Линейное кодирование в цсп

Цифровые сигналы передаются по разным линиям связи - ка­бельным (электрическим и волоконно-оптическим), радиорелейным и спутниковым. В зависимости от используемой среды распростра­нения сигналам в линии придают различный вид, при котором па­раметры сигнала в наибольшей степени согласованы с параметрами линии связи. Эта операция называется линейным кодирова­нием, при котором символы «1» и «О» информационного сигнала заменяются цифровым сигналом, характеристики которого в боль­шей степени соответствуют параметрам линии. Полученный в результате линейного кодирования цифровой сигнал называется линейным кодом.

К линейным кодам предъявляются следующие требования:

однозначность декодирования, т.е. из линейного цифрового сиг­нала должна однозначно формироваться исходная последователь­ность двоичных символов;

в энергетическом спектре линейного цифрового сигнала должны быть ослаблены низкочастотные и высокочастотные составляющие;

в линейном цифровом сигнале должна быть обеспечена высокая плотность импульсов, т.е. число импульсов, определяющих такто­вые интервалы, должно быть существенно больше числа пробелов («нулей»).

В зависимости от используемой среды распространения приме­няют различные линейные коды. В радиорелейных и спутниковых линиях, например, используют различные виды фазовой или час­тотной манипуляции. В линиях связи электрических кабелей рас­пространена передача цифровых сигналов импульсами постоянного тока. При этом сигналы в линии могут быть двухуровневыми и многоуровневыми, из последних чаще всего применяются трех­уровневые сигналы.. Двухуровневые сигналы могут принимать в процессе кодирования значения напряжения «+» или «-», трех­уровневые сигналы принимают значения «+», «-» и «О» (пробел). Линейные коды цифровых волоконно-оптических систем передачи представляют двухуровневые сигналы, принимающие в процессе кодирования значения «+» или «О» (пробел).

В ряде случаев для исключения из цифрового сигнала длинных последовательностей одинаковых символов, а также периодически повторяющихся пачек символов исходный двоичный сигнал перед линейным кодированием подвергается дополнительному перекоди­рованию, при котором ему придаются свойства случайного потока. Операция, совершаемая при этом, называется скремблированием сигнала и состоит в суммировании по «модулю 2» с исходным сигналом псевдослучайных последовательностей (ПСП), содер­жащих определенное (равное 2^n-1, где n - целое) число символов. Эти последовательности, будучи в действительности детерминиро­ванными, удовлетворяют трем критериям случайности:

1) в каждом периоде последовательности число символов «1» отличается от числа символов «О» не более, чем на единицу;

2) в течение периода последовательности половина серий еди­ниц и нулей имеет длину 1, одна четверть - 2, одна восьмая - 3 и т. д. до тех пор, пока это продолжение имеет смысл. Серией называется последовательность одинаковых цифр;

3) если последовательность посимвольно сравнить с любым ее циклическим сдвигом в течение периода последовательности, то можно отметить, что число совпадений отличается от числа несов­падений не более, чем на единицу, а при сложении «по модулю 2» этой последовательности с ее циклическим сдвигом образуется новая циклическая перестановка исходной последовательности.

Например, при n = 4 псевдослучайная последовательность, удовлетворяющая указанным требованиям, имеет вид 000100110101111. Число символов в этой последовательности равно 15. Число единиц в ней равно 8, число нулей - 7, что удовле­творяет первому критерию. Второй критерий также удовлетворяет­ся, так как в этой последовательности имеется восемь различных серий, в том числе четыре серии единиц и четыре серии нулей. Из них две серии единиц и две серии нулей (4 из 8) имеют длину 1, по одной серии единиц и нулей имеют длину 2 (2 из 8) и одна серия из восьми содержит три нуля. Сдвинув последовательность на любое число символов и сравнив ее с исходной, можно убедиться в спра­ведливости критерия 3. Так, при сдвиге на три элемента

000100110101111

111000100110101

видим, что в этих строках символы совпадают 7 раз и не совпадают 8 раз. Сложение «по модулю 2», приводит к образованию последо­вательности 111100010011010, которая является циклической перестановкой исходной последовательности. Псевдослучайные последовательности, удовлетворяющие указанным трем критериям, называются последовательностями максимальной длины и форми­руются с помощью регистров сдвига с обратными связями. Отме­тим, что обычно выбирают n > 10, что соответствует длине ПСП более 1023 символов.

Сигнал, образованный суммированием входного двоичного пото­ка и периодически повторяемых последовательностей максималь­ной длины, сохраняет свойства псевдослучайного сигнала и называется скремблированым. Вероятности появления символов

«0»и «1» в нем одинаковы, поэтому вероятность образования серии из k нулей подряд равна р = 0,5^k. При k = 20 р₂₀ = 10'⁶. Такой сигнал обладает достаточно хорошими свойствами для выделения из него сигналов синхронизации.

При декодировании линейного скремблированного сигнала проис­ходит вычитание ПСП-составляющей из суммарного цифрового сигнала и восстановление за счет этого исходного цифрового потока.

В системах передачи на основе классической ИКМ с ВРК каждый отсчет (дискрет) входного квантованного сигнала кодируется неза­висимо от всех остальных, т.е. кодируются произвольные случай­ные сигналы. Анализ речевых сигналов показывает, однако, что при переходе от одного дискрета к другому проявляется значительная избыточность. Степень корреляции между соседними дискретами довольно значительная (коэффициент корреляции не менее 0,85). Следовательно, избыточность при классической ИКМ указывает на возможность значительной экономии полосы передаваемых частот за счет более эффективных методов кодирования.

Кроме корреляции между соседними дискретами речевого сиг­нала для уменьшения скорости передачи кодированного сигнала можно использовать и другие виды избыточности: неравномерное распределение амплитуд, корреляция, связанная с периодичностью в сигнале, корреляция между периодами основного тона; избыточ­ность, связанная с не активностью речи, неравномерностью усред­ненного спектра речи и кратковременностью спектра речи.