книги из ГПНТБ / Гуревич В.Э. Импульсно-кодовая модуляция в многоканальной телефонной связи

В . Э . Г У Р Е В И Ч Ю . Г . Л О П У Ш Н Я Н

Г . В . Р А Б И Н О В И Ч

] / ^ М Г Г у 7 \ Ь С Ж >

родовая

]\/[одудяция

в многоканальной телефонной связи

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «СВЯЗЬ» МОСКВА, 1973

3

годы .после второй мировой войны была построена опытная 96-ка- нальная линия с ИКМ |[2], настоящее развитие импульсно-кодовые •методы передачи получили лишь 'начиная с 1956 г., после изобре­ тения транзистора (1948 г.) и разработки первого поколения элек­ тронных цифровых вычислительных машин. Уже в 1962 г. аппара­

по внедрению ИКМ, проводимых во многих странах мира, насчи­ тывается более миллиона действующих импульсно-кодовых теле­ фонных каналов; по некоторым оценкам в ближайшие десятиле­ тия импульсно-кодовые (цифровые) методы передачи и уплотне­ ния повсеместно будут преобладать над аналоговыми.

Дальнейшему развитию методов и аппаратуры импульсно-ко- довой 'модуляции способствуют, по крайней мере, три важнейших фактора: 1) пригодность ИКМ для использования на тех линиях связи, в которых передаваемые сигналы подвержены значительно­ му ослаблению, воздействию сильных помех и искажений различ­ ного характера; 2) особое «предрасположение» импульсно-кодовой аппаратуры, состоящей в основном из цифровых и импульсных элементов, к микроминиатюризации и построению ее на основе принципов интегральной микросхемотехники; 3) возможность ис­ пользования единых методов 'импульсно-кодавого уплотнения, пе­ редачи цифровой информации и коммутации каналов в террито­ риально разветвленной сети связи (возможность построения еди­ ной цифровой сети связи).

Основополагающее значение в деле привлечения специалистов по передаче информации к разработке цифровых и, в частности, импульсно-кодовых систем передачи непрерывных сообщений име­ ли известные теоретические работы В. А. Котельникова, К. Шен­ нона, А. А. Харкѳвича. Немаловажную роль в развитии методов анализа и синтеза цифровых систем связи сыграли монографии

5

Глава 1

ПРИНЦИПЫ ИМПУЛЬСНОКОДОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ТЕЛЕФОННЫХ СИГНАЛОВ

1.1. Многоканальные аналоговые и цифровые системы телефонной связи

Методы многоканальной передачи сигналов получили ши­ рокое распространение в технике телефонной связи. Суть этих ме­ тодов состоит в том, что сообщения от различных источников ин­ формации объединяются, образуя групповой сигнал, который передается по линии связи. В приемнике групповой сигнал разде­ ляется на индивидуальные, поступающие к получателям сооб­ щений.

В настоящее время в технике телефонной связи широко при­ меняется многоканальная аппаратура, основанная на разделении абонентских сигналов по частотному и временному признаку. При частотном разделении каждому каналу системы предоставляется определенный участок частотного диапазона (рис. 1.1), по ширине

Рис. Li. Принципы частотного (а) « временного (б) разделения каналов

равный полосе частот абонентского сигнала или превышающий ее. По линии связи все разнесенные по частоте абонентские сигналы передаются одновременно. Системы, использующие принцип одно­ временной передачи сигналов, занимающих неперекрывающиеся полосы частот, получили название систем частотного уплотнения, или систем с частотным делением каналов (системы ЧД).

7

В многоканальных системах с временным делением каналов (системы ВД) осуществляется поочередная передача сигналов по линии связи от различных источников сообщений. Полоса частот линейного тракта во время передачи сигналов каждого источника используется полностью.

Сообщения, для передачи которых предназначены системы свя­ зи, по своей структуре делятся на непрерывные и дискретные. К непрерывным относятся, например, речевые, музыкальные, фо­ тотелеграфные, телевизионные и некоторые другие сообщения. Сигналы, соответствующие непрерывным сообщениям, характери­ зуются бесчисленным и несчетным множеством своих возможных значений. В отличие от непрерывных, дискретными называют та­ кие сообщения, множество различных значений которых конечно или, по крайней мере, счетно. Примерами дискретных сообщений служат буквенные и цифровые тексты, данные телеконтроля, команды телеуправления и т. д.

Передача информации всегда осуществляется с помощью мо­ дуляции, т. е. путем управления одним или несколькими парамет­ рами переносчика информации в соответствии с передаваемым со­ общением. Переносчик информации может быть непрерывным во времени (например, гармонические колебания несущей частоты) или прерывистым (например, последовательность импульсов).

Если переносчик информации непрерывен во времени, а его модулируемый параметр также изменяется непрерывно в соответ­ ствии с характером передаваемого сообщения, то такой метод мо­ дуляции называют аналоговым, а системы передачи непрерывных сообщений — аналоговыми.

Если система передачи использует прерывистый переносчик ин­ формации (импульсную несущую), а его модулируемый параметр меняется непрерывно, то ее называют импульсно-аналоговой. На­ пример, в системах с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) амплитуда импульсов изменяется непрерывно в соответствии с из­ менением модулирующего воздействия. При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и фазо-импульсной модуляции (ФИМ) моду­

В последнее время для передачи непрерывных сообщений ши­ роко используют метод импущьсно-кодовой модуляции (ИКМ) . Речевые и другие непрерывные сигналы в аппаратуре с ИКМ пре­ образуются в дискретные. Во-первых, осуществляется дискрети­ зация сигналов по времени, т. е. непрерывный сигнал заменяется совокупностью его последовательных отсчетов (последовательно­ стью отсчетов). Во-вторых, непрерывное множество значений сиг­ нала заменяется дискретным множеством значений, разрешенных для передачи. Эта операция называется квантованием или дис­ кретизацией по уровню, а разрешенные значения сигнала — уров­ нями квантования. В-третьих, полученные уровни квантования ко­ дируются. Под кодированием понимается процесс преобразования

8

квантованных по уровню отсчетов сигнала в последовательность кодовых групп. Кодовая группа представляет собой совокупность импульсных посылок, выражающих некоторое число, например по­

Таким образом, в системах связи с ИКМ непрерывный сигнал ис­ точника информации для передачи по линии связи преобразуется в цифровую последовательность. На приемной станции производит­ ся обратное цифро-аналоговое преобразование сигналов (декоди­ рование). Систему связи с ИКМ можно назвать цифровой систе­ мой передачи непрерывных сообщений.

Важнейшим преимуществом цифровых систем передачи являет­ ся их высокая помехоустойчивость, связанная с цифровым пред­

ливающих сигнал) трансляций вдоль линий связи. Регенерация

использования существующих линий связи без предъявления к их электрическим характеристикам таких жестких требований, какие необходимы для работы аналоговых систем.

В системах с ИКМ, как и в других системах связи, возможно использование различных способов разделения канальных сигна­ лов. Наибольшее развитие на практике получили системы ВД-ИКМ и ЧД-ИКМ. В системах ВД-ИКМ операциям дискрети­ зации по времени, квантования по уровню и кодирования подвер­ гаются поочередно сигналы каждого из каналов. Кодовые группы отдельных каналов также передаются поочередно, в разные про­ межутки времени. В системах ЧД-ИКМ операциям дискретизации, квантования и кодирования подвергается групповой телефонный сигнал, сформированный из канальных сигналов по принципу ча­ стотного уплотнения. Кодовые труппы в этом случае следуют так­

Цифровые сигналы систем с ИКМ могут передаваться по про­ водным линиям связи непосредственно в видеоопектре. Для пере­ дачи этих сигналов по радиолиниям предусматривается вторая ступень модуляции, например амплитудная модуляция (системы ВД-ИКМ-АМ или ЧД-ИКМ-AM), частотная, относительная фазо­ вая модуляция и т. д. Радиосигналы различных систем, в свою очередь, могут объединяться по принципам частотного или вре­ менного уплотнения. Так, в современных спутниковых сетях связи с многостанционным доступом [19, 20] предусматривается имлульс-

9