4.1. Этапы развития цифровых телефонных сетей

50-е годы - впервые речевой сигнал был представлен в цифровой форме и передан по телефонному каналу.

70-е годы - начало использования цифровых систем передачи (США), разработана и запущена в эксплуатацию первая в мире цифровая СВЧ радиосвязь (Япония).

80-е годы - начало внедрения систем цифровой коммутации и внедрение их на телефонной сети общего пользования (Франция).

Преимущества цифровых телефонных сетей:

-простота группообразования;

-простота сигнализации;

-интеграция систем передачи и систем коммутации;

-слабая чувствительность к помехам (в т.ч. сигнал/шум);

-регенерация сигнала;

-возможность засекречивания информации.

-низкая стоимость оборудования;

-высокие качественные показатели, в т.ч. отсутствие внутренних блокировок в коммутационных системах.

Недостатки цифровых телефонных сетей:

-более широкая, чем в аналоговых сетях, полоса частот речевого сигнала;

-несовместимость с аналоговым оборудованием, необходимость

аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования;

-необходимость временнόй синхронизации;

-топологические ограничения группообразования.

4.2. Цифровые сигналы

Основное внимание при разработке цифровых систем передачи уделяется выбору конечного семейства дискретных электрических сигналов (импульсов) для кодирования информации.

Под обработкой сигнала понимаются:

-фильтрация;

-формирование и преобразование электрических сигналов.

Цифровая передача включает в себя установление определенных временных соотношений между передаваемыми сигналами.

Передающее оконечное устройство осуществляет передачу отдельных сигналов с использованием заранее установленных временных соотношений (тактов) таким образом, чтобы на приемном конце можно было бы опознать каждый дискретный сигнал по мере его поступления.

На коротких расстояниях (например, в пределах одной коммутационной станции) тактовая частота распространяется отдельно от информационных сигналов.

При передаче сигналов на большие расстояния более экономично вводить тактовую частоту в формат самого цифрового сигнала. В любом случае для передачи хронирующей информации (тактовой частоты) требуется увеличить пропускную способность канала, т.е. или полосу, или скорость передачи, или кодовое пространство.

Цифровой сигнал - это последовательность импульсов.

Импульс - 1, отсутствие импульса - 0, последовательность импульсов представляет собой чередование цифр: 1 и 0, т.е. цифровой сигнал.

1 0 1 0 1 0 1 0 1

Импульсный сигнал при t_имп = t_паузы

Телеграфный сигнал (поток импульсов)

Регулярная составляющая сигнала

Случайная составляющая сигнала

Рис. 4.1. Изображение импульсного потока

Число, принимающее только значение 0 или 1, называется двоичным числом (двоичной цифрой), или - бит (binary digit - bit).

Одна позиция в цифровом сигнале и есть один бит, а именно:

либо 1, либо 0.

Восемь позиций в цифровом сигнале объединяются понятием байт.

Скорость передачи – это количество бит, передаваемых в единицу времени (как правило, единица времени это - секунда)

Любой непрерывный сигнал (процесс) можно описать его значениями через определенные, очень короткие промежутки времени (например, - через 1 с). Этот процесс называется дискретизацией непрерывного сигнала.

s (t) Звук s(t)

Микрофон Линия

0. t _д 2t_д 3t_д 4t_д 5t_д t Батарея

где:

t_д - интервал дискретизации;

Рис. 4.2. Дискретизация непрерывного сигнала

Величина, обратная интервалу дискретизации, 1/t_д = f_д - называется частотой дискретизации.

Для исключения искажений интервалы дискретизации (частота дискретизации) подбираются таким образом, чтобы при восстановлении первичного сигнала на приемном конце информация не была бы потеряна.

Первичный сигнал не является синусоидальным, т.к. звук излучается не одним источником, а более, например, двумя. Для того, чтобы отследить все изменения результирующего звукового колебания, необходимо отсчетные значения брать с частотой, как минимум, вдвое превышающей частоту колебаний источника звукового колебания с наивысшей частотой.

В 1933 году В.А. Котельников доказал теорему, ставшую основополагающей в теории и технике цифровой связи.

Суть теоремы Котельникова состоит в следующем: "непрерывный сигнал, у которого спектр ограничен максимальной частотой - F, может быть однозначно восстановлен по его дискретным отсчетам, взятым с частотой f_д = 2F, т.е. через интервалы времени t_д = 1/f_д = 1/2F.

Если сигнал - речевой, то его эффективный спектр по рекомендации МСЭ-Т составляет 300 - 3400 Гц.

При преобразовании аналогового сигнала в цифровой наивысшую частоту

3400 Гц округляют до 4000 Гц.

Следовательно, отсчетные значения необходимо брать с частотой в два раза выше - 8000 Гц (8,0 кГц). В этом случае период дискретизации равен:

1/8000 Гц = 0,000125с, или 125 мкс.

Чем больше частота дискретизации, тем легче восстановить непрерывный исходный сигнал с помощью простейшего Фильтра нижних частот (ФНЧ).