Введение
В телекоммуникациях биполярное кодирование — это тип кода линии возврата к нулю (RZ), в котором используются два ненулевых значения, так что значениями являются +, − и ноль. Такой сигнал называется дуобинарным сигналом. Стандартные биполярные кодировки разрабатываются с обеспечением DC-баланса, проводя равное время в положительном и отрицательном состояниях. Биполярное кодирование классифицируется как возврат к нулю (RZ) потому, что когда биполярный кодированный канал простаивает, линия поддерживается на постоянном "нулевом" уровне, а во время передачи битов линия находится либо в состоянии +V, либо в состоянии −V, соответствующем передаваемому двоичному биту. Таким образом, линия всегда возвращается к "нулевому" уровню, чтобы обозначить, возможно, разделение битов или состояние простоя линии.
Сменная инверсия знака
Одним из видов биполярного кодирования является код с парной разностью, простейшим примером которого является альтернативная инверсия полярности. В этом коде двоичный 0 кодируется как нулевое напряжение, как и в однополярном кодировании, а двоичный 1 кодируется попеременно как положительное или отрицательное напряжение. Название возникло из-за того, что в контексте T-канала двоичная '1' называется "маркировкой", а двоичный '0' – "пробелом".
Напряжение
Использование биполярного кода предотвращает значительное накопление постоянного тока, так как положительные и отрицательные импульсы в среднем дают ноль вольт. Отсутствие или незначительное наличие составляющей постоянного тока считается преимуществом, поскольку это позволяет использовать кабель на больших расстояниях и для питания промежуточного оборудования, например, линейных повторителей. Составляющую постоянного тока можно легко и недорого устранить до поступления сигнала в схему декодирования.
Синхронизация и нули
Биполярное кодирование предпочтительнее, чем кодирование без возврата к нулю, когда для поддержания синхронизации между передатчиком и приемником необходимы переходы сигнала. Другие системы должны синхронизироваться, используя какой-либо вид внеполосной связи, или добавлять последовательности синхронизации кадров, которые не несут полезную нагрузку. Эти альтернативные подходы требуют либо дополнительной среды передачи для сигнала синхронизации, либо потери производительности из-за накладных расходов. Биполярное кодирование часто является хорошим компромиссом: последовательности единиц не приведут к отсутствию переходов. Однако длинные последовательности нулей остаются проблемой. Длинные последовательности нулевых битов не вызывают переходов и приводят к потере синхронизации. Если требуются частые переходы, то более подходящим может быть самосинхронизирующееся кодирование, такое как возврат к нулю или другой, более сложный линейный код, хотя они вносят значительные накладные расходы. Это кодирование широко использовалось в сетях PCM первого поколения и до сих пор часто встречается на старом мультиплексирующем оборудовании, но успешная передача зависит от отсутствия длинных последовательностей нулей. Для обеспечения синхронизации не следует отправлять более 15 последовательных нулей. Существует два популярных способа гарантировать, что не будет отправлено более 15 последовательных нулей: сигнализация с "украденным" битом и заполнение битами. T-несущая использует сигнализацию с "украденным" битом: наименее значащий бит байта при необходимости просто принудительно устанавливается в "1". Изменение бита 7 вызывает изменение голоса, которое не воспринимается человеческим ухом, но это неприемлемое искажение потока данных. Для каналов данных требуется использовать другой вид заполнения импульсами. Если характеристики входных данных не соответствуют шаблону, при котором каждый восьмой бит равен "1", кодер, использующий альтернативную инверсию маркировки, добавляет "1" после семи последовательных нулей для поддержания синхронизации. На стороне декодера этот дополнительный "1", добавленный кодером, удаляется, восстанавливая исходные данные. При использовании этого метода объем данных, передаваемых между кодером и декодером, в среднем на 1% превышает объем исходных данных.
If the characteristics of the input data do not follow the pattern that every eighth bit is '1', the coder using alternate mark inversion adds a '1' after seven consecutive zeros to maintain synchronisation. On the decoder side, this extra '1' added by the coder is removed, recreating the correct data. Using this method the data sent between the coder and the decoder is longer than the original data by less than 1% on average.
Обнаружение ошибок
Еще одним преимуществом биполярного кодирования по сравнению с однополярным является возможность обнаружения ошибок. В примере с Т-несущей биполярные сигналы регенерируются через определенные интервалы, поэтому сигналы, ослабленные из-за расстояния, не просто усиливаются, а обнаруживаются и воссоздаются заново. Ослабленные сигналы, искаженные шумом, могут приводить к ошибкам, когда сигнал, обозначающий единицу, интерпретируется как ноль, или ноль – как положительный или отрицательный сигнал. Любая одиночная битовая ошибка приводит к нарушению биполярного правила. Каждое такое нарушение биполярности (BPV) указывает на ошибку при передаче. (Местоположение BPV не обязательно совпадает с местоположением исходной ошибки).
Другие схемы кодирования T1
Для каналов передачи данных, чтобы избежать необходимости постоянно устанавливать 8-й бит в 1, как описано выше, другие схемы кодирования T1 (модифицированные AMI-коды) обеспечивают регулярные переходы независимо от передаваемых данных. Таким образом достигается скорость передачи данных 64 кбит/с на канал. B8ZS – более новый формат, используемый в Северной Америке, в то время как HDB3 является исходным типом кодирования линий, применяемым в Европе и Японии. Существует также очень похожая схема кодирования, с обратными логическими позициями, которая часто называется псевдотернарным кодированием. Во всем остальном эта схема кодирования идентична.
Историческое использование
B MAC, и практически все члены семейства мультиплексных аналоговых компонентов телевизионного вещания использовали Duobinary для кодирования цифрового звука, телетекста, скрытых субтитров и условного доступа при распространении сигнала. Благодаря способу подключения Duobinary к цифровым аудиоподсистемам, аналогичным NICAM, в семействе MAC, было возможно уменьшение объема данных до 50% как в стерео-, так и в монорежиме передачи. В некоторых системах передачи данных Duobinary способен осуществлять сжатие данных без потерь, хотя на практике это используется редко.