Особенности кодирования линейных сигналов. Технология кодирования 2B1Q

В цифровых системах передачи для АЛ широкое приме­нение нашли алфавитные (блочные) коды. Основное на­значение алфавитных кодов состоит в уменьшении тактовой частоты, что связано с использованием кодов с основанием M > 2. При таком кодировании двоичный сигнал разбивается на блоки, состоящие из элементов. Каждому блоку по опреде­ленному правилу ставится в соответствие блок, содержащий k элементов кода с основанием M, причем всегда.

Для алфавитных кодов принято условное обозначение, где и k указывают на число элементов в исходном и результирующем блоках. В (Binary) означает, что в исход­ном блоке используется двоичное счисление (код с основа­нием 2). Вместо М используются буквы, определяющие ос­нование кода в результирующем блоке: Т (Ternary) - троич­ное, Q (Quaternary) - четверичное.

Например, в коде ЗВ2Т (табл.) двоичный сигнал разбивается на исходные блоки, состоящие из трех элементов. Каждому исходному блоку со­ответствует результирующий блок, содержащий два элемен­та троичного кода.

Правило кодирования для кода ЗВ2Т

Очевидно, что уменьшение числа элементов k в резуль­тирующем блоке по сравнению с числом элементов в исход­ном блоке приводит к уменьшению тактовой частоты передачи информационного потока по линии связи, а, следовательно, дает возможность повышения скорости передачи двоичных сигналов при той же занимаемой полосе частот. Здесь коэффициент уменьшения тактовой частоты К_м = / k.

Главными факторами, влияющими на качество работы оборудования, являются параметры линии связи. Перечислим ключевые из них для технологий xDSL.

1. Ослабление сигнала. Затухание сигнала в кабельной линии зависит от типа кабеля, его длины и частоты сигнала. Чем длиннее линия и выше частота сигнала, тем выше зату­хание.

2. Нелинейность АЧХ. Как правило, кабельная линия свя­зи представляет собой фильтр низких частот.

3. Перекрестные наводки на ближнем и дальнем оконча­ниях (NEXT, FEXT).

4. Радиочастотная интерференция.

5. Групповое время задержки. Скорость распростране­ния сигнала в кабеле зависит от его частоты, таким образом, даже при равномерной АЧХ форма импульса при передаче искажается.

Основу оборудования xDSL составляет линейный тракт, то есть способ кодирования (или модуляции) цифрового пото­ка для его передачи по медной линии. Например, технология HDSL предусматривает использование двух технологий коди­рования линейных сигналов - 2B1Q и САР. Обе они основаны на цифровой обработке передаваемого и принимаемого сигна­лов так называемым сигнальным процессором и обладают ря­дом общих принципов.

Для снижения частоты линейного сигнала, а, следователь­но, повышения дальности работы в технологии HDSL примене­на адаптивная эхокомпенсация. Суть ее в том, что прием и пе­редача ведутся в одном спектральном диапазоне, разделение сигналов осуществляет микропроцессор. Приемник модема HDSL вычитает из линейного сигнала сигнал собственного пе­редатчика и его эхо (сигнал, отраженный от дальнего конца ка­беля или от места сочленения составного кабеля). Настройка системы HDSL под параметры каждой линии происходит авто­матически, оборудование динамически адаптируется к парамет­рам каждого кабеля, поэтому при установке аппаратуры или ее переносе с одного участка на другой не требуется каких-либо ручных настроек или регулировок.

Применение эхокомпенсации и снижение частоты ли­нейного сигнала позволило вести передачу в обоих направ­лениях не только по одной паре, но и в одном кабеле, что также является ключевым преимуществом технологии HDSL перед применяемыми ранее методами линейного ко­дирования HDB3 или AMI. Построенные до появления технологий DSL тракты Т1 или Е1, помимо уста­новки множества линейных регенераторов (через каждые 1000...1500 м), требовали прокладки двух кабелей, в одном из которых все пары задействовались под передачу, а в дру­гом - под прием.

Разработанная первой технология 2B1Q (2 Binary, 1 Quaternary) остается широко распространенной в западно­европейских странах и США. При ее использовании достигается передача двух битов за один тактовый интервал T. Следовательно, в этом случае скорость передачи, измеряемая в бит/с,в два раза превосходит скорость передачи, измеряемой в бодах (бод - это единица измерения скорости передачи двоич­ных символов, которая определяется как 1 / Т). Скорость в бит/с равна скорости в бодах, когда 1 бит передается за один такто­вый интервал.

Код 2B1Q изначально использовался в сетях ISDN для передачи потока 144 кбит/с, а затем также нашел примене­ние для передачи более высокоскоростных потоков. Код 2B1Q представляет собой модулированный сигнал, имеющий 4 уровня, то есть в каждый момент времени передается 2 би­та информации (4 кодовых состояния). Спектр линейного сигнала симметричный и достаточно высокочастотный (рис.). Присутствуют также низкочастотные и постоянные со­ставляющие.

Рис. Спектр и форма линейного сигнала кода 2B1Q

Рассмотрим, как влияют на передачу кода 2B1Q различные факторы.

В городских условиях создается большое количество низ­кочастотных наводок, например при пуске мощных электриче­ских машин (метро, трамваи и т.д.), электросварке, а также импульсных помехах в кабелях связи (при наборе номера, передаче сигналов сигнализации и т.д.). Комплексы БИС, реализующие технологию 2B1Q, являются достаточно чувствительными к ис­кажениям, так как сигнал имеет постоянную составляющую.

Наличие большого разброса частот в спектре сигнала 2B1Q вызывает необходимость решения проблем, связанных с групповым временем задержки. Микропроцессорная обработка помогает решить эту проблему засчет существенного услож­нения алгоритма обработки сигнала.

Спектр кода 2B1Q содержит высокочастотные составляю­щие, максимум энергии передается в первом «лепестке», шири­на его пропорциональна скорости на линии. Затухание сигнала в кабеле растет с увеличением его частоты, поэтому в зависимо­сти от требуемой дальности применяется одна из трех скоростей линейного сигнала (784 кбит/с, 1168 кбит/с или 2320 кбит/с). Технология 2B1Q предусматривает использование для передачи потока 2 Мбит/с одной, двух или трех пар медного кабеля. По каждой из пар передается часть потока (рис.) с вышеупо­мянутыми скоростями. Наибольшая дальность работы достига­ется при использовании трех пар (около 4 км по жиле 0,4 мм), наименьшая - при работе по одной паре (менее 2 км). Ввиду того что дистанция работы систем HDSL (кодирование 2B1Q), использующих одну пару, не удовлетворяет базовым требованиям по дальности, такие системы не нашли широкого распро­странения. Системы, работающие по трем парам, до сих пор достаточно широко используются, однако постепенно вытес­няются системами, применяющими технологию САР и обеспе­чивающими ту же дальность по двум парам. Наибольшее рас­пространение из систем с кодированием 2B1Q имеют системы, работающие по двум парам. Дальность работы таких систем (около 3 км по жиле 0,4 мм) обеспечивает решение подавляю­щего большинства задач доступа в странах Западной Европы и США, а длина АЛ в 80 % случаев не превышает 3 км.