4つのゼロにパルスが含まれる理由
極性を交互にする
通常のマークは、正と負の極性を交互に取ります。
置換する
直前のV以降の通常マーク数に応じてパターンを選びます。
復号する
正しい置換パターンは、4つのゼロビットに戻ります。
ベンチ検証チェックリスト
既知のビットパターンを使い、ライン符号エラーとペイロードのビットエラーを分けて記録します。
試験台で光端末のE1電気ポートを観測してみましょう。入力は2進ビット列ですが、オシロスコープには正パルス、負パルス、パルスのない区間が現れることがあります。入力にゼロが4つ続く箇所でさえ、パルスが現れることがあります。受信機はなぜこれをデータの1と解釈しないのでしょうか。送受信の両端が同じ置換規則に従うためです。受信機は、パルスの極性と前後の関係を見てライン信号を復号します。
まず電気ポートから
FeichangのE1インターフェース16系統とFast Ethernetインターフェース4系統を備えたプラグイン型PDH光端末では、E1ポートの仕様にHDB3が記載されており、75 Ωの不平衡インターフェースと120 Ωの平衡インターフェースを備えています。本稿で扱うのは、銅線を用いるE1インターフェースでの符号化です。端末はE1電気信号を受信すると、タイミングとビットを復元し、多重化して光リンクに送ることができます。そのリンクの伝送形式は光伝送装置によって決まります。電気ポートにHDB3と記載されていても、それに対応する正負の電圧パルスが光ファイバーを伝わるわけではありません。
E1の公称ビットレートは2.048 Mbit/sなので、1ビットスロットの長さは約488 nsです。送信機はスロットごとに、正パルス、負パルス、またはパルスなしのいずれかを選びます。受信機はこれらの状態を区別し、適切なタイミングでサンプリングしなければなりません。公称ビットレートから、おおよそのスロット長が分かります。実際の動作では、受信回路が回線上の信号の変化からタイミングを追従し、サンプリング点が所定の判定点からずれないようにします。
概念図では、波形を正、ゼロ、負の記号に単純化します。実際のE1パルスには、形状、振幅、幅の規定があります。パルスがビットスロット全体を占めるとは限りません。図は各パルスがどのスロットに位置するかを示しています。電気特性の合否判定では、観測波形を概念図の階段状波形と比較するのではなく、所定のインターフェース、測定点、パルスマスクを使用してください。
極性の交互反転だけでは不十分な理由
まず、AMI（Alternate Mark Inversion、交互マーク反転）を考えます。1はパルスで表し、0のスロットにはパルスを入れません。通常の1を表すパルスは、直前の非ゼロパルスと逆の極性になります。前の1が正なら、間にゼロがいくつあっても、次の1は負になります。極性を交互にすることで、一方の極性への偏りが続きにくくなります。また、受信機にとっては、パルスのないスロットを除いて同じ極性のパルスが続いた場合に、符号化規則に照らして確認すべきだという手掛かりにもなります。
AMIでは、ゼロが長く続くと、タイミングを得るための新たな信号遷移がありません。データに多数の連続したゼロが含まれると、送信機のビットクロックは進み続けますが、回線上にはパルスが現れません。受信機は、その区間だけから各スロットの境界を見つけることは容易ではありません。HDB3では、連続するゼロを4つずつ、パルスを含む所定のパターンに置き換えます。置換後も占めるのは同じ4スロットなので、回線のビットレートは変わらず、ペイロードに新たなビット位置が挿入されることもありません。
Vはバイオレーションパルスです。直前の非ゼロパルスと同じ極性を取り、通常の交互反転規則を破ります。Bはバランスを取るためのパルスで、通常の極性反転規則に従います。受信機はVを検出すると、その前のスロットを確認し、置換パターンが000VかB00Vかを判定します。同じ極性のパルスが現れただけでは、送信機が連続するゼロを意図的に符号化したとは断定できません。
4つのゼロに対する2種類の置換を例で確認する
送信機は、直前のV以降に送った通常の非ゼロデータパルスを数えます。その数が奇数なら、000Vを使います。直前の非ゼロパルスが正の場合、4スロットはゼロ、ゼロ、ゼロ、正となります。最後のパルスは直前の正極性を繰り返すのでVです。たとえば、直前のVが負で、その後に通常の正パルスが1つだけ続いた場合、今回のVは正になり、2つのVの極性は互いに逆になります。
パルス数が偶数なら、送信機はB00Vを使います。直前のVが正で、その後に通常のパルスが一度も現れないまま、次の4つのゼロが入力されたとします。0は偶数です。送信機は直前の正パルスから極性を反転させ、グループの先頭に負のBを置き、次の2スロットを空け、最後に負のVを置きます。その結果、負、ゼロ、ゼロ、負となります。最後の負パルスはBと同じ極性なので、交互反転規則に違反します。今回のVは負で、直前のVは正です。
数えるのは、直前のバイオレーション以降の通常パルスです。これまでに送信した全パルスの累計ではありません。また、直前の非ゼロパルスが正だったと分かるだけでも不十分です。上のどちらの例でも直前のパルスは正ですが、それまでのパルス数の偶奇が異なるため、4スロットのパターンは異なります。符号器には、極性と前回の置換以降の状態の両方が必要です。
ビットを復元し、適切な層で試験する
受信機はまず、適切なサンプリング時点で、各スロットが正パルス、負パルス、パルスなしのいずれかを判定します。次に、HDB3の規則に従ってパルス同士の関係を確認します。極性が交互に変わる通常のデータパルスは1に対応します。復号器はバイオレーションを検出すると、該当する4スロットを調べます。正しい置換パターンであれば、Bがある場合はその位置も含め、4スロットすべてをゼロに戻します。そのため、オシロスコープにパルスが見えていても、ビット誤り測定器ではすべてゼロに復号されることがあります。この判定には、前後の情報が十分に必要です。その情報をどのように保持するか、また処理にどれだけの遅延が生じるかは、ハードウェアの実装によって決まります。
パルスの検出漏れや、反射やノイズをパルスと誤認することで、この前後関係が崩れることがあります。ライン符号違反とペイロードのビットエラーは区別してください。前者は受信した回線信号が符号化規則に従っているかどうかに関わり、後者は復号データを既知のテストパターンと比較して判定します。規則に従って意図的に挿入されたVはHDB3の一部であり、回線エラーを測定する際に、正しい置換パターンを一律に異常として扱うべきではありません。各カウンターが正確に何を測定しているかは、装置と測定器の定義を確認してください。
試験台では、対応するE1測定器と短いケーブルを使い、一方向の基準値を取ります。承認された保守時間帯に、短いケーブルを実回線に置き換えます。既知のパターンを使い、回線エラー、ビットエラー、同期状態、測定時刻を併せて記録します。短いケーブルでは問題がなく、実回線でエラーが増える場合は、終端、コネクター、減衰を確認します。回線の測定結果に異常がないのにサービスが機能しない場合は、フレーミング、タイムスロットの割り当て、エンドツーエンドのデータを確認します。各測定がどの層に対応するかを明確にします。同期ランプや波形だけでは、サービスが正常であるとは確認できません。
各測定の観測点を記録する
混同しやすい点が2つあります。第一に、回線上のゼロは、そのスロットにパルスがないことを意味します。測定器の基線は結合方式、ノイズ、プローブの位置によって変わり得るため、画面上で厳密にゼロ電圧に見えるかどうかは判定基準ではありません。第二に、回復した回線タイミングはサンプリングの基準になりますが、E1フレームが正しく検出されたことや、電話のシグナリングやデータの割り当てが正常に機能していることまでは確認できません。他の技術者が測定を再現できるように、各測定を電気ポート、復号器出力、サービス終端のどこで行ったかを記録してください。
オフラインで確認する場合は、直前の状態と入力系列を書き出します。直前のVの極性を明記し、その後に現れた通常パルスをすべて列挙してから、4つのゼロに印を付けます。系列の途中から記録した波形には、偶奇を決める履歴が含まれていません。見えている4スロットだけでは、符号器がどちらの分岐を選んだかは確定できません。パターン全体を残しておけば、連続するVパルスの極性が交互になっていることと、復号器が元の4つの位置をゼロに戻すことも確認できます。
出典と適用範囲
以下の中国語技術記事から翻訳： 中国語の原文記事を読む.
よくある質問
ゼロが4つ続くと、なぜ回線上にパルスが現れるのか？
HDB3は、同じ4スロット内で000VまたはB00Vに置換し、タイミング回復に必要な信号遷移を確保します。
HDB3は000VとB00Vをどう使い分けるのか？
直前のバイオレーション以降の通常パルス数が奇数なら000V、偶数ならB00Vを使います。
Vパルスは常に異常を示すのか？
HDB3の正しい置換パターンでは、Vを意図的に使います。復号器は極性と周囲のスロットを確認してから、元のゼロに戻します。
