1.4.2. Особливості цифрових каналів зв’язку

Сьогодні в системах зв’язку разом з аналоговою модуляцією використовують більш прогресивні імпульсні методи модуляції, зокрема амплітудно-імпульсну модуляцію (АІМ). Імпульсні методи модуляції дозволяють поліпшити енергетичні характеристики процесу в цілому, бо тривалість випромінюваного імпульсу може бути мала в порівнянні з періодом несучої. Для передавання аналогового сигналу по каналах зв’язку методами імпульсної модуляції використовують процеси дискретизації та квантування.

Дискретизація передаваного аналогового сигналу, являє собою формування послідовності вибірок (вибіркових значень) аналогового сигналу, які беруться з частотою дискретизації . Ця частота вибирається, виходячи з умови можливості відновлення аналогового сигналу без спотворень аналогового сигналу за допомогою фільтра нижніх частот. Для сигналів з обмеженим спектром, до якого належить сигнал стандартного телефонного каналу, що має частоту зрізу 4 кГц, застосовується теорема Котельнікова-Шенона, або Котельнікова-Найквіста, або Шенона, згідно з якою . Тоді для стандартного телефонного каналу частота дискретизації складає 8 кГц. Отже вибірки (вибіркові значення) аналогового сигналу формуються з періодом дискретизації 125 мкс).

Квантування амплітуд імпульсних вибірок – процес визначення для кожної вибірки еквівалентного їй чисельного (цифрового) значення.

Вказані дві операції (дискретизація та квантування) визначають процеси, які здійснюються при імпульсно-кодовій модуляції (ІКМ) і забезпечують перехід від аналогового представлення мовного сигналу до цифрового.

ІКМ, яка відома з 1938 року, але вперше реалізована лише в 1962 році, дозволяє створювати цифрові системи телефонії, що мають порівняно з аналоговою телефонією такі переваги:

• ліквідується суттєве затухання сигналу та його зміни як впродовж сеансу, так і від сеансу до сеансу;

• практично ліквідуються сторонні шуми;

• поліпшується розбірність мови та підвищується динамічний діапазон передавання.

1.5. Параметри цифрової системи зв’язку

Цифрові системи зв’язку описуються сукупністю параметрів, які можна поділити на зовнішні та внутрішні.

Зовнішні параметри задаються множиною параметрів та описують систему цифрового зв’язку з погляду замовника або споживача.

Внутрішні параметри задаються множиною параметрів і описують систему цифрового зв’язку з точки зору розробника. При проектуванні систем цифрового зв’язку на обидва типи параметрів накладаються певні обмеження, які формуються, виходячи з вимог технічного завдання або з області допустимих значень. Математично ці обмеження можна задати у вигляді:

. (1.5.1)

Множина зовнішніх параметрів поділяється на три основні підмножини параметрів: інформаційних, техніко-експлуатаційних, техніко-економічних.

Інформаційні параметри характеризують процес передавання цифрових даних по системі зв’язку. До цих параметрів належать правильність, швидкість і час передавання інформації. Зазначені параметри визначаються з порівняння вхідних ( ) і вихідних ( ) сигналів (символів). Наприклад, правильність передавання сигналу визначається ймовірністю повного збігу прийнятого символу з переданим, тобто .

Для врахування часової затримки прийому інформації вводять параметр , що має назву часу затримки. Затримка прийому визначається інтервалом часу між моментами видачі повідомлення джерелом і моментом реєстрації цього повідомлення одержувачем. Тоді

. (1.5.2)

Техніко-експлуатаційні параметри характеризують фізичний процес експлуатації системи зв’язку. До них належать такі параметри як середній час безвідмовної роботи, температурний діапазон роботи, механічні характеристики тощо.

Техніко-економічні параметри характеризують систему зв’язку з погляду як повної вартості, так і питомої вартості зв’язку і обладнання. До цих параметрів відносять вартість, габаритні розміри, масу. Для оцінки вартості системи зазвичай використовують вартість передавання 1 біта інформації, яка повністю визначається вартістю витрат за рік на систему зв’язку і складається з капітальних витрат на виготовлення апаратури та її експлуатацію.

До внутрішніх параметрів системи зв’язку належать, наприклад, характеристики елементної бази, характеристики завад і складність системи. Розрізняють алгоритмічну та структурну складності системи.

Алгоритмічну складність системи можна оцінити кількістю логічних і арифметичних операцій та інформаційним об’ємом пам’яті, що необхідна для забезпечення перетворень.

Структурна складність системи визначається кількістю базових вузлів, необхідних для побудови надійно функціонуючої системи. Складність базового вузла вважається рівною одиниці. Базовими можуть вважатися вузли, виробництво яких освоєне промисловістю (наприклад, різного типу інтегральні мікросхеми).

Зовнішні та внутрішні характеристики цифрових систем зв’язку пов’язані певними залежностями. У загальному випадку кожний із зовнішніх параметрів системи може бути представлений у вигляді функції його внутрішніх параметрів:

. (1.5.3)

Ця система рівнянь має назву рівнянь зв’язку й задає математичну модель проектованої цифрової системи зв’язку.

При оцінці роботи цифрової системи зв’язку необхідно, насамперед, врахувати, яку точність передавання повідомлень забезпечує система при даній швидкості передавання інформації, що й визначає якість передавання.

Найбільш загальним показником цифрового зв’язку є інформаційна ефективність , яка визначається як відношення швидкості передавання інформації до пропускної спроможності каналу:

, (1.54)

де під пропускною спроможністю каналу розуміють максимально можливу (граничну) швидкість передавання. Інформаційна ефективність характеризує ступінь використання каналу. Зауважимо, що такі показники, як вартість передавання 1 біт інформації та інформаційна ефективність тісно пов’язані між собою.