6.2 Синхронные системы временного уплотнения канала

Процесс развития и совершенствования систем передачи был связан с совершенствованием систем передачи по каналами тональной частоты (ТЧ), которые обеспечивают передачу информации в полосе частот, соответствующей спектру телефонного (ауди) сигнала 300-3400Гц. Проводные каналы передачи (физические линии, коаксиальные и оптоволоконные кабели) имеют частотную полосу значительно большую чем требуется для передачи речевого сигнала. Поэтому для эффективного использования проводной среды передачи в ней передают поочередно информацию от нескольких источников.

Использование такого метода уплотнения канала основывается на теореме Котельникова об отсчетах. В соответствии с этой теоремой для представления ограниченного по полосе тонального сигнала достаточно передавать сигнал не непрерывно, а только его значения (отсчеты), выполненные с частотой не меньшей чем удвоенное значение максимальной частоты полосы тонального сигнала. Для тонального сигнала в полосе 300-3400 Гц достаточно передавать отсчеты с частотой 3400*2=6800 Гц, т.е. 6400 раз в секунду. В промежутках между отсчетами одного источника информации можно передавать отсчеты от других источников. Принцип действия такого устройства для уплотнения канала изображен на рисунке 2.

На этом рисунке 4 источника информации подключены к коммутатору, который поочередно подключает входы 1,2,3 и 4 к выходам a,b,c и d.

На рисунке 2а) изображена механическая схема устройства временного уплотнения 4-х тональных сигналов. Двигатель передатчика вращает ползунок выходного контакта, который поочередно подключает источники информации 1,2,3 и 4 к среде передачи Y (например физической линии). Двигатель приемника, вращающийся с той же скоростью и в той же фазе (синхронно) с двигателем передатчика поочередно подключает среду передачи к выходным каналам a,b,c или d. Если синхронизация нарушается, например двигатель приемника вращается с меньшей скоростью, то на входные каналы приемника будет попадать сначала часть сигнала с соседнего канала, а через некоторое время и все значение следующего соседнего канала. Такое явление, вызванное нарушением синхронизации, называют проскальзыванием.

На рисунке 2б) изображена электромеханическая схема устройства временного уплотнения 4-х тональных сигналов, использующая коммутатор на переключательных контактах реле. Обмотки реле A и B передатчика управляются одноименными сигналами, все возможные значения которых приведены в таблице, изображенной ниже коммутатора. Если обе обмотки обесточены A=0 и B=0, то вход тонального сигнала a подключается к выходуY. Обмотки реле иприемника управляются одноименными сигналами. При значении=0 и=0 линия Y подключается к выходу а. Это отмечено на рисунке жирным шрифтом.В процессе самостоятельной работы необходимо изобразить положение контактов реле коммутатора для всех 4-х состояний обмоток реле.

На рисунке 2в) изображена электронная схема устройства временного уплотнения 4-х логических сигналов 1,2,3 и 4. В зависимости от значения двухразрядного двоичного кода, который подается на адресные входы A₀и A₁к выходу Y подключается один из входных сигналов Х0,Х1,Х2 или Х3. В таблице

В таблице 1 и 2 описан принцип действия логического мультиплексора и демультиплексора. Звездочками в таблице 2 отмечены неопределенные значения не подключенных выходов демультиплексора. Иногда неподключенные выходы демультиплексора имеют значение логической константы 0 или 1.

Таблица 1

A1	A0	Y
0	0	X0
0	1	X1
1	0	X2
1	1	X3

Таблица 2

A1	A0	X0	X1	X2	X3
0	0	Y	*	*	*
0	1	*	Y	*	*
1	0	*	*	Y	*
1	1	*	*	*	Y

На рисунке 3 изображены диаграммы работы мультиплексора тонального сигнала (Рис. 2 а),б) и в)). На этом рисунке изображены три тональных сигнала U1,U2 иU3, которые подключены к мультиплексору. С частотой дискретизации Т_Д (частотой опроса) измеряются значения амплитуд входного сигнала U1,U2 илиU3 и подключаются к выходному каналу Uk. Выходной сигнал Uk называют групповым сигналом. Групповой сигнал состоит из периодически чередующихся импульсов индивидуальных сигналов, представляющих значения входных тональных сигналов U1,U2 иU3. Интервал времени между началами соседних индивидуальных сигналов называют канальным интервалом, в котором размещается передаваемый импульс индивидуального сигнала. Очевидно, что ширина передаваемого импульса Т_И не может быть больше канального интервала. Ширина передаваемого импульса ограничена параметрами используемых радиотехнических элементов и полосой частот используемого канала. От соотношения значений частоты дискретизации Т_Д и величины канального интервала зависит число индивидуальных сигналов (число временных каналов), которые можно разместить в цикле опроса.

Системы передачи, в которых для временного уплотнения канала передаются измеренные амплитуды тонального сигнала, называют каналами с амплитудно импульсной модуляцией (АИМ). Каналы с АИМ не нашли широкого применения по следующим причинам:

• Трудно обеспечить синхронизацию работы передатчика и приемника. Даже при очень высоком качестве задающих генераторов, через некоторое время наблюдается эффект скольжения.

• Ширину импульсов нельзя делать слишком маленькой, так как узкий импульс имеет широкий частотный спектр и информация попадает в соседние каналы – межсимвольная интерференция.

• Слишком большой динамический диапазон изменения входного сигнала, что обуславливает трудности в создании передатчиков и приемников (усилители) информации.

Поэтому перед передачей измеренное значение амплитуды тонального сигнала преобразуют в цифровой код и в течении канального интервала Тк этот код передается в канал. Системы передачи в которых для временного уплотнения канала измеренное значение амплитуды преобразуется в двоичный код и передается в виде последовательности двоичных сигналов называют каналами с импульсно кодовой модуляцией (ИКМ).

На рисунке 4а) изображена обобщенная схема системы передачи, которая использует канал с ИКМ. Для этого информационные тональные сигналы a₁,a₂,..,a_n поступают на вход аналогоцифрового преобразователя А/Ц через фильтры низких частот, где они преобразуются в канальные цифровые сигналы s₁,s₂,..,s_n, котрые мультиплексором МХ размещаются в канале в нужных временных интервалах. Демультиплексор выделяет из потока двоичных сигналов временные интервалы, в которых передаются коды значений амплитуды каждого канала. И подключает их к цифроаналоговым преобразователям Ц/А соответствующего канала, с выхода которых отфильтрованные значения передаются потребителю сигнала.

Устройство управления и синхронизации (УС) на передающей стороне вырабатывает адресные сигналы A₀,A₁,..,A_k, указывающие МХ номер выбранного цифрового сигнала для размещения в нужном временном интервале и вырабатывает сигналы управления процессом преобразования. На стороне приема УС формирует, синхронно с устройством УС передающей стороны, адресные сигналы A₀,A₁,..,A_k, которые подключают входной цифровой поток к нужному ЦАП и управляют процессом преобразования цифрового сигнала в аналоговый. После фильтра нижних частот аналоговый сигнал станоситься тональным.

На рисунке 4б) изображена диаграмма цикла передачикодов значений амплитуды 8-ми тональных сигналов. Время передачи кода значения амплитуды тонального сигнала называютканальным интервалом. Код значения амплитуды первого тонального сигнала s₁передается в первом канальном интервале, код значения амплитуды второго тонального сигнала s₂передается во втором канальном интервале и т. д.. Распределение кодов значения амплитуды по канальным интервалам определяется кодами адреса интервала A₂,A₁,A₀, значения которого указаны под каждым из интервалов. Если последовательность адресов на приемном конце системы передачи совпадает с последовательностью адресов интервалов на передающем конце, то после демультиплексирования и преобразования кодов значения амплитуд получат одноименные потребители сигнала (ИСi->ПСi).