Цифровые методы передачи в многоканальных системах связи
Дальнейшим развитием импульсных видов модуляции являются цифровые виды. В них дискретизированный сигнал далее подвергается квантованию по уровню и кодированию. На приемной стороне производится обратная операция - декодирование.
Процесс квантования дискретных отсчетов заключается в том, что весь диапазон сигнала S(t) делится на Q разрешенных уровней с некоторым шагом. Затем мгновенные значения отсчетов сигнала S(t) округляются до ближайшего разрешенного уровня S(t). Полученный таким образом сигнал называется квантованным АИМ (КАИМ). Этот сигнал далее при идеальной передаче будет несколько отличаться от S(t). Это отличие носит название шума квантования. С увеличением Q или с уменьшением уровень шумов квантования уменьшается. Наличие этих шумов является недостатком цифровых методов передачи, однако она открывает и новые возможности передачи. В частности, зная всю шкалу разрешенных уровней на приеме, можно "очистить" сигнал от внешних помех если ее уровень меньше 0,5Δ (рис. 33).
Рис.33.
Если линия связи имеет большую длину, то подобные "очищение" сигнала (регенерацию) можно повторять многократно, т.е. периодически "очищать" от шумов. Эта возможность, есть один из самых главных достоинств цифровых методов передачи. Непосредственно передача КАИМ в линию не дает ощутимого выигрыша, так как при Q=256, во первых регенерация затруднена, во вторых "очищается" сигнал только от шумов с уровнем не более 0,5Δ. Поэтому сигнал КАИМ кодируется, т.е. преобразуется в сигналы, имеющие значительно меньше число градаций уровня. Наименьшим числом градаций уровня обладает бинарный сигнал. Например, видеоимпульс, амплитуда которого принимает лишь два разрешенных значения +Uмакс и -Uмакс или они обозначаются как 1 или 0. В этом случае, очевидно, в регенераторе можно исключить помехи менее Uмакс т.е.
Εп<Uмакс
Кодирование и декодирование
Чаще всего при кодировании получают бинарный сигнал. При этом каждому отсчету ставится в соответствии набор стандартных бинарных сигналов - кодовая группа. Например, имеем группу из трех бинарных сигналов. Количество его различных состояний будет равно 23=8. Следовательно этой группой можно передать сигнал с Q=8.
| 111 |
1 |
| 110 |
2 |
| 100 |
3 |
| 000 |
4 |
| 011 |
5 |
| 001 |
6 |
| 010 |
7 |
| 101 |
8 |
Если группа состоит из m импульсов, то Q=2m, где m - называют разрядностью кода.
В качестве переносчиков могут быть любые сигналы, главное, чтобы они имели 2 состояния.
На приеме осуществляется обратное преобразование, то есть каждой кодовой комбинации ставится в соответствие свой разрешенный уровень (декодирование). Кодовые комбинации передаются за время отведенное к КС данного канала. Например, при Q=128 (для телефонного сигнала m=7), т.е. вместо одного импульса при АИМ или ФИМ, в цифровой системе нужно передавать 7 импульсов. Следовательно цифровая система более широкополосна, т.е. менее эффективно использует отведенную полосу. Но за счет потерь пропускной способности имеется выигрыш в помехоустойчивости и возможность микроминиатюризации при использовании микросхем.
Дельта - модуляция
Один из методов позволяющих сократить требуемую полосу частот (количество импульсов необходимых для передачи одного отсчета) является дельта преобразование которое называют дельта-модуляцией (ДМ). В этой системе по каналу передается не истинное значение отсчета, а информация об изменении каждого последующего отсчета по отношению к предыдущему рис. 34.
Рис.34
Недостатком дельта-модуляции является возможные перегрузки и сбой одного символа ведет к размножению ошибок.
Иерархия цифровых систем
Подобно тому, как строится системы с ЧРК, создаются и цифровые системы связи, иерархия их основывается на стандартной (базовой) первичной группе с 30 ТЛФ каналами.
В качестве первичной служит аппаратура ИКМ-30.В ней телефонный канал дискретизируется с частотой 8 кГц и кодируется 8 разрядами, т.е. Q = 256 и m = 8. Кроме 30 ТЛФ каналов имеются еще две 8-ми разрядные группы в каждом цикле для синхронизации и передачи вспомогательных сигналов. Поэтому скорость передачи сигналов первичной группы 32х64 = 2048 кбит/с.
Вторичная группа образуется путем асинхронного объединения 4-х первичных групп, т.е. 120 ТЛФ каналов. Скорость рекомендованная МККТТ равна 8448 кбит/с.
Четыре вторичные группы объединяются в одну третичную группу в 480 ТЛФ каналов. Скорость - 34304 кбит/с.
Четыре третичные группы объединяются в одну четвертичную группу в 1920 ТЛФ каналов. Скорость - 139,264 Мбит/с.
Четыре четвертичные группы объединяются в одну пятеричную группу 7680 ТЛФ каналов. Скорость - 565,148 Мбит/с.
Аналоговый широкополосный сигнал после соответствующего преобразования может быть передан в каком-либо цифровом потоке.60 ТЛФ каналов с ЧРК в потоке со скоростью 6,144 Мбит/с. ТВ сигнал в потоке с 139,264 Мбит/с.
Особенности аналоговых РРС с временным разделением каналов
В настоящее время основным методом передачи информации является ЧРК-ЧМ. Они достигли большого технико-экономического эффекта.
Однако в последнее время все больше используются импульсные и особенно цифровые системы. Системы с ВРК начали использоваться в 50-х годах. Эта аппаратура была аналогово импульсной. В первой ступени ФИМ, а во второй АМ, т.е. (ФИМ-АМ). Иногда использовалось (ФИМ-ЧМ) N ≤ 60. Однако типичным было ФИМ-АМ с N=28.
Дальнейшим развитием этих видов связи является цифровые РРС. Они сохраняя преимущества аналоговых РРС с ВРК, обладают совершенно новыми качествами, имеющими большое значение для техники РРС.
Число каналов и занимаемая полоса частот
Длительность КС в аппаратуре с ФИМ выбирается из следующих соображений (рис. 35).
Рис.35
КС при ФИМ представляют собой модулированный по фазе импульс длительностью и. Модуляция по фазе осуществляется в пределах Тк. Тогда средняя скважность равна
q=Тк/τи.
Удвоенная максимальная девиация
2tмакс=Тк-τи-2τзам.
т.к. τи ≈ τзам, а q=10÷15, то 2tмакс≥0,7Тк.
При N = 30
и τu≈τзам≈0,35 мкс.
Если увеличить N, то необходимо уменьшать τи≈τзам, что приводит к необходимости повышения точности системы синхронизации и разделении каналов. Этот вопрос в принципе разрешим. Однако, кроме того, при уменьшении τи необходимо расширить полосу пропускания радиолинии и пропорционально увеличивать пиковую мощность передатчика Рпик, для того, чтобы суммарная энергия Е каждого импульса оставалось соnst, т.е.
Е=Рпикτи=соnst
При выполнении этого условия требуемая помехозащищенность будет сохраняться. Вместе с тем увеличение Рпик при укорочении и сильно усложняет передатчик.
Следующим недостатком РРС с ВРК является низкая эффективность использования полосы частот, занимаемой одним стволом.
Связано это с тем, что в системе РРС с ФИМ-АМ стремятся получить крутые фронты огибающей радиоимпульсов, для уменьшения соседними каналами и ослабления воздействия шумов.
В предельном случае, это прямоугольные импульсы. Для них как известно, интенсивность составляющих спектра спадает с увеличением расстройки Δf весьма медленно, пропорционально 1/Δf. При этом подавление внеполосных составляющих осуществляется СВЧ фильтрами. В результате полоса сигнала на выходе передатчика, оказывается значительно шире полосы пропускания приемника, т.к. в приемнике фильтрация осуществляется по промежуточной частоте.
Например. При оптимальном приеме импульса длительностью и необходима полоса
Пр=1/τи или τи=0,35 мкс, Ппр=2,8 МГц.
В то же время в стволе ВРК, имеющиеся на выходе передатчика внеполосные составляющие не позволяют частотный интервал между стволами выбирать менее 30-40 МГц, т.е. на канал тратится около 1 МГц. В ЧРК - 15÷20 кГц. Этот недостаток можно преодолеть если перейти к цифровым методам модуляции.
|
