Цифровая система связи

Цель работы: знакомство с функциональными основными узлами цифровой системы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.

Краткие сведения из теории Цифровые системы передачи информации

Многоканальные системы передачи, образующие каналы ТЧ, составляют основу сети, используемой для организации многих видов связи. Это системы с частотным разделением каналов, поскольку признаком, позволяющим разделить каналы, является использование ими различных не перекрывающихся полос частотного диапазона.

Широко применяется построение многоканальных систем передачи с временным разделению каналов (ВРК). В таких системах передачи наряду с временным разделением каналов аналоговые речевые сигналы преобразуются в дискретные (цифровые). Такие системы называют системами с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), или цифровыми.

Понятие цифровая система передачи (ЦСП) шире понятия система передачи с ИКМ, так как в ней возможно применение нескольких видов преобразования аналоговых систем в цифровые (например, дискретизация выборками, разностная и дельта-дискретизация). Подлежащий передаче аналоговый сигнал U(t) первоначально подвергается дискретизации – замене непрерывного сигнала последовательностью импульсов напряжения амплитудой u (kDt), следующих с временным интервалом Dt. Затем отчеты U(kDt) квантуются. При этом отчет U(kDt), который может иметь любое значение в интервале от 0 до U_max, заменяется ближайшим значением, кратным DU. Таких значений, включая 0, может быть 2r. Реально r равно семи или восьми.

Квантовые значения U(kDt) кодируются по r-элементному двоичному коду. При r = 3 различных значений U и соответствующих им r-элементных двоичных кодовых комбинаций всего восемь.

Преобразования, которым подвергаются аналоговые сигналы, например, при телефонной связи или телеметрии по цифровым линиям связи, называют аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми.

Рассмотрим последовательность преобразований сигналов в канале цифровой системы передачи. На передающей стороне осуществляется еще одно преобразование ИКМ-ЧПИ, при котором однополярные импульсы заменяются импульсами чередующейся полярности. Соответствующий код называют кодом с чередованием полярности единиц (ЧПИ).

Показатели качества систем передачи информации

Показатели качества тракта передачи, определяющие степень совершенства средств связи, комплексны и зависят от вида и назначения последних. При телефонной связи должны обеспечиваться разборчивость речи и узнаваемость голоса, скорость и безотказность соединения, надежность.

Разборчивость речи измеряется процентом правильно переданных элементов сообщений. Различают разборчивость слогов, слов и фраз. Качество тракта передачи считается хорошим, если разборчивость слогов лежит в пределах 55-80%. При этом разборчивость слов оказывается равной 90-100%, а разборчивость фраз – почти абсолютной, обеспечивается и узнаваемость. Ясно, однако, что при определении качества каждого тракта передачи ставить опыт по установлению разборчивости затруднительно. Поэтому выдвинуты требования к каналу тональной частоты, выполнение которых автоматически обеспечивает и хорошую разборчивость.

Основными требованиями являются следующие: затухание канала на частоте 800 Гц, являющейся средней частотой полосы частот 300 – 3400 Гц передаваемого сигнала, не должно превышать 17 дБ (т.е. канал должен иметь усиление 17дБ). Это затухание называют остаточным. На других частотах диапазона передаваемого сигнала отклонение остаточного затухания должно лежать в вполне определенных границах.

Псофометрическая мощность помех в точке с нулевым измерительным уровнем при максимальной протяженности тракта связи не должна превышать 50000 мВт. Соответствующее значение мощности, измеренное без взвешивания частотных составляющих, должно быть 87000 мВт. Последнюю называют невзвешенной, она определяет качество канала, если он используется для передачи данных. При передаче данных к каналам ТЧ предъявляются дополнительные требования.

Перечень требований, которым должны удовлетворять характеристики канала, называют нормами. Нормы устанавливаются международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ) и обязательны для всех стран, членов этой организации.

Наличие телефонных каналов, обеспечивающих разборчивость речи, еще не решает всех задач. Необходимо достаточно быстрое и безотказное соединение абонента с требуемым корреспондентом. Степень этой достаточности определяется показателем качества обслуживания. Последний зависит от числа каналов, имеющихся в данном направлении, числа соединительных приборов на АТС и потока вызовов на обслуживание. Практически не каждый поступающий от абонента вызов обслуживается немедленно. Некоторые абоненты получают отказы в соединении или соединяются с задержкой во времени. Показателем качества здесь является процент отказов (потери) или время ожидания.

Верность измеряется вероятностью неправильного приёма элемента сообщения (вероятностью ошибки). Допустимое значение вероятности ошибки значительно зависит от вида связи и характера данных.

При телеизмерениях показателем качества является погрешность – отклонение результата передачи от истинного значения измеряемой величины.

Результирующую погрешность, появляющуюся при передаче измерительной информации, подразделяют на помеховую и динамическую. В большинстве случаев обе составляющие носят случайный характер.

Помеховую составляющую подразделяют на нормальную и аномальную. Нормальная составляющая - сравнительно небольшая (допустимая) погрешность, вызываемая постоянно действующими помехами. Она характеризует точность передачи измерительной информации. Аномальная составляющая – ненормально большая погрешность, возникающая при эпизодическом повышении уровня помех в радиоканалах или др. внешних помех на цепи связи. Аномальные погрешности характеризуют надёжность связи.

Способность системы связи обеспечивать верную передачу при наличии помех в цепях и каналах называют помехоустойчивостью.