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 FB, 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.