V. A. Kotelnikov teoremasi. Analog signalni raqamli signalga uzgartirish. Liniyaviy kodlar. Liniyaviy kodning turlari. Nrz, rz, ami, hdb-3

Kodlash
Kodlarga qo‘yiladigan asosiy talablar
Raqamli uzatish tizimsi (RUS) ning liniyaviy trakti bo‘yicha uzatish uchun ishlatiladigan kod quyidagi asosiy talablarni kondirishi zarur:
· Liniyaviy signalning spetri uzgarmas tashkil etuvchisini uz ichiga olishi kerak emas, bu simmetriyalashtiradigan transformatorlardan foydalanish imkonini beradi va uzgarmas tok bilan regeneratorlarni olisdan manbalashni taʼminlaydi;
· Signalning energetik spektri iloji boricha chastotalarning tor yulagini egallash lozim, bunda bu spektrning maksimumi nisbatan qo‘yi chastotalar soxasida yotgani maʼkul, bu regeneratsiyaning katta uzunlikdagi qismlarini olish imkonini beradi, chunki nisbatan qo‘yi chastotalar soxasida kabelning sunishi va utish taʼsiri kamayadi;
· Regeneratorlarning bir meʼyorda ishlashi uchun zarur bulgan taktli chastota signalini ajratish imkonini taʼminlanishi lozim;
· Kodning tuzilmasi shunday bulishi zarurki, unda regeneratsiya jarayonida xatoliklar yuz berishi hisobiga uning buzilishi xolida, ishlatish jarayonida xatoliklar koeffitsiyentini nazorat kilishni amalga oshirish mumkin bulsin.

Maʼlumotlar okimini liniyaviy kodlashning amaliy usullari

Kanal uzatish muxiti bulishini nazarda tutib (elektrik, optik, yoki radiokanal) olingan ketma-kektlikni xech bulmasa interfeys orkali uni utkazishda optimallashtirish uchun ikki marotaba kodlashga tugri keladi (interfeysli kodlash) va aloqa liniyasini (liniyaviy kodlash).
Kvantlash va ikkilamchi kodlash (kodifikatsiya) natijasida olingan bitlar okimi, kvatlash xatoliklarini kamaytirish nuktai nazaridan optimaldir, lekin quyidagi bir kator sabalarga kura aloqa kanalidan uzatishga yaroksizdir:
· Chikuvchi raqamli okim keng spektrga ega bulgani uchun, uni utkazish yulagi cheklanagan aloqa kanali bo‘yicha uzatish kiyinlashadi va kanalda uzatilayotgan sinxronlash signalini regeneratsiyalash jarayonini murakkablashtiradi, ayniksa bu xol yukolgan sinxronlashni tiklashda ruy beradi.
· Signal spetri sezilarli darajada qo‘yichastotali tashkil etuvchilarni uz ichiga olgan, ular uzatilayotgan qo‘yichastotali tashkil etuvchilar bilan interferensiyalanishi mumkin;
· Spektr katta uzgarmas tashkil etuvchini uz ichiga oladi, bu xol tarmoq taʼminoti kuchlanishining filtratsiyasini murakkablashtiradi.
Aloqa liniyasiga uzatilayotgan signal spektrini optimallashtirish uchun liniyaviy kodlash ishlatiladi. U quyidagilarni taʼminlashi lozim:
· Nolli chastotada minimal spektral zichlikni va uni qo‘yi chastotalarda cheklash;
· Spektrning uzluksiz qismi fanida osn ajratiladigan diskret tashkil etuvchisini kurinishida uzatilayotgan signalning taktli chastotasi tugrisidagi axborot;
· Buzilishlarsiz aloqa kanali orkali signalni uzatish uchun yetarli ravishdagi tor yulakli uzluksiz spektr;
· Aloqa kanalida uzatishning nisbiy tezligini kamaytirish uchun, signal kichik ulchamga ega bulishi;
· Disparitetlikni (kodli kombinatsiyalarda "1" va "0" sonlarning tensizligi) va takrorlanuvchi belgilar ("1" yoki "0") bloklarining mumkin bulgan minimal uzunliklari.
Liniyaviy kodlar
Kodlardan foydalanilganda ularni belgilarini aloqa liniyalari bo‘yicha uzatish va keyingi operatsiyalarni kulay xolda bajarish uchun diskret signalning u yoki bu shakldagi elementlari kurinishida keltirish zarur. Signalning shakllari kodning belgilariga kattik ulanishi majburiy emas. Nisbiy kodlashning koidalari keng tarkalagan, bunda bitta kodning belgisi shakllarning navbvtma-navbatligi bilan tasvirlanadi, ikkinchisi esa oldingi elementning shakli bilan tasvirlanadi. Signalning shaklini tanlash bevosita quyidagilarni aniklaydi: energetik spektrni (egallanadigan chatotalar yulagini), sinxronlash signalini ajratish imkonini, chastotalar yulagi birligi hisobidan uzatish tezligi (solishtirma uzatish tezligi). Aloqa liniyalari bo‘yicha uzatish uchun muljanlangan raqamli signallarning shakllari, liniyaviy kodlar (LK) degan nomni olgan. LK maʼlumotlarni noldan boshlanuvchi birlamchi chastotalar yulagida modulyasiyasiz uzatish uchun ishlatiladi. Boshqacha aytganda, oddiy ikkilik ketma-ketlikdan iborat bulgan va shakllantirilgan uzatish tizimsining raqamli kodlari, aloqa liniyasiga uzatishdan avval liniyaviy koderga muvofiq ravishda uzgartirishlarga uchraydi.

10-rasm. Liniyaviy kodlar

Nolga kaytmaydigan kod - Non Return to Zero (NRZ) oddiy ikkilik ketma-ketlikdan iborat bo‘lib eng sodda liniyaviy kod hisoblanadi, xamda amaliyotda eng kup tarkalgan koddir. NRZ signal spektrining muxim xususiyati bu nolli chastotada spektral zichlikning kiymati cheklanganidadir.
Bu kodning ikki turi mavjud - unipolyar va bipolyar NRZ kodlar. Bipolyar NRZ kodda mantikiy birga musbat kutbli tugri burchakli impuls, mantikiy nolga esa - manfiy kutbli tugriburchakli impuls mos keladi. Impulslarning uzunligi bitta bit uzunligiga teng. Koderning chiqishidagi musbat yoki manfiy kuchlanish belgi uzunligi davomida uzgarmay saqlanadi, shuning uchun bu kodni "nolga kaytmaydigan kod"deb yuritiladi. Unipolyar NRZ kod bipolyar koddan farki shundaki mantikiy nolga manfiy impuls emas nolli kuchlanish tugri keladi. br>

11-rasm. Nolga kaytmaydigan NRZ kod

ak - Koeffitsiyent aloqa kanali bo‘yicha uzatiladigan belgilar ketma-ketligida K chi belgini aniklaydi.
T - Belgi uzunligi. TV uzatilayotgan axborot bitta bitining uzunligi. Unipolyar NRZ kodning spektridan nolli chastota diskret spektral chizikning mavjudligi bilan farklanadi.
Nolga kaytadigan kodda - Return to Zero (RZ) bir ikki marta kichik uzunlikdagi impuls bilan uzatiladi. Oddiy kodlarning spektlari quyidagi kamchiliklarga ega: taktli chastotaning kichik kuvvati (sinxronlash chastotalari); nollarning uzun ketma-ketligi mavjudligining imkonligi; RZ kod NRZ kodga nisbatan kengrok utkazish yulagini talab kiladi, lekin uzgarmas tashkil etuvchisining kichikrok kiymatiga ega. Metall kabellar bo‘yicha ishlash uchun muljanlangan uzatish tizimlarida keng kulamda uchlik kodlar ishlatiladi. Ularning ishlatilishi yuklamaga (metall kabel) EYUK generatorining turli kutbli ulanish imkoniga asoslangan. Kod ikki turli kurinishga ega - bipolyar RZ kod va unipolyar RZ kod. Unipolyar RZ kod bipolyardan farki shundaki mantikiy nolga manfiy impuls emas, nolli kuchlanish mos keladi. Bipolyar RZ signalning spektri bipolyar NRZ signalning spektriga uxshash xamda uxgarmas tashkil etuvchisiga ega. Bipolyar va unipolyar RZ koderning chiqishidagi signalning shakli 13-rasmda kursatilgan.

12-rasm. Nolga kaytadigan RZ kod

Impuls kutblari navbatma-navbat keladigan kod - (IKNN)- bipolyar kod bo‘lib uchlik kodning bir turidir, bunda nollarga impullarning mavjud bulmasligi, bularga esa - navbatma-navbat uzgaradigan manfiy va musbat kutbli tugriburchakli impulslar tugri keladi. Impulsli ketma-ketlikda uzgarmas tashkil etuvchisi nolga teng bulgani uchun, ajratuvchi transformatorlarga ega liniyalar bo‘yicha uzatish imkoni tugiladi. Mazkur kodning ustunligi uni ikkilik kodga uzgartirishga soddaligidir.
Birliklar kelishining yukori zichligiga ega bulgan kod KPV-3 Hiqu Density Bipolar (HDB-3) keng tarkalan, unda n =3. Optik tola uzatish tizimlarining (TOUS) liniyaviy kodlariga qo‘yiladigan asosiy talab bu signalning ikkita axamiyatli darajasini ishlatish hisoblanadi, chunki nur manbai (lazer yoki nurdiod) ikkita kuvvat tartibida - nurlanish mavjud yoki mavjud bulmagan tartibda ishlaydi.
TOUS da bevosita NRZ va RZ kodlarni ishlatish cheklangan. Kuprok korrelyasion aloqali kodlar tarkalgan, xususan CMI- Coded Mark Inversion kodi: 1v2v sinfidagi nolga kaytmaydigan ikkilik kodi. CMI kodida nollar bir takt oralig‘ida nollar va birliklarning almashish ketma-ketligida uzatiladi, birliklar esa ikkita nol yoki ikkita birning ketma-ket birikmasi kurinishida navbatma -navbat uzatiladi (yaʼni xar bir "1" ga mos ravishda "11" yoki "00" kombinatsiyasi, xar bir "0" ga esa "01" impulsi beriladi).
Katta tezlikka ega tizimlarda NRZ formadagi skrembirlangan signal ishlatiladi. Skrembirlash algoritmini batafsilrok kurib chikamiz. Skrembirlash maʼnosi maʼlum bir ketma-ketlikni xosil kilishdan iborat, bunda nollar va birlarning paydo bulishi statistikasi tasodifiy vokeaga yakinlashadi, u berilgan chastotalar soxasida yigilgan uzatilayotgan signalning kuvvatining uzgarmas spektral kuvvati va taktli chastotasini ishonchli ajratish talablarini kondirish imkonini beradi. Shuni taʼkidlash lozimki skrembirlash signalning statistik xususiyatlarini yaxshilash uchun aloqa tizimlarining kup turlarida keng ishlatiladi. Skrembirlash odatda bevosita modulyasiyadan orldin amalga oshiriladi. Skrembler - qurilma yordamida uzatuvchi tomonida amalga oshiriladi, u kabul kiluvchi tomonda teskari operatsiya - disrembirlash diskrembler nomli qurilma yordamida bajariladi. Diskrembler kabul kilinayotgan ketma-ketlikdan dastlabkisi ajratib oladi. Skremblerning asosiy qismi soxtatasodifli ketma-ketlik generatori bo‘lib (STK), u 2n-1 maksimal uzunlikdagi ketma-ketlikni shakllantiruvchi teskari aloqali n-kaskadli liniyaviy registr kurinishida bajarilag buladi. Skrembler va deskrembler urtasida sinxronlash yukolganda sinxronlashni tiklash vaqti skrembler registri yacheykalarining soniga teng buladi.
AMI va HDB-3 kodlari tugrisida batavsil maʼlumot
AMI li kodda dastlabki ikkilik ketma-ketligida ular urtasidagi nollar soniga bog‘lik bulmagan xolda birlik belgilarni uzgartirishda musbat va munfiy kutbli impulslar navbatini amalga oshiriladi. Kursatilgan uzgartirish tamoyili tufayli kodning energetik spektridan liniyadan uzgarmas tashkil etuvchisi olib tashlanadi. AMI kodining asosiy energiyasi 0,5 fg ga yakin chastotalar soxasidayigilgan. Shuning uchun uzaro taʼsirlarning baxosi va regeneratsiya qismining hisobi 0,5 fg da bajariladi.
AMI ni kod impulslari kutblarining navbatma-navbat kelish tamoyilidan foydalanilishi tufayli regeneratsiyalashda vujudga keladigan xatoliklarni osonlik bilan topishga imkon beradi, chunki ixtiyoriy belgi regeneratsiyalansa bu xol liniyaviy traktda belgilar kutblarining navbatma-navbat kelish tamoyilini buzilishiga olib keladi. Maʼlum vaqt ichida bunday buzilishlar soniga karab liniyaviy traktdagi xatoliklar kleffitsiyentini baxolash mumkin. Bunda shuni etiborga olish lozimki, baʼzi xollarda xatoliklar aniklanmay kolishi mumkin (agar masalan birin ketin keluvchi belgilarni regeneratsiyalashda xatoliklar mavjud bulsa vaular mazkur kodning tuzilish tamoyilini buzmagan bulsa). AMI li kodning eng muxim nuksonlaridan biri bu liniyaviy trakt bo‘yicha uzun seriyali nollarni uzatishdir, bu esa regeneratorlarning normal ishlashiga zarar yetkazish mumkin, chunki taktli chastotani ajratish jarayoni kiyinlashadi. Kursatilgan nuksonni bartaraf etish maksadida AMI li kodning bir necha modifikatsiyasi ishlab chikilgan, bularning ichida keng tarkalgani HDB-3 kodi hisoblanadi.
HDB-3 kodining tuzilish tamoyili ikkita birlik belgilar urtasida uchdan ortik birin-ketin keluvchi nolli belgilari paydo bulmagunga kadar aynan AMI li kodga uxshashdir. Bunda boshlangich ikkilik kodidagi turtta nollik (0000) belgilardan iborat xar bir ketma-ketlik V00U yoki 000U kurinishidagi ikki ketma-ketlikdan biriga almashtiriladi, bu yerda V avval keladigan impuls kutbiga karama-karshi kutbli impulsni bildiradi, V - esa avvalgi V impuls kutbini takrorlovchi impulsni bildiradi. Ikkita almashtiruvchi ketma-ketliklarni ishlatish liniyaviy signalning turli joylarida keladigan V belgilarning kutblarini navbat bilan kelishi taʼminlaydi, bu esa uz navbatida bu belgilarning urta kiymatiga buladigan taʼsirini bartaraf etadi.
000V kurinishidagi kombinatsiya agar oldingi V belgidan keyin tok sondagi V belgilar paydo bulsa, VOOU kombinatsiya esa agar oldingi V belgidan keyin juft sondagi V belgilar paydo bulsa ishlatiladi.
Ammo HDB-3 kodining raqamli yig‘indisi V belgilarni kiritish okibatida AMI li kodga nisbatan katta bo‘lib 2(+1/2) yoki (-1/2) ni tashkil etishi mumkin. Shunday kilib HDB-3 kodi ishlatilganda liniyaviy signalda birlik belgilarni yuzaga kelish extimolligining uzgarish diapazoni sezilarli darajada qisqaradi, u 0,25

Aim.uz