Контрольные вопросы
Назовите спектр частот телефонного сигнала.
Чему соответствует изображение спектра канала ТЧ?
Что такое динамический диапазон телефонного сигнала?
Поясните понятие уровней передачи.
Что такое абсолютный уровень передачи?
Поясните соотношение абсолютного и относительного уровня передачи.
Что такое измерительный уровень передачи?
Что такое километрическое затухание?
Покажите принцип построения двухпроводной двухполосной системы передачи.
Покажите принцип построения четырехпроводной однополосной системы передачи.
Изобразите схему дифференциальной системы и поясните условия ее правильной работы.
2 Временное разделение каналов
2.1 Принцип временного разделения каналов
При временном способе разделения каналов по цепи передаются периодические последовательности очень коротких импульсов, амплитуды которых равны величинам мгновенных значений канальных сигналов. После импульса первого канала передается импульс второго, третьего и т. д. до n-го канала, после чего цикл передачи повторяется.
Временное разделение осуществляется достаточно просто, если по каналам передается последовательность импульсов. Интервалы между двумя соседними импульсами одного и того же канала используются для передачи импульсов других каналов.
При передаче по каналам непрерывных сигналов (речевых, каналов ТЧ, аналоговых, что одно и то же) их необходимо подвергнуть дискретизации по времени. В результате дискретизации, осуществляемой методом амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), непрерывные сигналы преобразуются в последовательности импульсов разной амплитуды. Далее амплитуды (отсчеты) последовательностей импульсов, повторяющие форму исходного сигнала квантуются по напряжению, по значениям которых происходит кодирование каждого отсчета.
Такая процедура преобразования аналогового (исходного) сигнала называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП), которое является одной из важнейших составляющих цифровых телекоммуникационных систем. Таким образом, обычно выделяют три операции аналого-цифрового преобразования: дискретизацию, квантование по уровню и кодирование.
При дискретизации непрерывного сигнала по времени (рисунок 12) передается не весь сигнал, а его амплитудные значения, взятые через промежутки времени, называемые периодом дискретизации Тд
Рисунок 12 – Сигнал, дискретный по времени
При определенном выборе периода дискретизации непрерывный сигнал, передаваемый дискретными по времени отсчетами, может быть восстановлен в дальнейшем практически без искажений. Полученный сигнал дискретен по времени, но непрерывен по амплитуде, так как в пределах динамического диапазона непрерывного сигнала его временные отсчеты по амплитуде могут быть сколь угодно близки друг к другу.
Квантование осуществляет округление мгновенных значений сигнала до ближайших разрешенных значений. Это важнейшая операция АЦП, которая, собственно, и превращает аналоговый сигнал в цифровой: аналоговый сигнал представляет собой бесконечное множество мгновенных значений, а цифровой – принимает конечное множество разрешенных значений.
При дискретизации непрерывного сигнала по амплитуде (рисунок 13) передаются только определенные заранее выбранные его амплитудные значения, отличающиеся друг от друга на постоянную величину, которую называют шагом квантования по уровню.
Рисунок 13 – Сигнал, дискретный по амплитуде
Как видно, квантованный по амплитуде сигнал отличается от исходного непрерывного сигнала тем, что приводит к ошибке квантования, определяемой разностью между первоначальным и квантованным по уровню сигналами.
Сигнал, дискретный по времени и амплитуде, можно получить, осуществив квантование по уровню сигнала, дискретного по времени.
Рисунок 14 – Сигнал дискретный по времени и амплитуде
Амплитудные отсчеты полученного сигнала (рисунок 14) отличаются от истинных значений дискретных отсчетов, т. е. возникают ошибки квантования по уровню. При цифровом представлении сигнала, дискретного по времени и амплитуде, каждому из уровней квантования по амплитуде присваивается свой номер, а его величина из десятичной системы счисления преобразуется в двоичную (операция кодирования). Поэтому в дальнейшем передаются не сами отсчеты сигнала с их амплитудой, а группы импульсов, соответствующих номерам уровней квантования, выраженных в двоичной системе счисления, т. е. цифровой сигнал. В последовательности импульсов цифрового сигнала наличие импульса свидетельствует о передаче единицы, а его отсутствие о передаче нуля.
Цифровые сигналы по сравнению с аналоговыми обладают высокой помехоустойчивостью, так как при их обнаружении на фоне шумов необходимо определить лишь наличие импульса или его отсутствие.
Структурная схема цифровой системы передачи с точки зрения преобразования сигналов может быть представлена в виде рисунка 15.
Рисунок 15 – Упрощенная структурная схема цифровой системы передачи
Непрерывный аналоговый сигнал от источника информации ИИ (исходный сигнал) поступает на дискретизатор Д, в котором преобразуется в дискретные по времени отсчеты. В квантующем устройстве КУ осуществляется квантование временных отсчетов сигнала по амплитуде. Аналого-цифровой преобразователь АЦП осуществляет преобразование дискретного по времени и амплитуде аналогового сигнала в цифровой.
На приеме в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП происходит обратное преобразование цифрового сигнала в дискретный по времени и амплитуде аналоговый сигнал, а устройство восстановления УВ восстанавливает непрерывный сигнал (исходный сигнал), который поступает в приемник информации ПИ.