Цифровые системы передачи

Классификация цифровых систем передачи

Цифровые системы передач классифицируются по следующим признакам:

1. По месту цифровой системы передач в структуре связи различают цифровые системы передач для технологических, местных первичных, магистральных первичных, внутризоновых первичных сетей.
2. По принципам разделения каналов различают цифровые системы передач с частотным и временны разделением каналов.
3. В зависимости от среды распространения сигналов различают цифровые системы передачи сигналов по радиорелейным и спутниковым линиям, а также по коаксиальным, электрическим и волоконно-оптическим кабелям.
4. По способам формирования канальных сигналов различают цифровые системы передач на основе дельта-модуляции, а также с амплитудно-частотной, дифференциальной импульсно-кодовой, широтно-импульсной, импульсно-кодовой (с временным или частотным разделением) модуляцией.
5. По способу объединения цифровых потоков с целью формирования каналов различают цифровые системы передачи с синхронным и асинхронным объединением.

Преобразование сигналов в цифровых системах передачи

В цифровых системах передачи преобразование сигнала осуществляется в три этапа:

1. Дискретизация сигналов.
2. Аналого-цифровое преобразование.
3. Кодирование.

При дискретизации сигнала по времени передается не весь сигнал, а только его амплитудные значения, которые берутся через определенные промежутки времени - периоды дискретизации. Пример изображения периода дискретизации на функции изображен на рисунке ниже.

Рисунок 1. Пример изображения периода дискретизации на функции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Сигнал, в котором содержатся мгновенные значения амплитуды исходного сигнала через одинаковые интервалы времени, называется амплитудно-импульсным сигналом

Рисунок 2. Амплитудно-импульсный сигнал. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Данный вид сигналов может принадлежать к одному из двух родов - первому или второму. В сигналах первого рода при отсчете амплитуда импульсов меняется согласно форме исходного сигнала. В сигналах второго рода амплитуда импульса постоянна и равняется значению исходного сигнала в момент отсчета.

Для выделения исходного сигнала из амплитудно-импульсно модулированного сигнала период дискретизации должен удовлетворять условию теоремы Котельникова:

$Тд ≤ 1 / 2fmax$

где, Тд - период дискретизации; fmax - верхняя (максимальная) частота в спектре исходного сигнала.

Если данное условие соблюдается, то демодуляция амплитудно-импульсно модулированного сигнала может быть осуществлена при помощи фильтра нижних частот.

Амплитудно-импульсно модулированный сигнал, который получается после дискретизации, является аналоговым, так как его амплитуда импульсов меняется в соответствии с амплитудой непрерывного сигнала, который может принимать бесконечное множество значений. Для его преобразования в цифровой производится квантование по уровню мощности и последующее кодирование.

При квантовании диапазон всех возможных значений исходного сигнала делится на уровни, а отрезки между ними называются шагами квантования. В зависимости от того, как меняется шаг квантования процесс квантования может быть равномерным (шаг квантования не изменяется) и неравномерным (шаг квантования меняется в зависимости от амплитуды сигнала).

После процессов дискретизации и преобразования полученный групповой квантованный сигнал подвергается кодированию. При данном процессе каждому уровню квантования присваивается номер, значение которого отображается в двоичной системе. После этого в тракт передаются кодовые группы импульсов, которые соответствуют уровню квантования.

Для осуществления кодирования в цифровых системах передачи используются специальные устройства - кодеры (на передающей станции) и декодеры (на приемной станции). Звуковые сигналы вещания и телефонные сигналы являются биполярными, поэтому при их дискретизации получают последовательные биполярные импульсы. При кодировании системах связи могут использоваться симметричный и натуральный двоичный код.

При кодировании натуральным кодом минимально возможной амплитуде отсчетов с отрицательным знаком присваивается значение нулевого уровня, а номера уровней, которые возрастают присваиваются следующим через шаг квантования отсчетам, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 3. Квантование. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Число уровней квантования при натуральном кодировании определяется по формуле:

Lнат = ((2|Uогр|) / А) + 1

где, Uогр - напряжение органичения; A - шаг квантования.

При симметричном квантовании отсчет шагов квантования начинается от нулевого значения сигнала в сторону положительных и отрицательных значений его амплитуд, как на рисунке ниже

Рисунок 4. Квантование. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Формула для расчета уровней квантования при симметричном кодировании выглядит следующим образом.

$Lсим = Uогр /А$