиланади, бу ерда “В” (Binary – иккилик) бошланғич ва линияга узатиладиган кодларни иккилик коди эканлигини билдиради. Линия коди бошланғич кодни узатишга кетадиган вақтда узатилиши керак. Турли оптик кодларни кўриб чиқамиз.

8.2-расм. Рақамли ТОА тизимларининг энергетик спектрининг узлуксиз қисми

1В2В синфидаги кодлар. Бу синфдаги кодлар содда бўлиб, бошланғич кодларга нисбатан линияга узатиладиган импульслар сони 2 марта ошиқ, шунинг учун ҳам нисбатан паст тезликли (100 Мбит/с дан ошмайдиган) тизимларда самарадор ва кенг қўлланиш топган. Юқорида келтирилган кодлар 1В2В синфига киради.

RZ коди 1В2В синфига киради. RZ кодида бошланғич NRZ кодининг «1» символига Т тактли интервалнинг биринчи ярмида мос равишда 1 ва иккинчи ярмида 0 қўйилади, яъни 1→10 ўзгартириш амалга оширилади. Бошланғич NRZ кодининг «0» символи 0→00 га ўзгаради, яъни Т тактли интервалнинг биринчи хамда иккинчи ярмида линия кодининг ноллари ҳосил бўлади.
Биимпульс кодлар катта қизиқишни намоён этади. Улар жуда юқори ҳимояланганликка ва регенераторларда тактли частотани ажралиш имкониятига эга.
BI-L турдаги абсолют биимпульс кодда бошланғич «1» иккилик кетма-кетлигини, яъни 1→10 ўзгартириш бажарилади, «0» иккилик кетма-кетлиги учун 0→01 турдаги ўзгартириш бажарилади.
Нисбий биимпульс BI-S кодида бошланғич «1» иккилик кетма-кетлигига навбатма-навбат 1→11, 1→00 турдаги ўзгаришлар мос келади; «0» иккилик кетма-кетлиги учун 0→10 ёки 0→01 турдаги комбинациялар мос келади.
8.1-жадвал

Код тури	Кодлаш қоидаси	Импульсларнинг ўзгариши		90% энергияни узатишдаги частота полосаси кенглиги
		«1»	«0»
NRZ	«1» - бутун интервалда 1 сатх, «0» - бутун интервалда 0 сатх	^0 ^Т ^0 ^Т		0,86/Т
RZ	Т интервалнинг биринчи яримида 1 сатх, бутун интервалда 0 сатх	^0 ^Т ^0 Т		1,72/Т
BI-L	Т интервалнинг биринчи яримида 1 сатх, Т интервалнинг иккинчи яримида 0 сатх	^0 Т 0 Т		2,96/ Т
BI-S	«1» - Т интервалнинг бошида ўтиш, «0» - Т интервалнинг бошида ва ўртасида ўтиш	^0 Т 0 Т 0 Т 0 Т		2,96/ Т
CMI	«1» - бутун Т интервалда 1 ва 0 сатхлар алмашиниб, «0» - интервалнинг биринчи яримида	^0 Т 0 Т 0 Т		1,7/ Т
EP-1	«1» - бутун Т интервалда 1 ва 0 сатхлар алмашиниб, «0» - интервалнинг ўртасида ўтиш	^0 Т 0 Т 0 Т 0 Т		1,52/ Т
EP-2	«1» - бутун Т интервалда 1 ва 0 сатхлар алмашиниб, «0» - Т интервалнинг биринчи ва иккинчи яримида 1 ва 0 сатхлар мос равишда алмашиниб	^0 Т 0 Т 0 Т 0 Т		1,7/ Т

Биимпульс кодларнинг энергетик спектри 8.2-расмда тасвирланган, расмдан шуни айтиш мумкинки, улар линия кодларининг спектрал характеристикаларига қўйиладиган талабларга тўлиқ жавоб беради. Илмий-техник адабиётларда BI-L, BI-S кодлари ва уларнинг баъзи модификациялари Манчестер кодлари деб аталади.
1В2В синфидаги кодлар кодлашдаги ортиқлилик, символлар ва уларнинг блоклари ўртасида корреляцион боғлиқликларнинг мавжудлиги туфайли элементлар бўйича қабул қилишда нафақат хатоликларни топиш, балки улрани тўғрилаш имконини ҳам яратади. Бу борада CMI (Coded Mark Inwersion) (8.1-расмга ва 8.1-жадвалга қаранг) турдаги код жуда ката эътиборга лойиқ.
CMI коди юқорида келтирилган 1В2В синфидаги кодларга нисбатан яхшироқ энергетик спектрга эга (8.2-расм), яъни энергетик спектри бошланғич рақамли сигналнинг ярим тактли частотасида максимумга эга, бу регенераторларнинг қабул қилиш қурилмаларида тактли частотани шаклланишини осонлаштиради. CMI кодида нисбатан осон, ортиқлиликнинг маълум бир қисми эвазига хизмат алоқасини ташкил этиш мумкин. Бунинг учун одатий режимда «тақиқланган» 01 (ёки 10) блоклари, шунингдек 11 ва 00 блокларни кетма-кетлигининг бузилиши қўлланилади.
1В2В синфига мансуб EP-1 ва EP-2 электрон-фотон линия кодларини шаклланишининг турли алгоритмлари бир хил сифат кўрсаткичларига олиб келиши мумкин.
EP-1 коди қуйидаги тарзда ҳосил қилинади: бошланғич кетма-кетликнинг «1» символи навбатма-навбат 11 ва 00, «0» символи эса 10 ёки 01 блоклари билан кодланади. Бошланғич «0» символи кодланган блокнинг биринчи символи ундан олдинги блок символидан фарқ қилмайди (8.1-жадвалга қаранг).
EP-2 кодининг шаклланишида «1» бошланғич кетма-кетлигининг ўзгариши EP-1 кодидагидек, «0» символи эса 10 ва 01 блоклари билан алмашиниб кодланади (8.1-жадвалга қаранг).
ТОА тизимларида EP-1 кодига тескари бўлган Миллер коди кенг қўлланиш топган. Миллер кодида бошланғич «0» символига мос равишда 11 ва 00 блоклари, «1» символига эса 01 ва 10 блоклари қўйилади. Бу кодда блокнинг биринчи элементи олдинги блокнинг охирги элементи сингари бўлиши керак, бошланғич сигналнинг ноллар кетма-кетлиги 11 ва 00 блокларининг навбатма-навбат алмашинуви билан узатилади. Миллер кодининг энергетик спектри EP-1 кодининг энергетик спектри билан бир хил.
2В4В синфидаги кодлар. Бу синфдаги кодга ПИМ позицион – импульс модуляцияли код киради. Бунда бошланғич 00, 01, 10, 11 кодлардан мос равишда 1000, 0100, 0010, 0001 линия кодлари шаклланади (8.2-жадвал).

8.2-жадвал

Бошланғич код	Линия коди
00	1000
01	0100
10	0010
11	0001

2В4В кодининг шаклланиши

ПИМ кодининг шаклланиши 8.3 – расмда берилган.

8.3-расм. ПИМ кодининг шаклланиши.

1В2В синфидаги кодлардан ПИМ кодининг афзаллиги шундаки, унда «1» символларининг сони 2 марта кам ва мос равишда линияга узатишнинг ўртача қуввати камаяди. Бундан биринчи навбатда нурланиш манбаларининг ишончлилиги ошади ва қувват кам сарф этилади.

Тўртта узатилаётган символлардан фақат биттаси «1» символи бўлганлиги сабабли синхронизация мукаммаллашади.
mВnВ кодидаги ортиқлик

ρ ═ n / m (8.1)

линия cигналининг тактли частотасини ортишига олиб келади

, (8.2)

бу ерда f_m– бошланғич рақамли импульслар кетма–кетлигининг тактли частотаси.

1В2В коди учун m═1, n═2 да ρ═2 ва ═2f_m га. Шу тарзда 1В2В кодлари икки камчиликка эга: кўп ортиқликка ва тактли частотани иккиланишига, бу ТОА тизимининг линия трактининг частота полосасини кенгайтириш заруриятига ва унинг элементларининг тезкорлигини ошишига олиб келади.
Шунинг учун юқори тезликли узатиш тизимларида ортиқлиги кам ва тактли частота қиймати кичик линия кодларидан фойдаланиш мақсадга мувофиқ. Чунки узатиш тезлиги ортиши билан аппаратуралар мураккаблашади ва линияда дисперсия ошади.
Ҳалқаро электр алоқа иттифоқи рақамли ТОА тизимларида 2В3В, 3В4В, 5В6В ва 34В36В турдаги кодларни қўллашни таклиф этади.
Рақамли ТОА тизимларида бинар блок кодлари кенг тарқалган, улар учун m≥2 ва n>m. M битли бошланғич рақамли кетма-кетликнинг ҳар бир блоки n битли блока ўзгаради. 8.3-жадвалда 2В3В турдаги линия сигналининг шаклланиши кўрсатилган.

8.3-жадвал

2В3В кодининг шаклланиши

Бошланғич код	Линия коди
00	001
01	010
10	100
11	011

3В4В, 5В6В кодлари. Бу кодларда битта ортиқча разряднинг киритилиши, кам разрядлар сонидан иборат бошланғич комбинацияларни кўп разрядлар сонидан иборат синхронизация учун қулай нол ва бирларнинг бирикмаси кўринишидаги комбинациялар билан алмаштириш имконини яратади. Буни 5В6В коди мисолида кўриб чиқамиз. Бошланғич блоки 5 разряддан ташкил топган. Битта разряддан мумкин бўлган комбинациялар сони 2⁵=32 га тенг. Бу комбинациялар ичида синхронизация учун унчалик самарали бўлмаган нол ёки бирлар серияси кетма–кет келувчи (масалан 00000, 00001, 11111 ва бошқа) комбинациялар ҳам мавжуд. Агар уларни 6 разрядли блокка алмаштирсак, мумкин бўлган комбинациялар 2⁶=64 та бўлади ва улардан синхронизацияни таъминлаш нуқтаи назаридан бир ва ноллар сони қулай бў лган 32 та комбинацияни ажратиб олиш мумкин.
8.4-жадвалдан кўриниб турибдики, бир ва ноллар сони тенг бўлган, 6 разрядли 20 та комбинация мавжуд, қолган 12 комбинация иккита бир ва тўртта нолдан ёки тўртта бир ва иккита нолдан иборат комбинациялар навбатма-навбат узатилади.

8.4-жадвал

5В6В синфини кодли комбинациялари

Чиқиш блоки	5В6В коди	Чиқиш блоки	5В6В коди
00000 00001 00010 00011 00100 00101 00111 01000 01001 01010 01011 01100 01101 01110 01111	101011 100010 101010 101001 111000(+) 101000 110010 111010 001010 001011 011010 100110 101110 100100 101100 110100 110110 000110 001110 010110 011110 010100	10000 10001 10010 10011 10100 10101 10110 10111 11000 11001 11010 11011 111000 11101 11110 11111	100011 110101 000101 111001 001001 001101 110011 010001 010101 110001 011101 011000 100111 100001 100101 011001 101101 001100 010011 010111 010111(-) 011011 010010 011100

Бу билан бирлар зичлигининг доимийлиги таъминланади. Бу кодларда хатоликларни топиш осонлашади.

1В2В, 2В4В кодларига нисбатан 5В6В кодининг энергетик спектри тор, бу унинг энг муҳим афзаллиги ҳисобланади.
Оддий жуфтликка (тоқликка) текшириш усули ёрдамида хатоликларни назорат қилиш эҳтимоллиги mBnB синфдаги кодларнинг афзаллиги ҳисобланади. Бунинг учун m символларга битта ортиқча импульс киритилади (n=m+1). Бундай кодлаш кўпинча mB1P деб белгиланади. Хатоликларни назорат қилиш рақамли линия сигналидаги «0» ва «1» дан иборат кетма-кетликларнинг максимал узунлиги бўйича ҳам аниқланиши мумкин.
Баъзан қўшимча импульс блокли синхронизация сигналларини шакллантириш учун линия кодига киритилади ва бундай кодлар mB1С деб аталади.
Агар қўшимча импульслар ҳам жуфтликка (тоқликка) текшириш, ҳамда блокли синхронизацияни таъминлаш учун киритилса, у ҳолда mB1P1С турдаги аралаш код ҳосил бўлади.
Бундан ташқари, бир қатор mBnB кодлари энергетик спектрнинг қуйи частотали соҳасида теленазорат, телемеханика ва хизмат алоқаси сигналларини самарали узатишни ташкил этиш имконини беради.
Юқори тезликли рақамли ТОА тизимларида mB1С кодининг бир тури ҳисобланган, 10В1R1Р турдаги линия коди кенг қўлланиш топган. Бошланғич ўн символли NRZ кодига қўшимча Р ва R импульсларни киритиш орқали 12 символли 10В1R1Р линия коди шаклланади (8.4-расм).

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

a)

1

2

3

4

5

R

6

7

8

9

10

P

б)
8.4-расм. 10В1R1Р турдаги линия кодини шаклланиш схемаси:

а) – бошланғич NRZ коди; б) – 10В1R1Р линия коди.

Хатоликлар мавжудлиги Р разряди ёрдамида текширилади. Бу назорат символи бошланғич блокни жуфтликка текшириш учун хизмат қилади. Агар NRZ коди бошланғич блокининг йиғиндиси жуфт сонни берса, Р разрядига «0» символи, аксинча бўлса «1» символи берилади. Шу тарзда узатишда бирламчи хатоликни аниқлаш имконияти юзага келади. Қўшимча R символи сервис хизмат сигналларини, яъни хизмат алоқа, телемеханика ва теленазорат, синхронизация сигналларини узатиш учун киритилади. 10В12В коди баъзан 10В1R1Р деб белгиланади.

Импульслар кетма-кетлигининг энергетик спектри икки қисмдан иборат: дискрет G_Д(f) ва G _У(f) узлуксиз. Тактли частота кўринишдаги дискрет ташкил этувчининг ва унинг гармоникаларининг мавжудлиги сабабли тактли частотани фильтрлар ёрдамида ажратиш мумкин. Тўғри бурчакли импульслар кетма-кетлигининг меъёрлаштирилган энергетик спектрининг узлуксиз ташкил этувчиси қуйидаги муносабатлардан аниқланиши мумкин:
NRZ коди учун
(11.3)
(8.3)

RZ (1В2В) код учун

(8.4)

BI-L ва BI-S турдаги биимпульс кодлар учун

(8.5)

mB1С турдаги линия коди учун энергетик спектрнинг узлуксиз ташкил этувчиси қуйидаги муносабатлардан аниқланиши мумкин:

(8.6)

бу ерда Т_л ═ mT/(M+1) – линия сигналининг тактли интервали; Т – бошланғич импульслар кетма-кетлигининг (NRZ кодининг) тактли интервали.
Барча линия кодлари оптик нурланишнинг доим фақат мусбат ва нолинчи частотада спектрнинг дискрет ташкил этувчисига эга бўлган импульсларидан тузилган.
Скремблерлаш – бу янги кодни яратишни яна бир имкониятидир. Бунда линия коди символларни бошланғич код символларига нисбатан ортиқ бўлишига зарурият мавжуд эмас. Албатта, бундай кодлаш ўзининг тежамкорлиги туфайли юқори тезликли тизимларда, асосан STM-N тизимларида қўлланилади.

2.5-расм. Скремблерлаш қурилмасининг иши

Скремблерлашда бошланғич код, бир ва нолларнинг узатиш зичлиги тахминан тенг бўлган кодларга алмаштирилади, бу қабул қилишда синхронизация мувозанатини таъминлайди. Узатишда хатоликларни аниқлашга келсак, бундай мақсадлар учун цикл сарлавҳаси (фрейм) қўлланилади. Бунда циклдаги барча ахборот скремблерланади.

Скремблерлаш қурилмасининг иши асосида бир ва ноллар квазитасодифий кетма–кетлигининг генератори сингари сурувчи регистрни қўллаш ётади. Квазитасодифий кетма – кетликларни олиш учун сурувчи регистрда икки модули бўйича алоҳида ячейкаларни қўшиш қўлланилади. Биринчидан бунда ҳар бир циклда сурувчи регистрга киритилган ҳар қандай кетма – кетликдан («0» дан ташқари) тактдан тактга ўзгарувчи нол ва бирлар кетма – кетлиги шаклланади. Бу сигналлар бошланғич сигнал билан қўшилганда, линияга скремблерланган сигнални бериш ва худди шундай скремблерлаш қурилмасида, худди шундай сурувчи регистрда бир хил лахзада кўчирилган бошланғич кетма– кетликлардан (линия тракти бўйлаб узатиладиган сигнални вақт бўйича кечикишини назарда тутган ҳолда) қабул қилувчи қисмда бошланғич сигнални қайта тиклаш имконини беради.
Скремблерлашнинг яна қўшимча афзаллиги шундаки, узатиладиган ахборотларнинг махфийлиги сақланади.