Принцип временного разделения каналов

При временном способе разделения каналов по цепи передаются периодические последовательности очень коротких импульсов, амплитуды которых равны величинам мгновенных значений канальных сигналов. После импульса первого канала передается импульс второго, третьего и т. д. до n-го канала, после чего цикл передачи повторяется.

Временное разделение осуществляется достаточно просто, если по каналам передается последовательность импульсов. Интервалы между двумя соседними импульсами одного и того же канала используются для передачи импульсов других каналов.

При передаче по каналам непрерывных сигналов (речевых, каналов ТЧ, аналоговых, что одно и то же) их необходимо подвергнуть дискретизации по времени. В результате дискретизации, осуществляемой методом амплитудно-импульсной модуляции (АИМ), непрерывные сигналы преобразуются в последовательности импульсов разной амплитуды. Далее амплитуды (отсчеты) последовательностей импульсов, повторяющие форму исходного сигнала квантуются по напряжению, по значениям которых происходит кодирование каждого отсчета.

Такая процедура преобразования аналогового (исходного) сигнала называется аналого-цифровым преобразованием (АЦП), которое является одной из важнейших составляющих цифровых телекоммуникационных систем. Таким образом, обычно выделяют три операции аналого-цифрового преобразования: дискретизацию, квантование по уровню и кодирование.

При дискретизации непрерывного сигнала по времени (рисунок 12) передается не весь сигнал, а его амплитудные значения, взятые через промежутки времени, называемые периодом дискретизации Т_д

Рисунок 12 – Сигнал, дискретный по времени

При определенном выборе периода дискретизации непрерывный сигнал, передаваемый дискретными по времени отсчетами, может быть восстановлен в дальнейшем практически без искажений. Полученный сигнал дискретен по времени, но непрерывен по амплитуде, так как в пределах динамического диапазона непрерывного сигнала его временные отсчеты по амплитуде могут быть сколь угодно близки друг к другу.

Квантование осуществляет округление мгновенных значений сигнала до ближайших разрешенных значений. Это важнейшая операция АЦП, которая, собственно, и превращает аналоговый сигнал в цифровой: аналоговый сигнал представляет собой бесконечное множество мгновенных значений, а цифровой – принимает конечное множество разрешенных значений.

При дискретизации непрерывного сигнала по амплитуде (рисунок 13) передаются только определенные заранее выбранные его амплитудные значения, отличающиеся друг от друга на постоянную величину, которую называют шагом квантования по уровню.

Рисунок 13 – Сигнал, дискретный по амплитуде

Как видно, квантованный по амплитуде сигнал отличается от исходного непрерывного сигнала тем, что приводит к ошибке квантования, определяемой разностью между первоначальным и квантованным по уровню сигналами.

Сигнал, дискретный по времени и амплитуде, можно получить, осуществив квантование по уровню сигнала, дискретного по времени.

Рисунок 14 – Сигнал дискретный по времени и амплитуде

Амплитудные отсчеты полученного сигнала (рисунок 14) отличаются от истинных значений дискретных отсчетов, т. е. возникают ошибки квантования по уровню. При цифровом представлении сигнала, дискретного по времени и амплитуде, каждому из уровней квантования по амплитуде присваивается свой номер, а его величина из десятичной системы счисления преобразуется в двоичную (операция кодирования). Поэтому в дальнейшем передаются не сами отсчеты сигнала с их амплитудой, а группы импульсов, соответствующих номерам уровней квантования, выраженных в двоичной системе счисления, т. е. цифровой сигнал. В последовательности импульсов цифрового сигнала наличие импульса свидетельствует о передаче единицы, а его отсутствие о передаче нуля.

Цифровые сигналы по сравнению с аналоговыми обладают высокой помехоустойчивостью, так как при их обнаружении на фоне шумов необходимо определить лишь наличие импульса или его отсутствие.

Структурная схема цифровой системы передачи с точки зрения преобразования сигналов может быть представлена в виде рисунка 15.

Рисунок 15 – Упрощенная структурная схема цифровой системы передачи

Непрерывный аналоговый сигнал от источника информации ИИ (исходный сигнал) поступает на дискретизатор Д, в котором преобразуется в дискретные по времени отсчеты. В квантующем устройстве КУ осуществляется квантование временных отсчетов сигнала по амплитуде. Аналого-цифровой преобразователь АЦП осуществляет преобразование дискретного по времени и амплитуде аналогового сигнала в цифровой.

На приеме в цифро-аналоговом преобразователе ЦАП происходит обратное преобразование цифрового сигнала в дискретный по времени и амплитуде аналоговый сигнал, а устройство восстановления УВ восстанавливает непрерывный сигнал (исходный сигнал), который поступает в приемник информации ПИ.

2.1.1 Теорема Котельникова[*]

Выше было установлено, что дискретизация это представление непрерывного во времени сигнала рядом периодических дискретных значений. Возможность такого представления основана на известной теореме В.А.Котельникова, по которой непрерывный сигнал U(t) может быть восстановлен без искажений из последовательности дискретных отсчетов U_д(t) этого сигнала, если частота f_д по крайней мере в 2 раза выше наибольшей частоты, содержащейся в спектре исходного сигнала:

f_д ≥ 2F_в , где f_д – частота дискретизации;

F_в – верхняя частота исходного сигнала.

Таким образом, если требуется передать непрерывный сигнал U(t) с ограниченным спектром, то необязательно передавать весь сигнал, а достаточно передать лишь его мгновенные значения, отсчитанные через интервалы времени Т_д (см. рисунок 12). В соответствии с этим частота следования дискретных отсчетов сигнала (частота дискретизации) должна быть равна f_д ≥ 2F_в. Для восстановления непрерывного сигнала из последовательности его дискретных отсчетов в пункте приема используется фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, равной F_в.

Отклик идеального ФНЧ с граничной частотой среза F_в на короткий прямоугольный импульс, поданный на его вход, имеет вид, показанный на рисунке 16.

Рисунок 16 – Отклик ФНЧ на короткий прямоугольный импульс

Рисунок 17 – Формирование непрерывного сигнала из последовательности

импульсов

Если на вход такого фильтра поступает последовательность коротких импульсов, соответствующих дискретным отсчетам непрерывного сигнала (рисунок 17), то на выходе фильтра в результате суммирования отдельных откликов переданный непрерывный сигнал вновь восстанавливается.

Увеличение частоты дискретизации позволяет упростить фильтры, ограничивающие спектр исходного (аналогового) сигнала в передающем оборудовании, а также фильтры, выделяющие исходный сигнал при декодировании на приеме. Таким образом, при передаче телефонных (исходных) сигналов с полосой 300…3400 Гц стандартизирована частота дискретизации

f_д = 8 кГц.

Кодирование – в теории электрической связи существует два понятия кодирования. В цифровых телекоммуникационных системах кодирование понимается в узком смысле, как переход от кода с высоким основанием к коду с низким основанием, т. е. мгновенные значения, которые могут принимать достаточно много разрешенных значений (например, 256), заменяются комбинациями импульсов (кодовыми группами), состоящими, например, из 8 импульсов, которые имеют мало разрешенных значений (минимум два). Это повышает помехоустойчивость сигнала и упрощает его обработку логическими устройствами.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1185; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!