Навчальна дисципліна		Системи передачі в електрозв’язку
Модуль 2		Багатоканальні системи передачі
Змістовий модуль № 3		Цифрові багатоканальні системи передачі
Тема 6		Системи багатоканальної передачі з часовим розділенням каналів
Лекція № 10	Системи багатоканальної передачі з часовим розділенням каналів

ПЛАН ЛЕКЦІЇ

Навчальні питання:

1. Дискретизація сигналів у часі.

2. Амплітудноімпульсна модуляція (АІМ), спектр АІМ сигналів.

Навчально-матеріальне забезпечення:

1. ПЕОМ, мультимедійний проектор.

2. Презентація у форматі PowerPoint.

Навчальна література:

1. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. – М.: Эко-Трендз, 1997. – 143 с.

2. Бакланов И.Г. Технологии измерений первичной сети. Ч.1. – М.: Эко-Трендз, 2002.–140 с.

3. Системи передавання цифрові. Норми на параметри основного цифрового каналу і цифрових трактів первинної мережі зв’язку України. КНД 45-074-97. – К.: Державний комітет зв’язку України, 1997. – 70 с.

1. Дискретизація сигналів у часі.

Часовий спосіб розподілу каналів (ЧсРК) заснований на почергової передачі різних сигналів по одній лінії. Ідея способу ілюструється спрощеною схемою системи передачі (рис. 1).

Рис. 1. Принцип часового розподілу каналів

Система забезпечує передачу N сигналів по одній лінії, по черзі з'єднуючи N пар телефонних апаратів. Відповідні пари телефонних апаратів підключаються до лінії (каналу) передачі по черзі за допомогою двох спеціальних комутаторів-розподільників, що працюють синхронно та синфазно. Комутатор-розподільник спочатку підключає до лінії першу пару телефонних апаратів, потім другу, третю і т.д. до N-ої пари. При цьому, кожна пара підключається до лінії на визначений короткий проміжок часу. Після підключення до лінії N-ої пари ТА процес повторюється, тобто знову підключається перша пара, друга і т.д. Таким чином, системи з ЧсРК працюють безперервно та циклічно. Перемикання проводиться з такою швидкістю, щоб абоненти не помічали перерви у зв’язку. Структурна схема системи передачі з ЧсРК представлена на рис. 2. Принцип ЧсРК заснований на тому, що в кожний даний момент часу по лінії передаються сигнали лише одного каналу, а сигнали інших каналів передаються в свої інтервали часу.

Рис. 2. Структурна схема системи передачі з ЧсРК

Можливість здійснення часового розподілу заснована на відомій теоремі Котельникова, відповідно до якої передача безперервного (аналогового) сигналу з обмеженим спектром частот можлива у вигляді послідовності окремих миттєвих значень-імпульсів, які відраховані через інтервали часу:

,

де: - верхня частота спектру сигналу.

За одиницю вимірювання кількості інформації і цифрових системах приймається величина, яка приймає одне із значень двійкового коду (імпульс або пауза). Ця велична називається “бітом”. Кількість біт, які передаються за секунду визначає швидкість передачі в системі ІКМ та чисельно дорівнює тактовій частоті системи. Цифрові системи передачі мають наступні переваги:

1. Якість передачі сигналів не залежить від довжини цифрової лінії, так як перешкоди не накопичуються уздовж лінії. Основним джерелом завад є кінцеве обладнання, в якому аналоговий сигнал перетворюється в цифровий (оскільки при цьому з’являються завади квантування).

2. Системи мають високу пропускну здатність при передачі сигналів в цифровій формі. Наприклад, для передачі телевізійного сигналу в частотних системах використовується смуга частот1500-1800 КТЧ, а в цифрових 600-900 КТЧ.

3. Сигнали всіх видів інформації – телефонної, передачі даних, відео-телефонної, телебачення, радіомовлення – мають єдину цифрову форму, яка дозволяє використовувати єдині засоби передачі та комутації.

4. Висока завадостійкість систем дозволяє використовувати кабелі з низькою величиною захищеності між рівнобіжними ланцюгами, тому цифрові системи, насамперед, застосовуються на міських телефонних мережах.

5. Використання на мережі систем передачі з дуже великою пропускною здатністю (хвильоводних, оптичних) можливе тільки при цифрових методах передачі.

Формування цифрового сигналу з аналогового передбачає послідовне виконання 3-ох основних операцій:

• дискретизацію аналогового сигналу за часом, в результаті чого формується імпульсний сигнал, який промодульований по амплітуді, тобто АІМ-сигнал;

• квантування АІМ сигналу за рівнем;

• кодування відліків АІМ сигналу.

У цифрових системах передачі (ЦСП) формується груповий цифровий сигнал, інакше званий сигналом імпульсно-кодової модуляції (ІКМ-сигналом). При формуванні групового ІКМ-сигналу додається ще одна операція: перед квантуванням за рівнем проводиться об'єднання індивідуальних АІМ-сигналів (рис. 3). У ЦСП відповідні операції обробки виконуються окремими пристроями. Операції квантування та кодування в ЦСП звичайно поєднують в одному пристрої.

Рис. 3. Схема перетворення аналогового сигналу в цифровий ІКМ сигнал

При АІМ амплітуда періодичної послідовності імпульсів змінюється відповідно до змін амплітуди сигналу, що модулює, c(t) (наприклад, телефонного сигналу). Розрізняють амплітудноімпульсну модуляцію першого (АІМ-1) і другого (АІМ-2) родів. При АІМ-1 амплітуда відліків, що надходять з частотою дискретизації F_д, змінюється відповідно до змін сигналу c(t), що модулює, а при АІМ-2 амплітуда кожного відліку незмінна та дорівнює значенню сигналу c(t), що модулює, у момент початку відліку. На рис. 4 представлений вихідний сигнал c(t), що модулює, а також сигнали при АІМ-1 до АІМ-2 у випадку дискретизації 2-полярних сигналів.

Оскільки всі реально існуючі безперервні сигнали зв’язку являють собою випадкові процеси з нескінченно широким спектром, причому основна енергія зосереджена у відносно вузькій смузі частот, перед дискретизацією на передачі необхідно за допомогою ФНЧ обмежити спектр сигналу деякою частотою F_B. Для телефонних сигналів необхідно використовувати ФНЧ із частотою зрізу F_B=3,4 кГц.

Якщо тривалість АІМ відліків τ_і багато менше періоду їхнього проходження Т_д, тобто шпаруватість q=T_д/τ_і≥l, то різниця між АІМ-1 і АІМ-2 виявляється несуттєвою. Частотний спектр модульованої послідовності при АІМ однополярного сигналу містить (рис. 5):

• постійну складову G₀;

• складові із частотами вихідного сигналу, що модулює, F_В;

• складові із частотою дискретизації Fд і її гармонік kF_д

• складові бічних смуг (нижньої й верхньої) при частоті дискретизації та її гармоніки kF_д±(F_H...F_В).

При дискретизації 2-полярних сигналів (телефонних, звукового віщання) у спектрі АІМ-сигналу практично відсутні постійна складова та складова із частотами F_д і kF_д.

З рис. 5 видно, що для відновлення вихідного безперервного сигналу з АІМ-сигналу на прийомі досить поставити ФНЧ із частотою зрізу, рівною F_B, що виділить вихідний сигнал. Оскільки для телефонного сигналу F_B = 3,4 кГц, те Fд повинна вибиратися з умови F_д≥6,8 кГц. Фактично обрана F_д=8 кГц, що дозволяє спрощувати вимоги до ФНЧ прийому.

Рис. 4. Формування АІМ сигналу

Рис. 5. Спектральний склад АІМ сигналу Рис. 6. Виникнення спотворень через неідеальность ФНЧ

При F_д=8 кГц смуга розфільтровки ΔF_р виявляється досить великою та становить ΔF_P=(F_д–F_B)–F_В=l,2 кГц, а при F_д=6,8 кГц ΔF_p=0 і потрібен був би ФНЧ прийому з нескінченно великою крутизною. Крім того, варто мати на увазі, що якщо на виході ФНЧ передачі з'являться погано подавлені складові вихідного сигналу із частотами вище F_д+ΔF_p (показані штриховою лінією на рис. 6), то це неминуче (навіть у випадку й ідеального ФНЧ прийому) призведе до спотворень сигналу при його відновленні на прийомі.