
- •Глава 1. Механизмы речевого общения 2
- •Глава 1. Общие положения и терминология 26
- •Глава 3. Преобразование речи в цифровую форму 76 предисловие
- •Глава 1. Механизмы речевого общения
- •1.1. Речь
- •1.1.1 Общие сведения
- •1.1.2 Спектр речи
- •Речевой сигнал.
- •1.1.3 Спектр формант
- •Форманты
- •1.1.4 Амплитудное распределение. Динамический диапазон. Пик-фактор.
- •1.1.5 Распределение формант
- •1.1.6 Временные характеристики речи
- •1.1.7 Распределение уровней речи перед ртом говорящего
- •1.2 Слух
- •1.2.1 Общие сведения
- •1.2.2 Пороги слышимости
- •1.2.3 Логарифмическая ширина критической полосы слуха
- •1.2.4 Маскировка звуков
- •1.2.5 Адаптация слуха
- •Адаптация
- •1.2.6 Биноуральный эффект
- •1.2.7 Громкость звука
- •Заключение
- •Контрольные вопросы
- •Литература к главе 1.
- •Глава 2. Местные аналоговые телефонные системы
- •2.1.Общие сведения
- •2.2.Телефонные аппараты с микротелефонными трубками
- •2.2.1.Разговорная схема
- •2.3.Микрофоны
- •2.3.1. Назначение
- •2.3.2. Характеристики
- •2.3.3. Нелинейные искажения
- •2.3.4. Шумы
- •2.4.Телефоны
- •2.4.1. Назначение
- •2.4.2. Характеристики
- •.2.5.Микротелефонные трубки
- •2.5.1. Назначение
- •2.5.2. Основные параметры
- •.2.6.Частотные характеристики передачи и приема та
- •Заключение
- •Контрольные вопросы
- •Литература к главе 2.
- •Глава 1. Общие положения и терминология
- •1.1. Оконечные устройства, системы передачи и коммутации
- •Организации по разработке стандартов в области электросвязи.
- •1.2.Аналоговая телефонная сеть
- •1.2.1. Иерархия сети
- •1.2.2. Системы коммутации
- •Электромеханические системы коммутации.
- •Управление по программе.
- •1.2.3. Системы передачи
- •Воздушная линия связи.
- •Кабельные пары.
- •Двухпроводная и четырехпроводная передача.
- •Переход с двухпроводной цепи на четырехпроводную.
- •Дуплекс и полудуплекс.
- •1.2.7. Факторы, влияющие на качество передачи
- •Затухание сигнала.
- •Помехи.
- •. Искажения.
- •Эхо и самовозбуждение.
- •1.2.8. Уровни мощности
- •1.2.9. Сигнализация
- •Функции сигнализации.
- •Внутриканальная сигнализация.
- •Межстанционная сигнализация по общему каналу.
- •1.2.10.Устройства сопряжения
- •Устройство сопряжения абонентского шлейфа (абонентский комплект).
- •1.2.11. Специальные виды обслуживания
- •Передача данных.
- •1.3. Введение в цифровую связь
- •1.3.1. Преобразование речи в цифровую форму
- •1.3.2. Временное группообразование
- •Иерархия систем с временным группообразованием.
- •1.3.5.Цифровая коммутация
- •1.3. Цифровые телефонные сети
- •1.3.1. Преимущества цифровых сетей передачи речи
- •Простота группообразования
- •Простота сигнализации
- •Использование современной технологии
- •Цифровая обработка сигналов.
- •Интеграция систем передачи и коммутации
- •Возможность работы при малых значениях отношения сигнал-шум (помеха)
- •Регенерация сигнала
- •Приспосабливаемость к другим видам обслуживания
- •Возможность контроля рабочих характеристик
- •Простота засекречивания
- •1.3.2. Недостатки цифровых сетей передачи речи
- •Расширение полосы частот
- •Аналого-цифровое преобразование
- •Необходимость временнби синхронизации
- •Топологические ограничения группообразования
- •Несовместимость с существующими аналоговыми устройствами
- •1.4. Экономические аспекты
- •Заключение
- •3.1. Классификация алгоритмов кодирования речи
- •3.1.1. Прямое аналого-цифровое преобразование
- •3.1.2. Эффективное кодирование речи
- •3.1.3. Моделирование речеобразующего аппарата человека
- •3.1.4.Адаптивные кодеки
- •3.1.5. Синтезаторы речи
- •3.1.6. Ортогональное преобразование речевого сигнала
- •3.2. Алгоритмы кодирования
- •3.2 Импульсно-кодовая модуляция
- •3.2.1 Шум квантования
- •3.2.2 Шумы незагруженного канала
- •3.2.3 Импульсно-кодовая модуляция с равномерным квантованием
- •3.2.4 Компандирование
- •3.2.5 Кодирование с простой линеаризацией
- •3.2.6 Адаптивная регулировка усиления
- •3.3 Избыточность речи
- •3.3.1 Неравномерное распределение амплитуд
- •3.3.2 Корреляция между дискретами
- •3.3.3 Корреляция, связанная с периодичностью в сигнале
- •3.3.4 Корреляция между периодами основного тона
- •3.3.5 Избыточность, связанная с неактивностью речи
- •3.3.6 Неравномерный усредненный спектр
- •3.3.7 Кратковременный спектр
- •3.4 Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция
- •3.4.1 Варианты реализации дикм
- •3.4.2 Предсказание более высокого порядка
- •3.5 Дельта-модуляция
- •3.5.1 Перегрузка по крутизне
- •3.5.2 Линейная дельта-модуляция
- •3.5.3 Слоговое компандирование
- •3.5.4 Адаптивная дельта-модуляция
Иерархия систем с временным группообразованием.
По аналогии с иерархией систем с частотным группообразованием фирмой BellSystemбыла установлена иерархия цифровых систем с временным группообразованием, которая стала стандартом для стран Северной Америки. Базируясь на сигнале типаDS-1 как основном «строительном элементе», сигналы всех остальных уровней иерархии представляют в виде комбинации некоторого числа сигналов более низкого уровня '. Обозначение устройств цифрового группообра-зования соответствует уровням иерархии сигналов на входе и выходе. Например, в аппаратуре группообразования типа М\чобъединяются четыре сигнала типа DS-1 для образования одного сигнала типа
' В отечественной литературе для таких сигналов часто используется удобный термин «компонентные сигналы», т. е. сигналы, соответствующие части общего, «агрегатного» сигнала. Этот термин и будет использоваться далее.— Прим. перед.
таблица 1.9. Цифровые сигналы с временным группообразованием, используемым в странах Северной Америки и в Японии
)бозначение цифрового сигнала |
Число каналов ТЧ |
Обозначение аппаратуры временного канала и группообразования |
Скорость передачи двоичного сигнала, Мбит/с |
Среда передачи |
DS-1 |
24 |
Каналообразующий блок |
1,544 |
Т1 — по парам симметрич |
|
|
типа D (24 аналоговых |
|
ного кабеля, 1А — по радио |
|
|
входа) |
|
каналу (передача в диапазо |
|
|
|
|
не ниже частот аналоговых |
|
|
|
|
сигналов) |
цс 1 (^ us"i\^ |
48 |
Ml С (два входных сиг |
3,152 |
TIC — по парам симмет |
|
|
нала типа Ub-l) |
|
ричного каоеля |
П^ ") • jl/u—a |
96 |
m| 2 (четыре входных |
6,312 |
Т2 — по парам симметрич |
|
|
сигнала типа L/o-1) |
|
ного каоеля |
DS-3 |
672 |
Mia (28 входных сиг |
44,736 |
3A-RDS по радиоканалу |
|
|
налов типа DS-1) |
|
в диапазоне 11 ГГц |
цс л L/iJ-T |
4032 |
Мз4 (шесть входных |
274,176 |
Т4М — по парам коаксиаль |
|
|
сигналов типа DS-3) |
|
ного кабеля |
|
|
|
|
WT4 — по волноводу DR18 |
|
|
|
|
по радиоканалу в диапа |
|
|
|
|
зоне 18 ГГц |
)S-2.В табл. 1.9 перечисляются цифровые групповые сигналы различных уровней, соответствующие им скорости передачи и используемые среды передачи. Отметим, что скорость передачи агрегатного сигнала чуть больше суммы скоростей передачи компонентных входных сигналов. Избыточная скорость добавлена для выполнения определенных функций управления и синхронизации, Которые рассматриваются в гл. 7. Аналогичная иерархия цифровых Систем установлена также и МККТТ в качестве международного стандарта. Как показано в табл. 1.10, эта иерархия аналогична Североамериканскому стандарту, но предусматривает для каждого уровня другое число каналов ТЧ.
Таблица 1.10. Иерархия цифровых систем с временным группообразованием, принятая МККТТ
>мер уровня |
Число каналов ТЧ |
Обозначение аппаратуры временного группообразованин |
Скорость передачи двоичного сигнала, Мбит/с |
1 |
30 |
|
2,048 |
2 |
120 |
Ml2 |
8,448 |
3 |
480 |
м„ |
34,368 |
4 |
1 920 |
Мз4 |
139 264 |
5* |
7680 |
М45 |
565Д28 |
В иерархии, показанной в табл. 1.10, система -пятого уровня приведена неправомерно, поскольку '11 системы не существует. Имеется лишь линейный тракт, сигнал для которого получен путем времен-' группообразования из четырех сигналов четвертого уровня. Кстати, скорость передачи этого общего i;iiaравна 554,992 Мбит/с, а не 565,128 Мбит/с, как указано в табл. 1.10.—Прим. перев.
Абонентские системы эффективной организации связи по кабельной паре. Вслед за успешным введением систем типа Т1 для межстанционных соединительных линий большинство основных изготовителей телефонного оборудования разработало цифровые системы с временным группообразованием для распределительной местной сети. Наибольшее применение эти системы находят на сельских сетях с большими длинами абонентских линий, где затраты на электронику компенсируются экономией пар. В общем случае экономически оправданная дальность связи для систем передачи зависит в первую очередь от экономии пар [30]. Иногда, однако, обстоятельства, связанные с развитием сети, могут фактически заставить использовать абонентские системы эффективной организации связи по кабельной паре. Например, к потере кабельных сооружений в результате стихийных бедствий или неожиданному развитию можно приспособиться наиболее экономичным способом, если добавлять не провода, а электронику в виде абонентских систем эффективной организации связи по кабельной паре. Перспектива прокладывать трассу через парк или многоквартирные жилые дома, возникающая практически неожиданно, вызывает ужас у проектировщиков кабельной сети. Многоканальные абонентские системы дают, однако, альтернативу для кабельной сети, позволяющую рассеять эти страхи.
Абонентские системы эффективной организации связи по кабельной паре (многоканальные абонентские системы) полезны также в качестве альтернативы коммутационным станциям в небольших населенных пунктах. Небольшие населенные пункты часто имеют системы коммутации малой емкости, обычно необслуживаемые и управляемые со стороны ближайшей автоматической коммутационной станции большей емкости. Эти системы коммутации называют внутрирайонными станциями (ВРС). Обычно ВРС предоставляют ограниченные услуги и часто требуют значительных затрат на обслуживание. Абонентские цифровые системы передачи, позволяющие снизить расходы на организацию связи для абонентских групп средней емкости, являются жизнеспособной альтернативой ВРС: оконечные устройства небольшого населенного пункта обслуживаются центральной станцией с помощью абонентских систем передачи. Задача выбора между абонентскими системами передачи и дистанционной коммутацией включает определение величины и характера нагрузки в пределах небольшого населенного пункта. Основные методы определения нагрузки и емкости пучков соединительных линий представлены в гл. 9.
Двумя первыми абонентскими системами эффективной организации связи по кабельной паре, используемыми фирмой BellSystem, .являются абонентская система передачи типаSLM[31, 32] и последовавшая за ней абонентская система передачи типаSLC-40 [31, 33]. Хотя в этих. системах применяется способ преобразования речи в цифровую форму (дельта-модуляция), отличный от применяемого в системах передачи типа Т (импульсно-кодовая модуляция), в них обеих используются стандартные регенераторы системы типа Т1
пя цифровой передачи со скоростью 1,544 Мбит/с. Для обеспече-Вия прозрачности в обеих системах на оконечной АТС осуществляет-1я также обратное преобразование цифровых сигналов речи в мдивидуальные аналоговые сигналы. Структурные схемы этих |истем представлены на рис. 1.28 и 1.29. Отметим, что система тона SLM обеспечивает и концентрацию и группообразование |80 абонентов на 24 канала), в то время как в системе SLC-40 имеется только устройство группообразования (40 абонентов 1оканально закреплены за 40 каналами). Функции коммутации В оконечной станции системы типа SLM реализуются коммутацион-ой схемой координатного типа с параметрами 24Х80. Обе системы Высчитаны на работу по двум парам кабелей сортамента 22. 1р|можна дальность связи вплоть до 80 км при дистанционном |игании. Отметим также, что системы типа SLM допускают [(н-туп к цифровой линии более, чем в одной точке. В системе Ни а SLC-40, наоборот, требуется, чтобы все абонентские линии исключались в одной точке. Более поздняя многоканальная ропентская система типа SLC-96, предназначенная для использова-и" фирмойBellSystem, начала обслуживать абонентов в 1979 г. Я4|. В отличие от систем типов SLM и SLC-40 в ней применяется пг же способ преобразования речи в цифровую форму (импульсно-|и,ж)вая модуляция), что и в системах передачи типа Т. Поэтому гема типа SLC-96 совместима с другим оборудованием цифровой |гдачи и коммутации на сети. Эту систему можно применять только на сельской сети; она также экономична и для (ориен-чючно) 10% трасс в новых пригородных районах [34]. Если
мами, цифровые радиорелейные системы доказали, что для некоторых применений они являются более экономичными, чем аналоговые. Вследствие пониженной стоимости оконечного оборудования (устройств группообразования на передающей и приемной сторонах) цифровые радиорелейные системы в настоящее время более дешевы, чем аналоговые, на расстояниях вплоть до примерно 500 км и на трассах с большими расстояниями, где в промежуточных точках трассы требуется доступ к стволу (выделение и ввод каналов). В зависимости от конкретных условий и общего числа каналов ТЧ, требуемых на конкретной трассе, цифровые радиосистемы могут даже быть более экономичными, чем системы передачи типа Т для таких небольших расстояний, как 13 ... 16 км [39]. Основным стимулом к внедрению цифровых радиорелейных систем в Соединенных Штатах было появление цифровых междугородных коммутационных станций, подобных № 4ESS. Подключение каналов цифровых радиорелейных систем к цифровым коммутационным станциям позволяет исключить оборудование группообразования самого нижнего уровня имеющее значительную стоимость.