3.3. Цифровые системы Временное разделение каналов

При временном разделении каналов (ВРК) общая линия связи представляется для отдельных передач поочередно. Следовательно, в каждый момент времени в линии должен существовать сигнал, относящийся только к какой-нибудь одной из передач информации (или разговора) [2–4, 8, 37].

Основой построения метода ВРК является теорема Котельникова (см.п. 2.3), в соответствии с которой непрерывный сигнал с граничной частотой спектра F_max на интервале в отсчетные моменты времени 1/2 F_max представляется выражениями (2.1)–(2.3). Принцип временного уплотнения линии связи иллюстрируется рисунком 3.8.

Рис. 3.8. Принцип временного уплотнения

Дискретизация сигнала по времени представляет собой амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ).

Подобное разделение каналов реализуется по схеме (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Структурная схема временного уплотнения каналов:

ЭК – электронный ключ; ФНЧ – фильтр нижних частот;

И – схема совпадений

В простейшем случае устройство, осуществляющее дискретизацию сигнала, представляет собой электронный ключ, при помощи которого производятся отсчеты сигнала. ФНЧ здесь предназначен для выделения низкочастотного спектра, несущего основную энергию отсчета.

При передаче телефонных сигналов в диапазоне частот 0,3–3,4 кГц частота дискретизации составляет 8 кГц. Для того чтобы отсчеты аналогового сигнала наиболее точно соответствовали мгновенным значениям сигнала, ключи должны замыкаться на возможно короткое время. Этот процесс является АИМ-I (рис. 3.10а).

Для осуществления достоверного кодирования полученных отсчетов требуется точно фиксировать мгновенное значение сигнала в точке отсчета. Для этого производится процедура АИМ-II, т. е. процедура расширения сигнала АИМ-I, что поясняется временной диаграммой (рис. 3.10 б).

Как видно из рисунка 3.10 импульсы отсчетов в АИМII имеют временное расширение с целью их стабильного квантования (кодирования). АИМII по сути является широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Таким образом, процедуру преобразования непрерывного сигнала на передаче в сигнал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) можно представить в виде схемы

.

Временное уплотнение каналов может осуществляться как на основе АИМ модуляции, так и на основе ИКМ модуляции. В первом случае структурная схема уплотнения каналов имеет вид (рис.3.11).

Во втором случае структурная схема уплотнения каналов имеет вид, представленный на рис. 3.12.

а)

Групповой АИМ-сигнал занимает очень широкий спектр частот и претерпевает искажения при его ограничении. Например, если полоса частот ЛС ограничена сверху, то это приводит к увеличению длительности каждого импульса в групповом сигнале и появление заметных переходных влияний между соседними каналами (разговор, искажения). Аналогичное влияние наблюдается при ограничении полосы частот снизу.

За счет использования метода ИКМ переходные затухания в каналах этих систем превышают 60 дБ, что практически устраняет внятные переходные влияния.

Как известно, квантование по уровню является преобразованием, при котором происходит округление амплитудных значений сигнала до ближайшего дискретного уровня. В результате этого возникает ошибка квантования

(t) = |a(t)  x_b|≤Δ/2

где Δ – шаг квантования, x_b – напряжение ближайшего к a(t) дискретного уровня квантования.

Суммарная мощность шума квантования определяется выражением

,

где p_i – вероятность попадания мгновенных значений сигнала на заданный шаг квантования (в данном случае предполагается, что Δ≠const). Значение вероятности попадания мгновенных значений сигнала на заданный шаг квантования рассчитывается по формуле

где p(S) – плотность вероятности входного сигнала.

При равномерном квантовании (Δ=const)

.