1.2. Импульсно-кодовая модуляция (икм)

Наряду с использованием аналоговых методов (AM), можно использовать импульсные методы модуляции, в частности, амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ), что позволяет улучшить энергетические характеристики процесса передачи в целом, если учесть, что длительность излу­чаемого импульса может быть мала по сравнению с периодом несущей.

Импульсные методы модуляции основаны на процессе дискретизации передаваемого аналогового сигнала, т.е. использовании последовательности выборок - значений аналогового сигнала, взятых периодически с частотой дискретизации /_Д. Она выбирается из условия воз­можности последующего восстановления аналогового сигнала без потерь (искажений) из дискре-тизированного сигнала с помощью фильтра нижних частот.

Для сигнала сограниченным спектром, к которому относится и сигнал стандартного теле­фонного канала, имеющий частоту среза /_Ср = 4 кГц, применима теорема Котелышкова-Найквиста, утверждающая, что: сигнал, спектр которого ограничен частотой среза fen , может быть восстановлен без потерь, если частота дискретизации составляет не менее /^ = 2/_Ср.

Отсюда получаем, что для стандартного телефонного канала частота дискретизации со­ставляет 8 кГц (т.е. выборки аналогового сигнала следуют с периодом дискретизации Г_д = 125

мкс).

Следующим логичным шагом может быть квантование амплитуд импульсных выборок -процесс определения для каждой выборки эквивалентного ей численного (цифрового) значения. Указанные два шага (дискретизация и квантование) определяют процессы, осуществляемые при импульсно-кодовоп модуляции. Они позволяют перейти от аналогового представления речевого сигнала к цифровому.

Численное значение каждой выборки в этой схеме может быть далее представлено (зако­дировано) в виде 7 или 8 битного двоичного кода (на практике при использовании аналого-цифровых преобразователей (АЦП) двоичное кодирование осуществляется непосредственно при квантовании). Такое кодирование (в силу "занятости" термина кодирование (интерфейсное коди­рование, линейное кодирование, помехоустойчивое кодирование и т.д.) часто называют кодифи­кацией) дает возможность передать 128 (2⁷) или 256 (2⁸) дискретных уровней амплитуды речевого сигнала, обеспечивая качественную передачу речи формально с динамическим диапазоном поряд­ка 42 или 48 дБ. Учитывая, что выборки должны передаваться последовательно, получаем двоич­ный цифровой поток со скоростью 56 кбит/с (8 кГц х 7 бит/выборку) в случае 7 битного кодиро­вания или 64 кбит/с (8 кГц х 8 бит/выборку) в случае 8 битного кодирования.

Указанные шаги преобразования для формирования ИКМ представлены на рис. 1-1.

Использование ИКМ (известной с 1937 г., но реализованной в системах цифровой связи только в 1962 г.) в качестве метода передачи данных позволяет:

- для систем цифровой телефонии - ликвидировать недостатки, присущие аналоговым методам передачи, а именно:

• убрать существенное затухание сигнала и его изменение в сеансе связи и от сеанса к сеансу;

• практически убрать посторонние шумы;

• улучшить разборчивость речи и увеличить динамический диапазон передачи;

- для систем передачи данных - организовать канал передачи данных на скорости 56 или 64 кбит/с.