3.3. Уплотнение канала связи при цифровых методах передачи

3.3.1. Принципы цифровой передачи сообщений

Для передачи аналоговых сообщений цифровыми методами необходимо выполнить дискретизацию сообщений во времени (как при АИМ) и преобразовать в цифровой код в кодере. На приемной стороне принятую последовательность цифровых сигналов сначала преобразуют в последовательность дискретных сигналов, а затем – в непрерывное напряжение, пропорциональное переданному сообщению. Широкое распространение получили импульсно-кодовая модуляция, при которой двоичными многоразрядными кодовыми сигналами передаются дискретные значения аналоговых сообщений, и дельта-модуляция, при которой тоже двоичными, но одноразрядными сигналами передается только знак приращения входного сообщения за каждый период дискретизации.

Импульсно-кодовая модуляция. При ИКМ чаще всего применяют равномерные -разрядные двоичные коды. При помощи таких кодов можно составить различных комбинаций цифровых сигналов. При передаче телефонных сообщений чаще всего выбирают или . При ИКМ невозможно точно передать уровни аналоговых сообщений, поэтому при ее использовании возникают так называемые шумы квантования. При ИКМ нумеруются только заранее фиксированных и оговоренных уровней , , ,..., , которые распределены внутри ожидаемого диапазона возможных значений аналоговых сообщений. Эти уровни называют уровнями квантования. Интервал между ними называют шагом квантования. При равномерном квантовании, т.е. при равномерном распределении уровней, шаг квантования равен постоянной величине: .

Анализ показывает, что при равномерном 8-разрядном квантовании невозможно выполнить рекомендации МККТТ по уровню мощности шумов на выходе канала связи. Увеличение разрядности кода выше нежелательно. Поэтому МККТТ рекомендуется применять в каналах с ИКМ-ВУ восьмиразрядный код при неравномерном квантовании передаваемых сообщений, подчиняющемся закону, именуемому . График рекомендуемого распределения уровней квантования для кодера с показан на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Распределение уровней квантования в соответствии

с рекомендацией МККТТ

В области малых шаг квантования много меньше шага квантования в кодере с равномерным квантованием, а в области больших напряжений шаг приходится выбирать существенно больше. Это связано с тем, что для речевых сообщений вероятность появления на входе сообщений с малыми уровнями много больше вероятности появления сообщений с большими уровнями. Неравномерное квантование можно получить на практике с помощью равномерно квантующего кодера, если включить на входе каждого телефонного канала аналоговый компрессор. Если декодеры на выходе работают с равномерным квантованием, то на выходах всех телефонных каналов необходимо включать аналоговые экспандеры. Процесс компрессирования и последующего экспандирования называется компандированием, а сочетание компрессора и экспандера – компандером.

Дельта-модуляция. ДМ является разновидностью ИКМ при которой кодируется лишь знак приращения напряжения передаваемого сообщения за период дискретизации. При ДМ каждый цифровой сигнал, поступающий с выхода кодера, состоит только из одного двоичного символа. Поэтому в системах с ДМ частота следования символов одного канала равна частоте дискретизации, которая должна выбираться больше 8 кГц. Декодер корреспондента синтезирует полезное сообщение на своем выходе с помощью указанных сигналов в виде напряжения, которое скачкообразно изменяется на величину одного шага квантования при приеме каждого символа. Экспериментально доказано, что скорость передачи цифровой информации при ДМ может быть ниже, чем при ИКМ.