1 Принципы временного деления каналов

В аналоговых системах пользовательская информация передается аналоговым способом непосредственно либо с помощью модуляции сигнала несущей частоты. При этом возникает вопрос, действительно ли необходимо передавать весь сигнал или достаточно передавать только его значения через одинаковые моменты времени. Эту проблему решали ученые Котельников, Найквист, Шеннон, доказав, что вместо самого сигнала можно передавать его отдельные отсчеты, взятые через регулярные промежутки времени.

Передача речи по каналам тональной частоты на Российских телефонных сетях осуществляется в диапазоне от 300 Гц до 3400 Гц. Для организации цифрового коммутационного тракта используется первичный поток ИКМ 30/32.

Характеристики ИКМ 30/32:

• Число временных интервалов……………………………...32

• Число пользовательских (разговорных) каналов………....30

• Номер канала синхронизации………………………….…..0

• Номер канала сигнализации………………………….…….16

• Номера разговорных каналов………………………….…...1-15, 17-31

• Частота дискретизации……………………………………...8 Кбит/с

• Скорость передачи информации по временному канала…64 Кбит/с

• Скорость передачи информации по цифровой линии…….2048 Кбит/с

• Разрядность кодового слова…………………………………8

• Длительность цикла ИКМ…………………………………...125 мкс

• Длительность одного временного интервала………………3,9 мкс

• Количество уровней квантования…………………………...256

Под цифровой линией (ЦЛ) понимается один поток ИКМ емкостью 32 временных каналов (временных интервала). Цифровую линию часто называют ИКМ трактом. Временной канал – это интервал времени в цикле ИКМ, отведенный для передачи одной восьмибитовой кодовой комбинации. Биты во временном канале передаются последовательно. Пропускная способность одного временного интервала (ВИ) определяется частотой дискретизации:

, Кбит/с

- пропускная способность одного ВИ;

- частота дискретизации, бит/с;

- число бит, передаваемых в одном ВИ.

Таким образом, пропускная способность одного временного интервала составляет бит/с т.е. 64 Кбит/с.

Пропускная способность цифровой линии (ИКМ - тракта) определяется:

, Кбит/с

- число временных интервалов в одной цифровой линии:

Для стандартного первичного тракта ИКМ пропускная способность составляет 64*32 = 2048 Кбит/с.

При импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) аналоговый пользовательский сигнал подвергается следующим преобразованиям: дискретизации, квантованию и кодированию.

Дискретизация

Дискретизация – это преобразование, при котором аналоговый сигнал представляется дискретным. Согласно теореме Котельникова аналоговый сигнал можно без ошибок восстановить из дискретного сигнала, полученного дискретизацией аналогового сигнала. При этом частота дискретизации должна не менее чем в два раза превышать значение максимальной (верхней границы) частота аналогового сигнала .

, Гц

Где Гц.

Следовательно, должна быть не ниже 6800 Гц. Согласно рекомендациям МСЭ-Т для достижения отличного качества передачи пользовательской информации принята частота дискретизации 8000 Гц. При этом - период дискретизации, составляет 1/8000=0,000125, или 125 мкс.

Это означает, что информация от 32-х временных каналов передается за временный цикл 125 мкс. В 32-х канальном временном цикле ИКМ величина одного временного интервала определяется, как

- временный канальный вариант

Квантование

Квантование – это представление амплитуды отсчета аналогового сигнала значением ближайшего разрешенного дискретного уровня. Единица измерения – уровни квантования. Для того, чтобы можно было использовать цифровую передачу, каждый отсчет должен быть представлен в виде кодовой комбинации. Т.к. число кодовых комбинаций ограничено, то все промежуточные значения сигнала должны заменяться ближайшими разрешенными значениями.

Выбор числа уровней квантования в основном определяется требуемым качеством передачи информации (таблица 1.1). Для обеспечения отличного качества передачи информации согласно рекомендациям МСЭ-Т было принято 256 уровней квантования. Квантование может осуществляться равномерным способом либо с помощью цифровой компрессии. Подробнее с методами квантования можно ознакомиться в (1, 2, 5, 6).

Таблица 1.1 – Зависимость между качеством передачи информации и числом уровней квантования

Качество передаваемой информации	Количество уровней квантования	Разрядность кодового слова
Очень плохое	8	3
Плохое	16	4
Посредственное	32	5
Хорошее	64	6
Очень хорошее	128	7
Отличное	256	8

Кодирование

Кодированием квантового сигнала называется отождествление этого сигнала с кодовым словами (кодовыми комбинациями), причем в аппаратуре ИКМ используются двоичные кодовые слова. Под кодовыми словами понимается упорядоченная последовательность двоичных символов. Каждое слово соответствует определенному уровню квантования. Значение уровней квантования при кодировании представляются в виде двоичного числа. Разрядность кодового слова при различном качестве передачи информации приведен в таблице 1.1. Согласно рекомендациям МСЭ-Т длина кодовой комбинации, передаваемой по каналам ИКМ, составляет 8 бит.

Например: при квантовании получили амплитуду сигнала, равную 211 уровням квантования. При кодировании эта амплитуда представляется в виде двоичного числа: 11010011. Это двоичное восьмибитное число называется кодовой комбинацией, представляемой в разговорном канале.

При отождествлении уровня квантования с двоичной кодовой комбинацией широко используются два кода – натуральный и симметричный (1, 2, 5, 6).

В натуральном двоичном коде двоичные слова, соответствующие квантованным отсчетам сигнала, расположенным в порядке возрастания амплитуд, представляют собой целые неотрицательные числа, взятые в том же порядке. Т.е. самый низкий уровень сигнала (самый отрицательный) будет соответствовать кодовой комбинации с минимальным весом (00000000). Соответственно, самый высокий уровень сигнала (самый положительный) будет соответствовать коду с наибольшим весом (11111111).

В симметричном двоичном коде полярность квантованного отсчета выражается одним словом кодового слова, а остальные символы отделяют двоичное число, представляющее абсолютную величину этого сигнала. Когда знаковый бит равен 1, мы имеем положительный уровень. Когда знаковый бит равен 0, мы имеем отрицательный уровень. Величина положительного или отрицательного уровня определяется 7-битовым кодом. Сравнение натурального и симметричного кодов приведено в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Сравнение натурального и симметричного кодов

Значение уровня	Натуральный код	Симметричный код
Найбольший положительный уровень	11111111	11111111
Ноль	10000000	10000000
Наименьший отрицательный уровень	00000000	01111111

Для передачи цифровых сигналов разработано несколько кодов передачи – NRZ, RZ, AMI, HDB3 и др. Подробнее с ними можно ознакомиться в (1, 2, 4, 6).