Скалин Цифровые системы передач

Упрощенная структурная схема кодека с мгновенным компандированием по структуре цифрового потока показана на рис. 2.17.

Схема содержит классический дельта-модулятор, к которому дополнительно подключены амплитудно-импульсный модулятор и импульсный преобразователь ИП. Импульсный преобразователь в зависимости от характеристик двоичной последовательности изменяет величину приращений аппроксимирующего напряжения, для чего используется модулятор. Главным достоинством данного типа мгновенного компандирования является возможность реализации аппаратуры на современных элементах счетной техники, что обеспечивает точное соответствие характеристик компрессии на стороне передачи и экспандирования на стороне приема.

Рис. 2.18. Временные диаграммы работы кодека

Принцип работы такой схемы можно пояснить с помощью временных диаграмм (рис. 2.18). Импульсный преобразователь анализирует плотность единиц и при комбинациях вида 111 или —1—1 — 1 на его выходе возникает импульс, который увеличивает амплитуду импульса на выходе модулятора в

2 раза, при этом шаг квантования на выходе интегратора возрастает также в 2

раза.

Дельта-декодер работает точно таким же образом, но дополнительно включает в себя схему синхронизации СС и формирователь импульсов ФИ.

Использование компандирования позволяет снизить тактовую частоту цифрового потока по сравнению с классической ДМ почти в 4 раза и довести ее до 48 кГц для одного канала ТЧ.

Основным преимуществом ДМ в сравнении с ИКМ является ее большая помехоустойчивость, связанная с тем, что она менее чувствительна к ошибкам в цифровом сигнале, чем ИКМ. Величина ошибки при ИКМ зависит от разряда неправильно принятого символа кодовой группы. При 7-

разрядной группе ошибка в старшем разряде кодовой группы приводит к ошибочному восстановлению амплитуды отсчета, величина которой Д£/ош=26А = 64Д, т. е. половине максимального отсчета сигнала. При ДМ ошибочный прием символов цифрового потока всегда приводит к ошибке в один шаг квантования.

В ЦСП неправильный прием символов кодовой группы оценивают вероятностью ошибочного приема

Рош = (Рпер—Рпр)/рпер,

где рпер — число переданных импульсов за определенный промежуток времени; рпр — число принятых импульсов за то же время.

Пример. За / = 100 с было передано 106 импульсов, а принято 999000.

Вероятность ошибочного приема

р0 ш = (1000000—999000) /10* = 103/106 = 10-3.

При передаче телефонных сообщений с помощью ДМ качество передачи будет вполне удовлетворительным, если рош дм = 1О-3, в то время как при ИКМ вероятность ошибочного приема должна быть рош икм = Ю"5.

В настоящее время известно несколько десятков видов дельта-

модуляции. Наиболее перспективными областями ее применения считаются:

абонентские телефонные сети в сочетании их с электронными системами коммутации; радиорелейные, тропосферные и кабельные линии связи;

спутниковые системы связи; системы коммутации, телеуправления и промышленного телевидения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как получается цифровой сигнал при ИКМ?

2.Зачем нужно квантование по уровню?

40

3.В чем недостаток равномерного квантования?

4.Для чего используются компандермые устройства в системах с

ИКМ?

5.В чем отличие симметричного кода от натурального?

6.От чего зависит значение тактовой частоты в системах с ИКМ?

7.В чем отличие ДИКМ от ИКМ?

8.Нарисуйте структурную схему ДИКМ.

9.В чем отличие ДМ от ИКМ?

10.Из-за чего возникает перегрузка по крутизне в ДМ?

11.Поясните принцип работы декодера при ДМ.

12.Поясните принцип работы дельта-кодека с инерционным компандированием.

13.Поясните принцип работы дельта-кодека с мгновенным компандированием.

Глава 3 АППАРАТУРА ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ ИКМ-ВРК

3.1 ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ ИКМ-

ВРК И ВРЕМЕННОГО ЦИКЛА ПЕРЕДАЧИ

Принцип построения систем передачи с ИКМ показан на рис. 3.1.

Сообщения ui{t)., u2(t), un(t) от 1, 2.....п абонентов через ФНЧ поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы М,

функцию которых выполняют электронные ключи. С помощью модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов во времени. Сигналы с выходов модуляторов объединяются в групповой АИМ сигнал (Гр.

АИМпеР). Управляют работой модуляторов канальные импульсы KHi—КИ„,

поступающие от генераторного оборудования передачи ГОпер. Указанные импульсы подаются на модуляторы каналов поочередно (первый, второй и т.

д.), что и обеспечивает правильное формирование группового АИМ сигнала.

Длительность каждого КИ составляет примерно 125/2я мкс, что й определяет длительность одного отсчета АИМ импульса канала; период следования КИ

125 мкс. Групповой АИМ сигнал поступает на кодирующее устройство —-

кодер, который одновременно осуществляет операции квантования по уровню и кодирования.

Сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами АТС, поступают в передатчик Пер. СУВ, где они дискретизируются импульсными последовательностями, следующими от ГОпер, и объединяются. В результате формируется групповой сигнал передачи Гр. СУВ.

Рис. 3.1. Принцип построения систем передачи с ИКМ

В устройстве объединения УО кодовые группы каналов с выхода кодера, кодированные сигналы СУВ и кодовая группа синхросигнала от передатчика синхросигнала Пер. СС объединяются, образуя циклы и сверхциклы. Соответствующими управляющими импульсами от ГОпер в УО обеспечивается правильный порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи. Поясним построение временной диаграммы цикла и сверхцикла, показанных на рис. 3.2, более подробно.

Циклы, Ць Ц2) Цй, каждый длительностью 125 мкс, объединяются в сверхциклы, следующие друг за другом. Каждый цикл состоит из канальных интервалов КИЬ КИ2, КИ„, куда входят и дополнительные канальные интервалы, необходимые для передачи синхросигнала СС цикловой синхронизации, каналов СУВ и других вспомогательных сигналов. На рис.

3.2 эти КИ выделены соответствующими обозначениями.

Каждый КИ представляет собой m-разрядную кодовую группу, в

разрядах Рь Р2, Рт которой передается закодированная информация соответствующего канала, а в дополнительных КИ — кодовые группы синхросигнала и СУВ. Обычно за один цикл передаются СУВ одного или двух каналов. Таким образом, для передачи СУВ всех п каналов потребуется соответственно п или л/2 циклов, объединенных в сверхцикл. Такое объединение циклов в сверхцикл необходимо для организации нужного числа каналов передачи СУВ и правильного распределения этих сигналов на

приеме. В первом цикле сверхцикла передается синхросигнал сверхцикловой синхронизации, а СУВ не передаются. Таким образом, число циклов в сверхцикле на один больше, чем требуется для передачи СУВ всех каналов.

Рис. 3.2. Временная диаграмма цикла и сверхцикла

Скорость передачи группового и ИКМ сигнала определяется тактовой частотой системы: fT = mnfR, где т — разрядность кодовой группы; п —

число каналов в системе, включая канальные интервалы для передачи СУВ,

СС и других служебных сигналов; /д — частота дискретизации канала ТЧ.

Так, для системы передачи ИКМ-30, где используется 8-разрядный код, 32

канальных интервала, /д = 8 кГц, fT = 8-32-8 = 2048 кГц. Необходимая скорость и последовательность работы передающих устройств системы пе-

редачи обеспечиваются задающим генератором ЗГ и устройствами Сформированный ИКМ сигнал представляет собой набор

однополярных двоичных символов, импульсы которых всегда имеют только одну, например положительную, полярность. При передаче по линии такой сигнал подвержен значительным искажениям и затуханию. Поэтому перед передачей в линию однополярной ИКМ сигнал преобразуется в биполярный сигнал, удобный для передачи по линейному тракту. Это происходит в преобразователе кода передачи ПКпер. Более подробно построение и работа линейного тракта ЦСП будут рассмотрены в гл. 4.

В процессе передачи по линии связи ИКМ сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) линейными регенераторами РЛ. На

приемной станции ИКМ сигнал восстанавливается станционным регенератором РС.

Процесс обработки сигналов на приемной станции происходит в обратном порядке. С выхода РС в преобразователе кода приема ПКпр сигнал из биполярного вновь преобразуется в однополярный. Устройство выделения тактовой частоты ВТЧ выделяет из этого сигнала тактовую частоту, которая используется для работы ГОпР-Этим обеспечивается синхронная и синфазная работа ГО передающей и приемной оконечных станций. Правильное декодирование и распределение сигналов по своим телефонным каналам и каналам передачи СУВ обеспечивается приемником синхросигналов Пр.СС.

Устройство разделения УР разделяет кодовые группы телефонных каналов и каналов СУВ. Приемник групповых сигналов управления и взаимодействия Пр. СУВ, управляемый импульсными последовательностями СУВ,

поступающих с ГОпр, распределяет СУВ по своим каналам, а декодер преобразует групповой ИКМ сигнал в групповой АИМ сигнал.

Последовательности канальных импульсов КИь..КИ„ поочередно открывают временные селекторы ВС каналов, обеспечивая выделение отсчетов своего канала из группового АИМ сигнала. Восстановление исходного

(непрерывного) сигнала из последовательности его АИМ отсчетов производится с помощью ФНЧ.

Рассмотренная структурная схема поясняет принцип передачи сигналов в одном направлении. Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично.

3.2 АМПЛИТУДНО-ИМПУЛЬСНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ И ВРЕМЕННЫЕ СЕЛЕКТОРЫ

Амплитудно-импульсные модуляторы ЦСП осуществляют дискретизацию аналоговых сигналов в тракте передачи. Временные селекторы ВС распределяют на приеме импульсы группового АИМ сигнала

по входам трактов низкочастотных окончаний каналов (НКО). В качестве таких устройств применяются быстродействующие электронные ключи,

управляемые импульсным напряжением, называемым импульсной несущей.

Параметры модуляторов и временных селекторов во многом определяют параметры каналов и оказывают большое влияние на уровень шумов.

Проникновение импульсного управляющего напряжения или его остатка на выход модулятора приводит к смещению произвольным образом амплитуды импульса АИМ сигнала на входе кодера и увеличению погрешности при выполнении операций квантования и кодирования, что вызывает возрастание шумов в канале. Увеличению шумов в канале способствует также проникновение с временного селектора на вход ФНЧ тракта приема остатков управляющих импульсов. Мощность остатков управляющих импульсов не должна превышать 0,001 пикового значения мощности сигнала. Это достигается применением балансных схем модуляторов и ВС. Требования к балансировке ВС могут быть несколько снижены, так как затухание ФНЧ-3,4 в тракте приема на частоте 8 кГц достаточно велико.

К амплитудно-импульсным модуляторам и временным селекторам предъявляют весьма высокие требования по быстродействию и линейности амплитудной характеристики в широком диапазоне частот входных сигналов. От их быстродействия зависит уровень переходной помехи между каналами, а от линейности амплитудной характеристики — нелинейных искажений.

Если учесть, что к модуляторам и временным селекторам предъявляются практически одинаковые требования, становится понятным,

что они не отличаются по схемной реализации.

В качестве электронного ключа можно использовать диодный мост.

Такой диодный мост из VDi...VD4 изображен на рис. 3.3, где дана и его эквивалентная схема. Управляет работой диодов напряжение импульсной несущей £/„ес. Эта схема является одной из разновидностей балансных схем

модуляторов. Она более удобна для применения, так как не требует дифференциальных трансформаторов. Для обеспечения баланса моста, что исключает проникновение на выход схемы ключа остатков управляющего напряжения, необходим подбор диодов по параметрам. На практике используются интегральные сборки, в которых диоды выполнены на одном кристалле и обладают практически одинаковыми параметрами.

Рис. 3.3. Последовательно-балансная схема модулятора (а) и ее эквивалентная схема (б)

Рассмотрим другие схемы модуляторов. На рис. 3.4, а представлена схема несбалансированного ключа, собранного на транзисторе. При отсутствии управляющего напряжения Uy транзистор VT закрыт и на входном сопротивлении нагрузки модулятора RH отсутствует ток сигнала /с.

Появление положительного управляющего напряжения приводит к снижению внутреннего сопротивления транзистора, и в нагрузке появляется ток, вызванный напряжением Uc. В то же время напряжение Uy, приложенное к базе VT, приводит к появлению в эмиттерной цепи и нагрузке тока импульной несущей /у значительной величины.

Этот недостаток устраняется использованием схемы сбалансированного ключа (рис. 3.4,6). Управляющее импульсное напряжение С/у поступает одновременно на базы VTt и VT2, при этом токи эмиттерных цепей /у] и /у2 в нагрузке противофазны. Таким образом, в случае идентичности параметров транзисторов суммарный ток импульсной несущей будет равен нулю. Практически же из-за отличия параметров VTi и VT2

удается добиться лишь частичного подавления импульсной несущей.

Наилучшие результаты достигаются при единой технологии изготовления

VTj и VT2 на одном кристалле микросхемы. Поэтому в типовой аппаратуре в качестве активных элементов модуляторов и временных селекторов чаще всего используют интегральные транзисторные сборки

Рис 3.4. Принципиальные схемы ключей на транзисторах

.

Сопротивление ключа в открытом состоянии определяется управляющим током базы /б.у и имеет ярко выраженный минимум. Поэтому резисторами R) и R2 (или R3) подбирается такой ток базы, чтобы обеспечить минимально возможное затухание ключа.

Как отмечалось ранее, для выполнения последующих операций квантования и кодирования необходимо преобразовать сигнал АИМ-1 в

АИМ-2, при этом длительность последнего должна быть достаточной для проведения этих операций. В ЦСП наибольшее распространение получила схема, где сигналы АИМ-1 всех каналов объединяются в групповой сигнал АИМ-1, и преобразование сигналов АИМ-1 в АИМ-2 происходит в групповом тракте. Структурная схема преобразования сигналов АИМ-1 в

АИМ-2 в групповом тракте приведена на рис. 3.5, а.

Схема содержит электронные ключи, накопительный конденсатор и операционные усилители. Ключи на входе являются амплитудно-

импульсными модуляторами каналов и включаются поочередно, их число равно числу каналов. Ключ Кл2 работает одновременно с Кл1 и подключает