Особенности построения цифровых систем передачи

В большинстве развитых стран мира принят курс на цифровизацию сетей связи, предусматривающий построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется сле­дующими существенными преимуществами цифровых методов пе­редачи перед аналоговыми.

Высокая помехоустойчивость.

Представление ин­формации в цифровой форме, т. е. в виде последовательности символов с малым числом разрешенных уровней (обычно не бо­лее трех) и детерминированной частотой следования, позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

Цифровые методы передачи весьма эффективны при работе по световодным линиям, отличающимся относительно высоким уровнем дисперсионных искажений и нелинейностью электронно-опти­ческих и оптоэлектронных преобразователей.

Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи.

В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтож­ными. Длина регенерационного участка и оборудование регенера­тора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые рас­стояния.

Стабильность параметров каналов ЦСП.

Ста­бильность и идентичность параметров опреде­ляются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых.

Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.

При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их пе­редачи может приближаться к скорости передачи группового сиг­нала, скорость передачи дискретных сигналов будет близка к 64 кбит/с, в то время как в аналоговых системах она обычно не превышает 9,6 кбит/с.

Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми коммута-ционными станциями являются основой цифровой сети связи, в ко­торой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме.

Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать весь аппаратурный комплекс цифровой сети на чисто электронной основе с широким применением цифровых инте­гральных схем.

Аппаратура ЦСП состоит из аппаратуры формирования и приема цифровых сигналов, а также аппаратуры линейного тракта. Цифровой сигнал формируется в оборудовании аналого-цифро­вого преобразования первичных ЦСП или в оборудовании временного группообразования ЦСП более высо­кого уровня. В данной лекции основное внимание уделено передаче телефонных сигналов по каналам ЦСП с ВРК при использовании импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). В этом случае формирова­ние группового цифрового сигнала предусматривает последователь­ное выполнение следующих основных операций (рис. 5.1): 1) дискретизации индивидуальных телефонных сигналов по вре­мени, в результате чего формируется импульсный сигнал, промодулированный по амплитуде, т. е. АИМ сигнал; 2) объединения N индивидуальных АИМ сигналов в групповой АИМ сигнал с использованием принципов временного разделения каналов; 3) квантования группового АИМ сигнала по уровню; 4) последовательного кодирования отсчетов группового АИМ сиг­нала, в результате чего формируется групповой ИКМ сигнал, г. е. цифровой сигнал.

Рис. 2.1.Дискретизация сигнала во времени

В системах передачи с ВРК, каждый канальный сигнал представляет собой периодическую последова­тельность импульсов, промодулированных исходным сигналом. При этом чаще всего используется амплитудно-импульсная моду­ляция, при которой модулируется амплитуда импульсов, а другие параметры (длительность, частота следования, временное положе­ние) остаются неизменными.

При АИМ амплитуда периодической последовательности им­пульсов изменяется в соответствии с изменениями амплитуды мо­дулирующего сигнала c(t). Раз­личают амплитудно-импульсную модуляцию первого (АИМ-1) и второго (АИМ-2) рода. Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы связи представляют собой случайные процессы с бесконечно ши­роким спектром,.причем основная энергия сосредоточена в отно­сительно узкой полосе частот, перед дискретизацией на передаче необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр сигнала некоторой частотой Для телефонных сигналов необхо­димо использовать ФНЧ с частотой среза ƒ = 3,4 кГц.

Частотный спектр модулированной последовательности при АИМ однополярного сигнала содержит (рис. 2.3): постоянную составляющую составляющие с частотами исходного модулирующего сигнала составляющие с частотой дискретизации и ее гармоник составляющие боковых полос (нижней и верхней) при частоте дискретизации и ее гармониках

При дискретизации двуполярных сигналов (телефонных, звуко­вого вещания) в спектре АИМ сигнала практически отсутствуют постоянная составляющая и составляющие с частотами

Из рис. 2.1 видно, что для восстановления исходного непре­рывного сигнала из АИМ сигнала на приеме достаточно поста­вить ФНЧ с частотой среза, равной F_B, который выделит исходный сигнал. Поскольку для телефонного сигнала то должна выбираться из условия Реально выбрана что позволяет упрощать требования к ФНЧ приема.

Рис. 2.2.Спектральный состав АИМ сигнала Рис2.3. Формирование АИМ сигнала

На рис 2.5 над каждым отсчетом указан номер канала, к кото­рому он относится. Групповой АИМ сигнал передается между вы­ходом формирователя АИМ сигнала (АИМ модулятора) и входом кодирующего устройства в оконечном оборудовании передачи и выходом декодирующего устройства и входом устройства разделе­ния канальных сигналов (временного селектора) в оконечном оборудовании приема.

Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот
снизу, называются искажениями второго рода. Это ограни­чение происходит из-за наличия в цепях группового сигнала реактивных элементов (трансформаторов, емкостей и др.). Харак­тер возникающих искажений при передаче прямоугольных импуль­сов показан на рис. 2.6,б В отличие от искажений первого рода выбросы обратной полярности затухают медленно, поэтому влиянию подвергается даже каналы существенно удаленные по времени от влияющего канала.

Это делает искажения второго рода более опасными по сравнению с искажениями первого рода. В реальных трактах возникают искажения обоих типов.

На рис. 2.7 в качестве примера приведена упрощенная схема АИМ модулятора, выполненного в виде сбалансированного ключа на транзисторах При наличии импульса в управляющем сигнале ключ открывается и через нагрузку протекает ток, про­порциональный входному сигналу, а между импульсами управ­ляющего сигнала ключ оказывается в закрытом (разомкну­том) состоянии и ток через нагрузку не протекает. Режимы работы транзисторов должны быть подобраны таким образом, чтобы в от­крытом состоянии сопротивление ключа было как можно меньше, а в закрытом — стремилось к бесконечности.

В результате в нагрузке формируется сигнал в виде АИМ-1. Управляющее импульсное напряжение в нагрузку не поступает, т. е. подавляется. Это объясняется тем, что управляющее напря­жение поступает одновременно на базы VT1 и VT2 и вызывает по­явление эмиттерных токов, которые протекают через нагрузку в противоположных направлениях. Если транзисторы имеют одина­ковые параметры, то эти токи равны по величине и суммарный ток в нагрузке оказывается равным нулю.

Как видно из рис. 2.9, амплитуды отсчетов при АИМ-2 поддер­живаются практически неизменными в течение всего канального интервала что обеспечивает устойчивую работу кодирую- щего устройства, на вход которого поступает групповой АИМ сигнал.