|
| |
|
Слаботочка Книги \Спектр сигнапа БВН Спектр абсолютного биимпупьсного сигнала  1/7 Ш 3/Г 4/7- ... Рис. 4.13. Энергетический спектр абсолютного биимпульсного сигнала середине каждого тактового интервала имеет место переход. Поэтому в спектре содержатся сильные хронирующие составляющие . Кроме того, и в сигнале логического нуля и в сигнале логической единищ>1 импульсы отрицательной и положительной полярностей занимают одинаковую площадь. Вследствие этого нет плавания постоянной составляющей. Однако абсолютный биимпульсный сигнал не содержит избыточности для контроля характеристик. Если же контроль характеристик требуется в процессе эксплуатации, то необходимо либо вводить в цифровой сигнал биты для проверки на четность, либо контролировать качество приема импульсов. (Более детально контроль характеристик будет рассмотрен в одном из следующих разделов данной главы.) Спектр абсолютного биимпульсного сигнала полУчён в приложении В и представлен в виде графика на рис. 4.13, где его можно сопоставить со спектром сигнала с импульсами, имеющими длительность, равную длительности тактового интервала. Отметим, что первый нуль в спектре абсолютного биимпульсного сигнала приходится на точку 2/Г. Следовательно, дополнительные переходы для хронирования и устранение постоянной составляющей получаются за счет использования более высоких частот в сигнале. Однако абсолютный биимпульсный сигнал имеет по сравнению с трехуровневыми биполярными сигналами меньшую вероятность ошибок при равном отношении сигнал-шум (см. приложение В). Изучение спектра на рис. 4.13 показывает, что спектр абсолютного биимпульсного сигнала похож на спектр сигнала БВН, но центр его смещен в точку около XjT (вместо точки постоянного тока). Следовательно, абсолютный биимпульсный сигнал в действительности представляет собой модуляцию цифровым сигналом несущей с одним периодом прямоугольного колебания на тактовый интервал. Логические единицы соответствуют умножению этого прямоугольного колебания на +1, в то время как логические нули соответству- Эти компоненты не содержатся непосредственно в спектре абсолютного биимпульсного сигнала, а могут быть выделены после дифференцирования и вьтрямле-ния этого сигнала.- Прим. перев. ют умножению на -1. Первоначально абсолютный биимпульсный сигнал использовался на коротких линиях, где стоимость оконечных устройств является более важным фактором, чем используемая ширина полосы. Преобразование к абсолютному биимпульсному коду используется на местной сети передачи данных Ethernet, разработанной фирмами Xerox, Digital Equipment и Intel [20]. 4.3.7. Относительное преобразование кода Одно из ограничений на применение сигналов БВН и абсолютных биимпульсных сигналов, которые описаны выше, состоит в том, что сигнал, соответствующий единице, является негативной копией сигнала, представляющего нуль. Во многих средах передачи может оказаться невозможным определить абсолютную полярность или эталон абсолютной фазы. Следовательно, декодер может представить все единицы нулями, а все нули - единицами. Для устранения этого недостатка обычно применяют относительное преобразование кода, npi котором единица кодируется изменением предыдущего состояния, а нуль - сохранением состояния. Таким образом, для декодирования сигнала абсолютный эталон не является необходимым. При обратном преобразовании просто определяется состояние сигнала в каждом тактовом интервале и сравнивается с состоянием в предыдущем интервале. Если произошло изменение, фиксируется 1. В противоположном случае фиксируется 0. При относительном преобразовании спектр преобразованного случайного цифрового сигнала (при равной вероятности нулей и единиц и отсутствии корреляции между ними) не изменяется, но вдвое увеличивается коэффициент ошибок. Если приемник ошибается в оценке состояния в одном интервале, он также делает ошибку и в следующем интервале. Примеры сигнала, полученного относительным преобразованием из кода БВН, и сигнала с относительным биимпуль-сным преобразованием приведены на рис. 4.14. Все сигналы.
Рис. 4.14. Сигналы получейы относительным преобразованием из кода БВН (в) и относительным биимпульсным преобразованием (б> представленные в относительном биимпульсном коде, содержат переходы в середине тактового интервала, но только нули имеют переходы в начале интервалов. 4.3.8. Код с инверсией токовых посылок Разработан ряд кодов передачи, подобных абсолютному биимпульсному коду, описанному выше. Один из таких кодов,. рекомендованный МККТТ [16], называют кодом с инверсией токовых посылок (CMI -Coded Mark Inversion). В коде CMI единицы преобразуются в импульсы БВН с полярностью, противоположной полярности импульса, который соответствовал предыдущей единице. Рис 4.15. Преобразование кодас инверсией токовых посылок Нули представляются прямоугольным колебанием с удвоенной частотой в определенной фазе. На рис. 4.15 показан пример преобразования к коду CMI. В сигнале не содержится энергия постоянного тока и имеется достаточное число переходов так же, как и в абсолютном биимпульсном сигнале. Кроме того, отсутствует неопределенность, при различении единиц и нулей. Устранение этой неопределенности приводит фактически к основному недостатку кода CMI: его чувствительность к ошибкам больше (на 3 дБ), чем абсолютного биимпульсно-го кода . CMI принят МККТТ в качестве кода на стыке для группового сигнала четвертого уровня со скоростью передачи 139,264 Мбит/с. 4.3.9. Многоуровневые сигналы Для кодов передачи, рассматриваемых до сих пор, предполагалась передача двухуровневых (двоичных) сигналов. Для тех применений, где полоса ограничена, но желательны повышенные скорости передачи двоичных сигналов, можно увеличить число уровней, сохранив ту же скорость передачи сигналов. Скорость передачи двоичных сигналов, достигаемая в многоуровневой системе, R=(\og2L)/T, (4.4) Чувствительность к ошибкам кода СМ1 на 3 дБ больше, чем у абсолютного биимпульсного кода, при побитовом приеме сигналоа Эта неэффективность возникает из-за того, что сигнал в половине тактового интервала при передаче единицы выглядит так же, как и при передаче нуля. Поскольку код СМ1 имеет избыточность, эта неэффективность в какой-то степени может быть скомпенсирована при приеме, основанном на принципах максимального правдоподобия (Витерби). 010 011 001 ООО 100 101 100 I 001 I 011 I 111 I ООО I ООО Рис. 4.16. Многоуровневая пере.чача с тремя битами на тактовый интервал где L - число уровней, из которых можно производить выбор в каждом тактовом интервале; Т - длительность тактового интервала. Скорость передачи сигналов, численно равную 1/Г, часто называют скоростью передачи символов и измеряют в бодах. Среди специалистов в области передачи даннух обычно принято использовать слово бод как синоним скорости передачи двоичных символов. Однако строго говоря, скорость передачи двоичных символов равна скорости передачи в бодах только в том случае, когда осуществляется передача двоичного сигнала (1 бит на тактовый интервал). На рис. 4.16 показан пример формата передачи восьми-уровневого сигнала, при котором достигается передача трех битов на тактовый интервал (т. е. трех битов на бод). Системы с передачей многоуровневых сигналов обеспечивают более высокую скорость передачи двоичных символов в пределах заданной полосы, но требуют существенного увеличения отношения сигнал-шум при заданной вероятности ошибок. Если передача многоуровневых сигналов использовалась бы в проводной линии, то для достижения требуемой вероятности ошибок потребовалось бы сблизить регенераторы. В то же время, если регенераторы расположены ближе друг к другу, то уменьшается затухание и может быть использована более высокая скорость передачи и для двоичного сигнала. Таким образом, в проводной линии ограничивающим фактором, по существу, является затухание, а не полоса, и отсюда следует, что способы передачи многоуровневых сигналов привлекательны не столько для проводных линий, как для радиосистем или для передачи данных по аналоговой телефонной сети, где недопустимо превышение заданной полосы. Поэтому передача многоуровневых сигналов более полно рассматривается в гл. 6. 4.3.10. Передача методом частичного отклика Ограничивающие полосу фильтры цифровых систем передачи обычно рассчитывают так, чтобы как можно больше сузить полосу сигнала, не вызывая расширения отдельных символов в такой  \ Следующий выходной - импульс Рис. 4.17. Выходные импульсы канала с частичным Откликом степени, чтобы они создавали помехи в моменты решения на соседних тактовых интервалах. В одном классе методов передачи сигнала, называемых по-разному, дуобинарным [21], преобразованием кода с коррелированными уровнями [22] или передачей с частичным откликом [23], умышленно вносится заранее заданная межсимвольная интерференция, исходя из которой рассчитывают цепи выделения сигнала приемников. Вследствие чрезмерного ограничения спектра сигнала при фильтрации полоса при заданной скорости передачи сигналов уменьшается, но перекрывающиеся импульсы создают множество уровней, что усложняет процесс решения и увеличивает требования к мощности сигнала при заданной вероятности ошибок. На рис. 4.17 представлена импульсная реакция типовой системы с частичным откликом. Если канал возбуждается импульсом длительностью Г, то канальные фильтры (определены в приложении В) ограничивают спектр до такой степени, чтобы основная часть импульса растянулась на три тактовых интервала и давала одинаковые помехи в моменты времени двух отсчетов. Причина применения термина частичный отклик становится теперь очевидной; реакция на выходе соответствует только половине амплитуды входного сигнала. Если вслед за входным импульсом (см. рис. 4.17) поступит другой импульс такой же амплитуды, то выходной сигнал будет иметь полную амплитуду благодаря перекрытию импульсов. Однако, если следующий входной импульс имеет отрицательную полярность, при перекрытии импульсов в момент решения создается нулевая амплитуда. В соответствии с этим, как показано на рис. 4.18, система с частичным откликом и друмя уровнями входного сигнала Двухуровневый входной сигнал Трехуровневый выходной сигнал  Рис. 4.18. Входные и выходные сигналы при трехуровневом частичном отклике Четырехуровневый входной сигнал  Рис. 4.19. Входные и выходные сигналы при семиуровневом частичном отклике (--1, -1) создает на выходе сигнал с тремя уровнями ( + 1> О, - 1). Аналогично на рис. 4.19 показана система с четырьмя уровнями на входе (+3, --1, -1, -3) и семью на выходе (-1-3, +2, +1, О, -1, -2, -3). Прием сигнала с частичным откликом усложнен из-за дополнительных уровней, создаваемых канальными фильтрами, и из-за того, что значения, получаемые в моменты принятия решения, зависят от амплитуд двух соседних импульсов. Один из методов приема сигнала с частичным откликом заключается в вычитаний перекрывающейся части предыдущего принятого импульса из пришедшего сигнала для получения разности, представляющего реакцию канала на новый импульс. Необходимо вычитать перекрывающуюся часть (межсимвольную интерференцию) только в моменты решения. Разностные отсчеты номинально равны половине амплитуды неизвестного входного импульса. При этом способе вероятность ошибок удваивается по тем же причинам, что и при относительном преобразовании кода. \ Другой метод приема в системах с частичным откликом связан С предварительным преобразованием на передаче. При предварительном преобразовании кода входной цифровой сигнал изменяется таким образом, чтобы уровень на входе решающего устройства в приемнике непосредственно показывал исходный цифровой сигнал без сравнения с величиной предыдущего отсчета. В двоичной системе, например, единица преобразуется в импульс той же полярности, что и предыдугций импульс. Следовательно, логические единицы на приеме проявляются как отсчеты со значением либо -f-1, либо - 1. Передача нуля соответствует импульсу противоположной полярности по отношению к последнему импульсу. Следовательно, логические нули проявляются на приеме как сигналы с нулевым уровнем. Подобные же способы предварительного преобразования существуют и для многоуровневых систем [24]. Только что описанный способ передачи с частичным откликом представляет собой фактически особый случай более обшего класса способов передачи сигнала, называемого преобразованием кода с коррелированными уровнями [22]. Чтобы описать свойства обобщенных систем с частичным откликом или с коррелированными Входной импульс 0,5 Выходной импульс 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [34] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||