Wprowadzenie do Kodu AMI

Kod AMI (Alternate Mark Inversion) to rodzaj kodu liniowego, który używa trzech poziomów napięcia: dodatniego (+V), zerowego (0) i ujemnego (-V). Jego nazwa doskonale opisuje zasadę działania: "Mark" to stary termin telekomunikacyjny oznaczający logiczną '1', a te "znaki" są naprzemiennie "odwracane" pod względem polaryzacji. Kod AMI został opracowany w celu rozwiązania kluczowych problemów występujących w prostszych kodach, takich jak NRZ, a w szczególności problemu składowej stałej w przesyłanym sygnale.

Zasady Kodowania AMI

Proces kodowania AMI opiera się na dwóch prostych i rygorystycznych zasadach:

• Logiczne '0' (spacja): Bit '0' jest zawsze reprezentowany przez zerowy poziom napięcia (0V) przez cały czas trwania bitu.
• Logiczne '1' (znak): Bit '1' jest reprezentowany przez niezerowy impuls napięcia (+V lub -V), ale polaryzacja tego impulsu musi naprzemiennie się zmieniać dla każdej kolejnej jedynki. Jeśli ostatnia '1' była zakodowana jako +V, następna musi być zakodowana jako -V i na odwrót. Impulsy te zazwyczaj mają 50% wypełnienie, co oznacza, że trwają przez połowę okresu bitowego ($T/2$), podobnie jak w kodach RZ.

Na przykład, dla sekwencji binarnej $1011001$:
Zakodowany sygnał AMI wyglądałby następująco: $+V, 0V, -V, +V, 0V, 0V, -V$.

Interaktywny Przykład Kodowania AMI

Zalety i Wady Kodu AMI

Zalety

• Brak Składowej Stałej: To podstawowa zaleta AMI. Zapewnienie, że dodatnie i ujemne impulsy dla bitów '1' będą się statystycznie znosić, powoduje, że kod nie ma znaczącej składowej stałej. Dzięki temu nadaje się do transmisji przez linie AC-coupled.
• Prosta Detekcja Błędów: Ścisła zasada naprzemiennej polaryzacji zapewnia prosty, wbudowany mechanizm wykrywania błędów. Jeśli odbiornik zobaczy dwa kolejne impulsy o tej samej polaryzacji (np. +V, a zaraz po nim kolejne +V), natychmiast wie, że wystąpił błąd transmisji. Nazywa się to „naruszeniem bipolarnym” (bipolar violation).
• Wydajność Pasmowa: Główny listek widma AMI jest skoncentrowany wokół połowy przepływności bitowej ($R_b / 2$) i zajmuje pasmo podobne do NRZ, co czyni go stosunkowo wydajnym.

Krytyczna Wada

• Utrata Synchronizacji przy Długich Ciągach Zer: To główny mankament AMI. Ponieważ bity '0' są kodowane jako zero woltów, długa sekwencja '0' skutkuje płaskim, niezmiennym sygnałem na linii. Brak przejść (zboczy) sygnału uniemożliwia układowi odzyskiwania zegara w odbiorniku zablokowanie się i utrzymanie synchronizacji, co prowadzi do błędów bitowych, gdy w końcu pojawi się '1'.

Rozwiązanie: Kody Bipolarne Wysokiej Gęstości

Aby przezwyciężyć fatalną wadę AMI związaną z długimi ciągami zer, opracowano ulepszone kody. Są one znane jako kody z tłumieniem zer lub kody "stuffingowe", które zachowują bezskładową stałą charakterystykę AMI, jednocześnie gwarantując wystarczającą gęstość impulsów dla synchronizacji.

• HDB3 (High-Density Bipolar 3-zero): Stosowany głównie w europejskim standardzie PCM E1. Ten kod dopuszcza maksymalnie trzy kolejne zera. Gdy pojawia się czwarte zero ($0000$), jest ono zastępowane specjalną sekwencją, albo $000V$ albo $B00V$, gdzie $V$ to naruszenie bipolarne (impuls o tej samej polaryzacji co poprzedni), a $B$ to normalny impuls bipolarny (o naprzemiennej polaryzacji). To celowe naruszenie wprowadza impuls, zapewniając synchronizację zegara.
• B8ZS (Bipolar with 8-Zero Substitution): Stosowany w północnoamerykańskim standardzie PCM T1. Ten kod rozwiązuje problem, zastępując sekwencję ośmiu kolejnych zer ($00000000$) specjalnym wzorcem naruszenia $000VB0VB$.