Цифровые системы модуляции (ЦСП), импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми. Особенности ЦСП:

1) Высокая помехоустойчивось. Представление информации в цифр. форме в виде последовательности импульсов с малым числом разрешенных значений и с детерминированной частотой следования - позволяет осуществить регенерацию этих импульсов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

2) Независимость качества передачи от длины линии связи. Благодаря регенерации передаваемых сигналов, искажения в пределах регенерационного участка малы. При этом длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче информации на большие расстояния остаются практически такими же, как и на малые расстояния.

3) Стабильность параметров канала (остаточные затухания, ЧХ, величины нелинейных искажений) определяется в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Т.к. такие устройства составляют незначитель ную часть аппаратного комплекса ЦСП, стабильность параметров каналов таких систем значительно выше, чем в аналоговых. При ВРК обеспечивается идентичность параметров всех каналов, тогда как с ЧРК параметры каналов зависят от их размещения в линейном спектре.

4) Эффективность использования пропускной способности при передаче дискретных сигналов. В ЦСП дискретные сигналы могут вводиться непосредственно в групповой тракт этих систем, при это скорость передачи дискретных сигналов приближается к скорости передачи группового сигнала.

5) Возможность построения цифровой сети связи. Разработка ЦСП наряду с соединением цифрового коммутационного оборудования позволяет организовать весь аппаратный комплекс сети связи на чисто цифровой основе. В такой сети связи транзит и коммутация сигналов осуществляется в цифровой форме.

6) Высокие технико-экономические показатели ЦСП. Большой удельный вес цифр. оборудования в аппаратном комплексе ЦСП определяет особенности изготовления, настройки и эксплуатации таких систем. Высокая стабильность параметров каналов ЦСП устраняет необходимость регулировки узлов аппаратуры.

Оборудование ЦСП состоит из: оборудования формирования и оборудования линейного тракта. Формирование цифрового сигнала осуществляется в АЦП (на вход поступает аналоговый сигнал) или в оборудовании временного группообразования (на вход поступает цифр. сигнал). Структурная сх. соединения основных видов оборудования ЦСП:

1) Аналоговые абонентские сигналы преобразуются в аналого- цифровом оборудовании (АЦО), на выходе которого формируется многоканальный цифровой на основе ВРК. Цифровые абонентские сигналы вводятся непосредственно в многоканальный цифровой поток.

2) Поток поступает в коммутационное оборудование (КО), образуя временное коммутационное поле. В КО цифровые сигналы отдельных каналов коммутируются в соответствии с системами управления, в результате чего формируются исходящие цифровые потоки соответствующего направления.

3) В передающей части оконечного оборудования линейного цифрового тракта (ОЛТ) преобразуется структура исходящих потоков, сформированных в КО. Цель такого преобразования в уменьшении искажений цифрового потока при передачи его по линейному тракту, кот. содержит промежуточные регенераторы (Р).

4) В приемной части ОЛТ осуществляется обратное преобразование структуры входящего цифрового потока, после чего он поступает в КО. В КО сигналы коммутируются в направлениях абонентов данного узла сети связи, других узлов этой же зоны и др.зон сети.

5) Сигналы, передаваемые абонентами данного узла сети группируются в исходящие цифровые потоки, которые поступают в приемную часть АЦО, где осуществляются цифро-аналоговое преобразование и разделение аналоговых абонентских сигналов, а также выделение цифровых сигналов, передаваемых к абонентам. Соединения с абонентами других узлов сети в приделах этой же зоны осуществляется через исходящие соединительные линии (СЛ), организованные с помощью низкоскоростных цифровых трактов.

6) Для связи с абонентами из других зон исходящие многоканальные цифровые потоки объединяются в высокоскоростные потоки в оборудовании временного группообразования (ОВГ). Это же оборудование осуществляет ввод широкополосных сигналов (телевизионных, групповых телефонных сигналов аналоговых систем передачи), преобразованных в цифровую форму с помощью быстродействующих АЦП.

7) Сигналы с выхода ОВГ через ОЛТ поступают в высокоскоростной линейный тракт. В приемной части ОВГ осуществляется разъединение высокоскоростного потока на компонентные потоки. Часть потоков поступает на КО, а широкополосные цифровые сигналы поступают в ЦАП.

Цифровая обработка аналоговых сигналов (ИКМ)

По своей природе многие сигналы (телефонные, факсимильные) не является цифровыми. Это аналоговые или непрерывные сигналы. Поэтому возникла задача преобразования аналогового сигнала в цифр. для передачи его по ЛС.

Дискретизация – процесс преобразования аналогового сигнала в дискретный АИМ-сигнал. Дискретизация осуществляется с помощью электронного ключа, кот. сост:

1) информационный вх. (первичн. сигнал) с(t);

2) управляющий вх. (последовательность импульсов r(t) с периодом Тд (период дискретизации) и длительностью τи).

Каждый импульс переносчика r(t) открывает ключ на время, равное τи, на выходе ключа формируются импульсы, соответствующие мгновенным значениям аналогового сигнала в момент дискретизации. Различают АИМ двух видов: 1 рода и 2го рода (см. рисунок). При АИМ1 амплитуда импульса изменяется в пределах его длительности в соответствии с огибающей непрерывного сигнала. При АИМ2 амплитуда импульса в пределах его длительности постоянна и соответствует значению модулирующего сигнала в момент начала отсчета.

Т.к. при дискретизации длительность импульсов значительно < Тд, то АИМ 1 и 2 рода приравнивают. Последовательность импульсов на выходе ключа образует канальный АИМ-сигнал. Частоту следования этих импульсов r(t) наз. частотой дискретизации: fд=1/Tд.

Т.к. в качестве сигнала-переносчика выступает последовательность импульсов, то частоту их следования fд еще наз. тактовой частотой fд=fт.

Полученный модулированный сигнал на приеме необходимо демодулировать. Согласно теор. Котельникова, демодуляция без искажения возможна при условиях:

1) спектр модулированного сигнала д/б ограничен сверху fв,

2) fд≥2fв.

Если спектр занимает полосу частоты от fн до fв и 2fп>fв, то fд можно выбирать по условию: fв≤fд≤2fн.

На рис ниже. показан спектр АИМ-сигнала при модуляции импульсной последовательности сложным первичным сигналом с(t) с полосой частот 0...Ω. Он содержит спектр исходного сигнала с(t), все гармоники fт wт (2wт, 3wт,...) и боковые полосы частот около гармоник fт.

Выделить из спектра первичный сигнал можно с помощью ФНЧ, при усл. fд>2fв. Если fд=2fв, то имеется общая точка и построить ФНЧ с такой характеристикой невозможно, то необходим защитный промежуток. Обычно fд= fт=2πwт=(2,1...2,4) fв.

Квантование по амплитуде означает замену непрерывной шкалы амплитуд модулируемого сигнала на дискретную, то есть модулируемый сигнал принимает значение определенных разрешенных уровней. С математической т. зрения процесс квантования аналогичен процессу округления чисел до ближайшего целого.

Расстояние между уровнями наз. шагом квантования Δ. Если Δ=const, то это равномерное квантование, иначе неравномерное.

Допускаются ошибки квантования ξ=Δ/2.

Уменьшение шума квантования прямым способом Δ→0 приводит к большому числу уровней квантования и, к необходимости передавать кодовые слова большой длины, что приводит к необходимости увеличения скорости передачи информационного потока. Реализация неравномерного квантования технологически очень сложна. Способы уменьшения шумов квантования:

1) сигнал в СП подвергается компадированию – процесс, сост. из 2х взаимообратных преобразований. Перед равномерным квантованием дискретный сигнал подвергается компрессии, т.е. неравномерному усилению, при кот. дискретный сигнал становится большим при слабых сигналах и меньшим при сильных. На приемной стороне при восстановлении сигнала производится обратное преобразование – экспандирование. И сигнал приводится к исходному виду.

2) использование цифровой компрессии. При этом сигнал после равномерного квантования кодируются в линейном кодере с большим числом шагов квантования а затем из полученных комбинаций выбирается только 256. Зависимость шума квантования от уровня модулированного сигнала остается такой же, как при использовании аналоговых компандеров.

Кодирование – представляет собой отображение квантованных сигналов в виде сочетаний двоичных кодовых комбинаций. Аналогично переводу чисел из десятичной в двоичную систему счисления. При кодировании каждому квантованному отчету ставится в соответствие комбинация, состоящая из 0 и 1, которая наз. кодовым словом.

Кол-во символов в слове определяет разрядность кода. Если код имеет разрядность m, то максимальное количество комбинаций будет 2m – максимальное количество уровней квантования.

В технике связи для кодирования отчетов применяются натуральный или симметричный коды.

Процессы дискретизации, квантования, кодирования, является основными принципами ИКМ сигнала, кот. позволяют преобразовать аналоговый сигнал в цифровой бинарный сигнал.