2-2. Соединительные линии. Коды стыков. Входные интерфейсы.
|
2-2. Соединительные линии. Коды стыков. Входные интерфейсы. |
Перед рассмотрением данных вопросов важно разобраться с некоторыми основополагающими понятиями. Прежде всего, разберем основные представления цифрового сигнала, показанные на рис. 2-2-1. Код RZ ("возврат к нулю") означает, что длительность символов делается меньше протяженности тактового интервала и единичные символы представляют собой отдельные импульсы. Другое представление цифрового сигнала - код NRZ ("без возврата к нулю"). В этом случае длительность символов равна длительности тактового интервала и последовательная серия единиц сливается в один импульс.
Следующий вопрос, подлежащий изучению - требования к полосе частот канала для передачи цифровых сигналов. Это можно прояснить при помощи моделирования процессов по программе АЧХ4пNRZ.xmcd , выполненной в пакете Mathcad. При отсутствии возможности работать в пакете Mathcad воспользуйтесь Flash - роликом (4pNRZ..swf), который находится в папке "Flash" учебных материалов. Проделайте аналогичные исследования по программе АЧХ4пRZ.xmcd или при помощи Flash-ролика (4pRZ.swf).
После работы с программами или Flash-роликами можно заключить, что минимально-допустимая полоса частот канала связи, необходимая для передачи цифрового сигнала, теоретически должна соответствовать тактовой частоте следования символов или, численно равняться битовой скорости потока (B = 2 Мбит/c - требуемая полоса частот равна 2 МГц, B = 34 Мбит/с - 34 МГц и т.д.). Такая теоретическая полоса частот называется "полоса Найквиста". На практике, требуемая полоса частот, должна превышать полосу Найквиста на 25 - 30%.
Еще один вывод из предыдущих рассуждений и исследований. Идеальная форма единичного символа должна соответствовать форме "приподнятого косинуса" у которого отсутствует плоская вершина - заканчивается передний фронт импульса и сразу же начинается задний фронт (рис. 2-2-2).
Рис. 2-2-2. Форма символов комбинации 010 для идеальной цифровой системы связи
Подключим осциллограф на выход цифровой системы связи по схеме, представленной на рис. 2-2-3. Здесь цифровой поток подается на вход Y осциллографа, а его развертка по оси Х осуществляется с частотой кратной тактовой. Общее название изображений, полученных в этом случае на экране осциллографа - глазковая или глаз-диаграмма (форма изображения одного такта похожа на глаз). Формирование глаз-диаграммы поясняется в следующем риснке, на котором показано наложение разных комбинаций цифрового сигнала. 
При идеальной системе связи вид изображения на экране осциллографа будет такой, как показан на рис. 2-2-3а. В реальной же системе связи символы имеют различные искажения, как по форме и амплитуде, так и по месту расположения. Любые искажения сразу же видны на глаз-диаграмме. На рис. 2-2-3 б, в и на рис. 2-2-4 показаны примеры различных искажений.
Рис. 2-2-3
рис. 2-2-4
Очевидно, что чем больше глаз-диаграмма похожа на показанную в рис. 2-2-3а, тем лучше работает система цифровой связи. Как говорят, "система должна иметь ясные, четко очерченные, широко раскрытые глаза". Глаз-диаграмма позволяет оперативно отслеживать характер прохождения сигналов, а при помощи специальных приборов для обработки глаз-диаграмм - проводить углубленную диагностику работы оборудования цифровой связи.
Соединительные линии
Как указывалось в предыдущем разделе цифровые потоки проходят по соединительным линиям между оборудованием станции РРС и оборудованием мультиплексирования / демультиплексирования (мульдексами). Протяженность соединительных линий может быть абсолютно разной (от нескольких метров до нескольких километров). Соединительные линии безусловно не должны вносить никаких ошибок в цифровые сигналы (они должны относиться к системам связи квазисвободных от ошибок). Поэтому решающее значение получает вопрос о выборе типа кода, который обеспечит эти требования. Наиболее часто в качестве соединительной линии применяется электрический коаксиальный кабель.Можно ли по коаксиальному кабелю передать без искажений цифровой сигнал с кодом RZ или NRZ? На рис. 2-2-5 выделены цветом обобщенные спектры сигналов с кодами RZ и NRZ. Из рисунка видно, что эти сигналы обладают постоянной составляющей. Но в схемах стыковки кабеля с выходами и входами различных блоков применяются разделительные конденсаторы, которые не пропустят постоянную составляющую. При работе с программой АЧХ4пNRZ.xmcd или с Flash - роликом (4pNRZ..swf) Вы наблюдали за искажениями (дифференцированием) цифрового сигнала с кодами RZ или NRZ при потери постоянной составляющей и ограничении полосы пропускания канала связи в области нижних частот. Очевидно, что при этом раскрыв глаз-диаграммы уменьшиться (рис. 2-2-4), следовательно, вероятность ошибок возрастет!
Рис. 2-2-5
Поэтому в соединительной линии, выполненной на электрическом кабеле нужно применять коды без постоянной составляющей. К таким кодам относятся так называемые квазитроичные коды, одним из которых является код AMI (Alternative Mark Inversion). Он является трехуровневым кодом, в котором нули кодируются отсутствием импульсов, а единицы - попеременно положительными и отрицательными импульсами.
Проделайте исследования по программе АЧХ4пAMI.xmcd или с Flash - роликом (4pAMI..swf).
Код AMI простой, но обладает существенным недостатком - при длинной серии нулей невозможно из такого сигнала выделить тактовую частоту. Поэтому при скоростях работы до 34 Мбит/с применяется более сложный код - HDB-3 (рис. 2-2-6). Этот код (High-Density Bipolar code of order 3) работает аналогично коду AMI если число последовательных нулей не превышает трех. Если же число последовательных нулей больше трех, то четвертый нуль кодируется символом, полярность которого такая как и у последнего единичного символа. Появляющаяся при этом постоянная составляющая компенсируется кодированием первого символа из четырех нулей.
Рис. 2-2-6
Основные правила формирования сигналов с кодом HDB-3
1. Единицы передаются чередующимися положительными и отрицательными символами
2. Пробелы (нули) передаются пробелами, если число последовательных нулей не превышает трех. Если число последовательных нулей превышает 3, то:
первый нуль кодируется как пробел, если последний символ в предыдущей серии из 4 нулей противоположен по полярности последнему единичному символу, второй и третий нуль кодируются пробелами, четвертый нулькодируется положительным или отрицательным символом с нарушением принципа чередования полярности (это обстоятельство показывает декодеру отличие нуля от единичного символа) |
Дополнительную информацию по этим кодам можно получить на сайте http://wiki.metrotek.spb.ru/wiki/CV_HDB3_&_AMI. Знание правил формирования кода HDB-3 иногда очень важно для диагностики неисправностей ряда типов оборудования. В некоторых случаях кодеры и декодеры HDB-3 ваполнялись на программированных логических матрицах, у которые со временем могут нарушится логические связи и работа нарушается.
На скоростях цифровых потоков больше 34 Мбит/с применяется квазитроичный код CMI (Coded Mark Inversion). В этом коде единичные символы чередуются по полярности по тактовым интервалам, а нулевые символы передаются перепадом полярности в середине тактового интервала.
Проделайте исследования кода CMI по программе АЧХ4пСMI.xmcd или с Flash - роликом (4pСMI..swf).
Рис. 2-2-7
На рис. 2-2-7 показаны обобщенные спектры квазитроичных кодов с отсутствием постоянной составляющей.
На высоких скоростях в качестве соединительных линий применяются волоконно-оптические структуры. Здесь сигналы могут передаваться в коде RZ. В некоторых случаях соединительная линия может быть организована на атмосферной оптической системе связи. где также применяется код RZ, а иногда соединительная линия строится при помощи радиопролета с высокой энергетикой. В последнем случае применяется код NRZ.
Входные интерфейсы
Входные интерфейсы согласуют соединительные линии с оборудованием радиорелейной связи. Основные функции входных интерфейсов следующие:
Рис. 2-2-8
При выделении сигнала тактовой частоты из цифрового потока нужно иметь ввиду, что в большинстве кодов, рассмотренных выше, составляющие тактового сигнала или отсутствуют вовсе или имеют очень малые амплитуды, что видно из обобщенных спектров (рис. 2-2-7). Исключение составляет сигнал в коде RZ.
Поэтому, выделители настраиваются на частоту в 2 раза меньшую тактовой с последующим удвоением. Частота fт/2 отделяется узкополосным фильтром, выполненном на кварце или структуре с умножением добротности, умножается на два и подается на формирователи импульсов синхронизации (рис.2-2-9).
Рис. 2-2-10
Непосредственно выделить тактовую частоту можно по схеме, представленной на рис. 2-2-11 из сигнала с кодом RZ.
Рис. 2-2-11
Flash - ролики, представляющие собой видеопособия, расположены в папке "Flash" учебных материалов. Запускаются ролики в любом проигрывателе, поддерживающим видеофайлы с расширением .swf (Flash Player).
Все пособия представляют собой набор слайдов с пояснениями и кнопками со стрелками для перехода по ролику вперед и назад.
. 
