Problem: Cisza Długich Sekwencji Zer w Kodzie AMI

Kod AMI doskonale eliminuje składową stałą w sygnale. Ma jednak krytyczną wadę: długa, nieprzerwana sekwencja zer ($000000...$) skutkuje płaskim, niezmiennym sygnałem o napięciu zero.

Ta "cisza" jest problematyczna, ponieważ odbiornik opiera się na przejściach sygnału (zmianach napięcia), aby zsynchronizować swój wewnętrzny zegar z zegarem nadawcy. Bez przejść, zegar odbiornika może się "rozjechać", co prowadzi do błędów w interpretacji danych. Kod HDB3 został wynaleziony, aby rozwiązać dokładnie ten problem.

HDB3: Bipolarny Kod Wysokiej Gęstości z 3 Zerami

HDB3 to "inteligentna" modyfikacja kodu AMI, szeroko stosowana w europejskich systemach telekomunikacyjnych $E1$. Jego nazwa doskonale opisuje jego funkcję:

• Bipolarny Wysokiej Gęstości: Jest to kod bipolarny (używający +V, 0, -V), który potrafi obsłużyć "wysokie gęstości" zer bez utraty synchronizacji.
• z 3 Zerami: Gwarantuje, że w sygnale wyjściowym nigdy nie pojawi się więcej niż trzy kolejne zera, niezależnie od danych wejściowych.

Przez większość czasu HDB3 zachowuje się dokładnie jak AMI. Cała jego finezja polega na sposobie obsługi sekwencji czterech lub więcej zer.

Serce Kodu HDB3: Reguły Zastępowania

Zawsze, gdy koder napotyka sekwencję czterech kolejnych zer ($0000$), zastępuje tę sekwencję specjalnym czteroelementowym wzorcem. Dostępne są dwa wzorce zastępcze: 000V oraz B00V.

Zrozumienie Specjalnych Impulsów

• Impuls V (Violation - Naruszenie): Jest to impuls niezerowy (+V lub -V), który celowo łamie regułę naprzemiennej polaryzacji kodu AMI. Impuls 'V' zawsze ma tę samą polaryzację co bezpośrednio poprzedzający go impuls niezerowy. Ten celowy błąd jest specjalnym sygnałem, który dekoder rozpoznaje.
• Impuls B (Bipolarny): To również jest impuls niezerowy (+V lub -V), który zastępuje pierwsze zero w sekwencji $B00V$. W przeciwieństwie do impulsu 'V', impuls 'B' jest zgodny z regułą naprzemiennej polaryzacji AMI, utrzymując ogólny balans składowej stałej w sygnale.

Sztuka Równowagi: Wybór Właściwej Sekwencji Zastępczej

Wybór między użyciem 000V a B00V jest podyktowany regułą mającą na celu utrzymanie zrównoważenia sygnału (braku składowej stałej). Celem jest zapewnienie, aby kolejne impulsy naruszenia ('V') miały naprzemienną polaryzację.

Reguła: Koder zlicza liczbę impulsów niezerowych (zwykłych '1' oraz impulsów 'B'), które wystąpiły od ostatniego zastąpienia.

HDB3 w Akcji: Przykład Krok po Kroku

Zakodujmy następujący strumień binarny: $1010000110000$

1. Wejście $1$: Ostatni impuls: brak. Zaczynamy od $+$.
   Zakodowano: +
2. Wejście $0$: Brak zastąpienia.
   Zakodowano: + 0
3. Wejście $1$: Ostatni impuls był $+$. Zmieniamy na $-$.
   Zakodowano: + 0 -
4. Wejście $0000$: Czas na zastąpienie.
   - Liczba impulsów niezerowych od ostatniego zastąpienia: 1 impuls ($-$). Jest to liczba NIEPARZYSTA.
   - Reguła dla nieparzystych: Użyj $000V$.
   - Polaryzacja $V$: Musi być taka sama jak ostatniego impulsu ($-$).
   Zakodowano: + 0 - 0 0 0 -
5. Wejście $1$: Ostatni impuls to $V$ o polaryzacji $-$. Zmieniamy na $+$.
   Zakodowano: + 0 - 0 0 0 - +
6. Wejście $1$: Ostatni impuls był $+$. Zmieniamy na $-$.
   Zakodowano: + 0 - 0 0 0 - + -
7. Wejście $0000$: Kolejne zastąpienie.
   - Liczba impulsów niezerowych od ostatniego zastąpienia ($000-$): 2 impulsy ($+$ i $-$). Jest to liczba PARZYSTA.
   - Reguła dla parzystych: Użyj $B00V$.
   - Polaryzacja $B$: Musi być przeciwna do ostatniego impulsu ($-$), więc $B$ to $+$.
   - Polaryzacja $V$: Musi być taka sama jak $B$, więc $V$ to również $+$.
   Zakodowano: + 0 - 0 0 0 - + - + 0 0 +

Końcowy Zakodowany Sygnał: + 0 - 0 0 0 - + - + 0 0 +

Interaktywny Kod HDB3