Особенности каналов связи и методы их уплотнения

Для передачи речи или данных, рассматриваемых в общем слу­чае как сигнал, имеющий определенные характеристики, использу­ется канал связи, организуемый между передатчиком и приемником. Один из основных вопросов заключается в том, может ли этот сиг­нал быть принят без искажений. Если нет, то насколько он искажа­ется при прохождении по каналу связи.

Отношение мощности сигнала к мощности шума (отношение сиг­нал/шум) определяет наряду с шириной полосы пропускания про­пускную способность канала связи или допустимую скорость пере­дачи сигнала. Аналоговый сигнал, непосредственно передаваемый по каналу связи, может быть искажен по амплитуде, фазе и часто­те или временному масштабу. Эти искажения являются следствия­ми естественных или искусственных ограничений канала связи, на­пример, по полосе пропускания.

При передаче сигнала на дальние расстояния энергетически вы­годно использовать высокочастотную несущую, параметры ко­торой модулируются передаваемым сигналом. Для передачи речи по каналам связи обычно используют два метода модуляции несу­шей: амплитудную модуляцию (AM) и частотную модуляцию (ЧМ).

В процессе модуляции (а это операция нелинейная) симметрично несущей/0 появляются верхние и нижние боковые частоты/0 ± n/±f, здесь Д/ — основная полоса частот, занимаемая сигналом. Для AM п = 1, для ЧМ п зависит от индекса модуляции. Полоса частот, занимаемая модулированным сигналом (или его спектр), которая и составляет в этом случае требуемую ширину полосы час­тот канала передачи, для AM равна 2Д/.

Системы связи ассоциируются с системами передачи речи или те­лефонной связи, которые только в последнее время в связи с разви­тием модемной и факсимильной связи стали использоваться для пе­редачи данных. Ясно, что эти системы рассчитывались и оптимизи­ровались для передачи речи. Из экономических соображений системы телефонной связи строились как многоканальные системы, использу­ющие различные методы уплотнения каналов для передачи по ли­нии все большего и большего числа каналов (телефонных разгово­ров) одновременно. Из приведенного выше примера ясно, что при выборе метода модуляции предпочтение было отдано AM. Более того, основная полоса частот передаваемого речевого спектра была оптимизирована по индексу артикуляции, принятому равным 0, 7, со­ответствующему уровню разборчивости слов 85...90% и составила 3100 Гц. Она размещается в диапазоне 300...3400 Гц. Учитывая, что указанная полоса частот должна выделяться реальным, а не идеаль­ным, аналоговым полосовым фильтром, имеющим конечную крутиз­ну спада частотной характеристики в переходной полосе, было пред­ложено использовать полосу в 4 кГц в качестве расчетной ширины основной полосы стандартного телефонного канала (защитная по­лоса между двумя соседними каналами при этом составляет 900 Гц).

Наряду с использованием аналоговых можно использовать им­пульсные методы модуляции, в частности, амплитудно-им­пульсную модуляцию (АИМ), что позволяет улучшить энер­гетические характеристики процесса передачи в целом, если учесть, что длительность излучаемого импульса может быть мала по срав­нению с периодом несущей.

Импульсные методы модуляции основаны на процессе диск­ретизации передаваемого аналогового сигнала, т.е. использо­вании последовательности выборок (выборочных значений) анало­гового сигнала, взятых периодически с частотой дискретизации f Она выбирается из условия возможности последующего восстанов­ления аналогового сигнала без искажений из дискретизированного сигнала с помощью фильтра нижних частот. Для сигнала с ограни­ченным спектром, к которому относится и сигнал стандартного те­лефонного канала, имеющий частоту среза / = 4 кГц, применима теорема Котельникова—Найквиста, определяющая г> 2/в (где/в — верхняя частота спектра дискретизируемого сигнала) Отсюда по­лучаем, что для стандартного телефонного канала частота дискре­тизации составляет 8 кГц (т.е. выборки аналогового сигнала следу­ют с периодом дискретизации Т = 125 мкс).

Следующим логичным шагом может быть квантование ам­плитуд импульсных выборок — процесс определения для каждой выборки и присвоение ей эквивалентного численного (цифрового) значения. Указанные два шага (дискретизация и квантование) оп­ределяют процессы, осуществляемые при импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Они позволяют перейти от аналогового представления речевого сигнала к цифровому.

Численное значение каждой выборки в этой схеме может быть далее представлено (закодировано) в виде 7 или 8-битного двоич­ного кода (на практике при использовании аналого-цифровых пре­образователей (АЦП) двоичное кодирование осуществляется непос­редственно при квантовании).

Первые системы телефонной связи использовали отдельные линии переда­чи для организации каждого канала. Идеи организации передачи нескольких телеграфных каналов по одной линии (или идеи уплотнения) были впервые осуществлены еще в 1918 г. с помощью механического коммутатора.

Под уплотнением, или мультиплексированием, по­нимают объединение нескольких меньших по емкости входных ка­налов связи в один канал большей емкости для передачи по одному выходному каналу связи. При реализации такого объединения те­лефонных каналов одной из основных задач является устранение взаимного влияния соседних каналов. До последнего времени ши­роко использовались два метода мультиплексирования:

• мультиплексирование с частотным разделением каналов (час­тотное уплотнение);

• мультиплексирование с временным разделением каналов (вре­менное уплотнение).

При частотном уплотнении полоса частот выходного канала делится на некоторое число полос (подканалов) п, соот­ветствующих по ширине основной полосе стандартного телефон­ного канала 4 кГц.

Например, на рис. 19.1 показана такая группа из четырех каналов с поло­сой 4 кГц, отведенной под каждый канал, и частотами, сдвинутыми на 60 кГц в результате амплитудной модуляции.

Каждый канал имеет фактическую полосу пропускания 3, 1 кГц и формируется полосовыми фильтрами с частотами среза, сдвину­тыми на 4 кГц относительно друг друга. Например, фильтр пер­вого канала имеет частоты среза 60, 3 и 63, 4 кГц, второго — 64, 3 и 67, 4 кГц. При больших уровнях сигнала в каналах защитной полосы 900 Гц между каналами недостаточно для устранения перекрестной наводки (телефонного разговора) от соседних каналов. Для форми­рования канальных групп используется процедура ОБП-ПН — мо­дулирования несущей и поднесущих по амплитуде с подавлением одной боковой полосы (левой или правой) и подавлением несущей. Схема формирования канальных групп может быть разной. Стан­дарт CCITT рекомендует следующую систему группирования:

•первичная канальная группа (12 стандартных теле­фонных каналов);

 

•вторичная канальная группа (5 первичных каналь­ных групп, т.е. 60 каналов);

•третичная канальная группа (5 вторичных каналь­ных групп, т.е. 300 каналов, или 10 вторичных групп, т.е. 600 кана­лов, или 16 вторичных групп, т.е. 960 каналов).

Различное число вторичных и третичных канальных групп мо­жет быть использовано в процессе группирования, образуя чет­вертичные группы. Формирование основной канальной группы показано на рис. 19.2, где используется двухступенчатая схема: на первой формируется группа из трех (правых) каналов ОБП путем модуляции поднесущих 12, 16 и 20 кГц, на второй — каналь­ная группа из 12 (левых) каналов ОБП путем модуляции поднесу­щих 84, 96, 108 и 120 кГц. В результате формируется канальная груп­па с шириной полосы 48 кГц (60... 108 кГц), которая используется для модуляции 5 несущих (420, 468, 512, 564, 612 кГц) при формировании вторичной группы с шириной полосы 210 кГц (312...522 кГц) и т.д.

 

Частотное мультиплексирование достаточно сложно в реализа­ции и настройке (как и все аналоговые методы). При использова­нии ИКМ наиболее удобной является схема мультиплексирования с временным разделением каналов, или временным уплотне­нием. В такой схеме разделение ресурсов происходит с помощью коммутатора (на передающей стороне), который последовательно подключает каждый входной канал на определенный временной ин­тервал, необходимый для посылки выборки или фиксированной части сигнала данного канала.

Сформированный таким образом поток выборок от разных вход­ных каналов направляется в канал связи. На его приемной стороне демультиплексор с помощью аналогичного коммутатора и фильтров нижних частот выделяет отдельные выборки и распределяет их по со­ответствующим каналам. Важно то, что коммутаторы на передающей и приемной сторонах должны работать синхронно, т.е. должны быть синхронизированы. Схема временного мультиплексирования выборок приведена на рис. 19.3.

 

⇐ Предыдущая38394041424344454647Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. CEМEЙНOE КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ, ЕГО ОСОБЕННОСТИ
2. I. ОСОБЕННОСТИ ДЕЛОВОГО И ЛИЧНОСТНОГО ОБЩЕНИЯ В СОВМЕСТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
3. I. Особенности постановки цели труда.
4. I. Особенности учета в строительстве
5. IDEF1X - методология моделирования данных, основанная на семантике, т.е. на трактовке данных в контексте их взаимосвязи с другими данными.
6. II. Особенности технологии баз и банков данных.
7. II. Перепишите следующие предложения и переведите их, обращая внимание на особенности перевода на русский язык определений, выраженных именем существительным (см. образец выполнения 2).
8. XIX. Особенности приёма и обучения иностранных граждан и лиц без гражданства в ОО ВПО «ГИИЯ»
9. А потом он обратился к ним с увещанием в связи с тем, что они смеялись, когда кто-нибудь испускал ветры, и сказал: «Почему некоторые из вас смеются над тем, что делают и сами?»
10. Абсолютная монархия в России (признаки, особенности, идеалогия, условия возникновения, реформы Петра первого)
11. АДМИНИСТРАТИВНЫЙ НАДЗОР: ПОНЯТИЕ, ОСОБЕННОСТИ, МЕТОДЫ, СУБЪЕКТЫ, ПОЛНОМОЧИЯ.
12. Активность восприятия и значение обратной связи