Авиационная электросвязь / 42. Цифовая электросвязь

Цифровая электросвязь (ЦЭС)

Дискретизация и квантование. Теорема Котельникова

Любая непрерывная функция регулярного или случайного характера x(t) с максимальной частотой спектра F_В полностью определяется последовательностью своих значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на интервал , то есть

x(t)

Теорема В.А. Котельникова устанавливает техническую взаимосвязь между системами передачи непрерывных (аналоговых) сообщений и системами передачи дискретной (цифровой) информации, то есть передачу любого телефонного, телевизионного или любого другого непрерывного сообщения можно свести к передаче чисел, отображающих дискретные значения этого сообщения.

микрофон

Рис 1

К – компрессор,

Э – экспандер,

УПН – устройство преобразования переменного напряжения в напряжение одного знака,

УДПН – устройство депреобразования напряжения,

ГТИ – генератор тактовых импульсов (тактовая синхронизация),

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь,

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.

Пример 1.

Телефонный сигнал тональной частоты. Fн=300 Гц, Fв=3400 Гц4000 Гц (расфильтровка для разделения каналов).

Гц.

Интервал дискретизации мкс.

Квантование уровней импульсов при амплитудно-импульсной модуляции (АИМ) заключается в замене бесконечного множества их ординат конечным значением разрешенного множества.

Рис.2

В линии связи есть помехи. Без компадирования помехи заглушали бы сигналы малого уровня. Компадирование в аналоговой системе повышает помехоустойчивость в линии связи, а при цифровой передаче позволяет уменьшить число уровней квантования.

Любой “отсчет” можно передать с помощью последовательности из 8 символов - «0» и «1». При этом необходима цикловая синхронизация. Первый импульс – начало отсчета, тогда минимальное число уровней квантования: .

Пример 2.

За период дискретизации Тд должна быть передана КК Sк (k – объем алфавита), состоящая из n=8 элементов импульсов дискретизации через интервалы мкс. Тогда длительность импульса отсчета мкс.

Кодирование уровней

Процесс кодирования заключается в преобразовании уровней квантования в КК символов.

Двуполярное напряжение входного аналогового сигнала должно быть преобразовано в однополярное.

Рис.3

На приемной стороне знак полярности определяется следующим образом: первый элемент отражает знак («1» - положительная полуволна, «0» - отрицательная полуволна), следующие семь элементов – значение отсчета. Данная операция осуществляется с помощью устройства преобразования к единому знаку – УПН, представляющего собой двухполупериодный выпрямитель без фильтра.

Временное группообразование

Пусть k – количество телефонных каналов в ИКМ системе (для ИКМ-30 всего 30 телефонных каналов, а также дополнительно канал цикловой синхронизации и канал системы управления и взаимодействия). Тогда линейный тракт (рис.6.1) предоставляется каждому каналу связи поочередно на цикл передачи . В этом случае интервал между соседними кодовыми группами:

.

Циклы передачи в реальных ИКМ системах связи увеличиваются на 2 КК.

Первая КК – начало цикла передачи для всех k-тых телефонных каналов связи – синхропосылка вида:

а) 1011011 – для нечетных циклов,

б) 0011011 – для четных циклов.

Данная синхропосылка состоит из 7 бит, а так как передача осуществляется байтами, то в ИКМ системах добавляется восьмой бит, отображающий знак (амплитуду) начала передачи 1 или 0. Импульсы цикловой синхронизации обычно передаются 2-3 раза, поэтому они не могут перепутаться на приемной стороне.

Вторая КК – это сигналы системы управления и взаимодействия (СУВ): вызов, набор номера абонента, разъединение, отбой.

Пример 3.

k=30 ТФ КС (ТЧ).

мкс.

Тогда частота следования канальных интервалов кГц. Все КК передаются байтами n=8, в этом случае длительность каждого импульса («1» или «0»): мкс, то есть тактовая частота: кГц.

В линейном тракте канальная информационная скорость 2,048 Мбит/с (по Международной классификации E1).

Длительность импульсов любого разряда кодовой группы

мкс.

Тактовые сигналы

Рис.4

- время начала операции, - длительность цикла.

В реальных ИКМ системах связи:

1й импульс – импульс цикловой синхронизации,

2й импульс – это 1й импульс из СУВ,

3й импульс – 1й импульс из первого канала связи

…

32й – 1й импульс из 30го канала связи.

Количество импульсов в каждом цикле:импульса.

6.5. Структура передатчика с ИКМ

Рис. 5 Структура передатчика с ИКМ

АЦП – аналого-цифровой преобразователь,

К – компрессор,

Д – дискретизатор,

КВ – квантователь,

КСПД – канал связи передачи данных,

ВГО – временной группообразователь,

ГТЧ – генератор тактовой частоты,

ДЧ – делитель частоты,

ФС – формирование синхронизации.

6.5. Принцип образования группового канала связи

КС (с выхода АЦП) КС (после входа на ЦАП)

8 кс

1 кс

32 кс

8 кс

ГКС 1 кс

Тактовая 32 кс

синхронизация

E1

16 кс 24 кс

16 кс

24 кс

Рис.6 ГКС – групповой канал связи

1 – начало цикла;

32 – конец цикла.

Строго синхронное “вращение” стрелок (распределителей) обеспечивается за счет средств вычислительной техники.

Достоинства ИКМ:

• Реальные помехи КС заменяются помехами квантования.

• Шумы не накладываются в многопролетных ЛС → неограниченная дальность (при наличии ретрансляторов в аналоговых и регенераторов цифровых системах связи, обслуживаемых (ОРП) и необслуживаемых (НРП)).

• Большое число КС → большая скорость передачи информации.

Недостатки:

• Сложность КОА

• Шумы квантования: снизить их можно увеличением числа уровней квантования, но увеличение числа уровней более 256 не рекомендуется, так как реальные шумы будут сравнимы с шумами квантования → искажение реальных значений уровней квантования.

• Необходимость в ретрансляционных пунктах

6.6.Принцип образования КЛС и РРЛ с ИКМ

Кабельная линия связи

КЛС 1 КЛС 2

1 пролет 2 пролет

Рис.7.

КЛС – кабельная линия связи

НРП – необслуживаемый регенерационный пункт

ОРП – обслуживаемый регенерационный пункт

ОС – оконечная станция

19,2 кбит/с - скорость работы AERONET.

Радиорелейная линия связи

ОС НРП

РРС 1 РРС 2 ОРП

РРС 3 РРС 4

Рис.8.

ОРП – обслуживаемая станция

РРС – радиорелейная станция

6.7.Схема организации связи с помощью КОА типа ИКМ – 30

1 кс ГКС

ПД НКС

Е1

30 кс 2048 кбит/с 0,35…2,7 км

Рис.9. 25 - 45 км

КОА – каналообразующая аппаратура

АЦО – аналого-цифровое оборудование

ОЛТ - оборудование линейного тракта

Для увеличения расстояния используют РРЛ.

Оконечная станция используется как модулятор РРЛ.

В РРС расстояние между станциями порядка 45 …60 км на низменной местности.