Остаточное затухание. В зависимости от точки измерения может иметь значения -17 дБ;
+7 дБ в зависимости от мест измерения и должно быть установлено с точностью 0,5 дБ на f=800 Гц.
2. Амплитудная характеристика (АХ). Определяется в основном амплитудной характеристикой квантующих устройств АЦП и ЦАП. Имеющих ступенчатый (нелинейный характер). АХ – зависимость приращения остаточного затухания от уровня на входе канала.
Эта характеристика измеряется в диапазоне входных уровней -55…+3 дБ с частотой
700…1100 Гц и должна укладываться в шаблон (рис. 1.1).
дБ
а
ост
,
5
3
5
-55 -50 -40 +3
Рвх, дБм
Рисунок 1.1 Шаблон амплитудной характеристики КТЧ
Появляющиеся в результате нелинейности амплитудной характеристики для ТПСС шумы квантования требуют введения параметра: отношение сигнал/шум квантования
(защищенность от шумов квантования). Защищенность от шумов квантования (А
з В
) зависит от уровня сигнала. Шаблон очерчивает нижнюю границу диапазона изменений А
з В
(рис.
1.2). Реальная величина должна быть больше. Измеряется на частотах 700…1100 Гц.
13
ОСШ, дБ
30
20
10
-10
-20
-30
-40
-50
р, дБ
33
27
22
0
Рисунок 1.2 Защищенность от шумов квантования КТЧ
3. Амплитудно-частотная характеристика. Зависимость приращения остаточного затухания на частоте, отличной от опорной частоты по отношению к остаточному затуханию на опорной частоте. Нормируется с помощью шаблона (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 Шаблон амплитудно-частотной характеристики КТЧ
4. Фазочастотная характеристика. Зависимость группового времени прохождения сигнала от частоты. Тоже нормируется с помощью шаблона (рис. 1.4).
5. Уровень внятных переходов между каналами ТЧ одной системы передачи на частотах
700…1100 Гц не должен превышать -65 дБм.
6. Формирование ЦСП различных уровней иерархии происходит путем объединения цифровых потоков систем передачи более низкого уровня. Точки соединения аппаратуры 2-х смежных ступеней иерархии называют цифровыми стыками. Параметры цифровых
сигналов в стыках стандартизированы:
- скорость передачи в стыке;
- тип стыкового кода;
- параметры элементов цифрового стыка;
- затухание соединительной линии стыка. Таким образом, стандартизируют параметры первичных, вторичных, третичных стыков цифровых потоков.
1 2 3 f, кГц
а, дБ
2,0
1,0
0,5
-0,5
14
Рисунок 1.4 Шаблон фазочастотнойхарактеристики КТЧ
7. Форма импульсов цифрового сигнала номинально прямоугольна и должна укладываться в шаблон.
Обобщенная схема транспортных проводных систем связи.
Обобщенная схема транспортной проводной системы связи (ТПСС) показана на рис.1.5
КОО
ОС
ОПер
ОР
КОО
ОС
ОПр
1 2
N
1 2
N
ОВ
ОВ
А
Б
Промежуточная станция
ОЛТ
Рисунок 1.5. Принцип организации волоконно-оптической связи
На передающей станции А (рис. 1.5) первичные сигналы в электрической форме поступают на каналообразующего оборудования (КОО), с выхода которой групповой сигнал подается в оборудование сопряжения (ОС). В ОС электрический сигнал преобразуется в форму, целесообразную для передачи по волоконно-оптическому линейному тракту.
Оптический передатчик (ОПер) преобразует электрический сигнал с помощью модуляции оптической несущей в оптический сигнал. при распространении последнего по оптическому волокну (ОВ) происходят его ослабление и искажение. Для увеличения дальности связи через определенное расстояние, называемое участком ретрансляции, устанавливаются промежуточные обслуживаемые и необслуживаемые станции (оптические ретрансляторы –
ОР), где осуществляются коррекция искажений и компенсация затухания.
Аппаратура КОО содержит индивидуальное и групповое оборудование.
0,6 1,0 2,0 2,6 3,0 f, кГц
ГВП, мс
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
15
Индивидуальное оборудование служит для дискретизации передаваемых аналоговых сигналов на передаче и выделения спектра этих сигналов из спектра их отсчетных значений на приемном конце.
Групповое оборудование предназначено для кодирования группового сигнала, передачи сигналов в цифровом виде и декодировании группового цифрового потока в тракте приема (рис.1.5).
На промежуточных станциях главным образом по техническим причинам целесообразно производить обработку (усиление, коррекцию, регенерацию и т.д.) электрического сигнала. Поэтому промежуточные станции ВОСП строятся с преобразованием на входе оптического сигнала в электрический сигнал и обратным преобразованием на выходе. В настоящее время возможно построение чисто оптических ретрансляторов на основе оптических квантовых усилителей и регенераторов. На приемной оконечной станции Б осуществляется обратное преобразование оптического сигнала в электрический.
Для модуляции оптической несущей информационным сигналом можно использовать частотную модуляцию, фазовую, амплитудную, модуляцию по интенсивности
(МИ), поляризационную модуляцию (ПМ) и др. В подавляющем большинстве случаев применяется модуляция по интенсивности оптического излучения. При фиксированных пространственных координатах мгновенное значение электрического поля монохроматического оптического излучения можно записать в виде:
E(t)=Eмcos(ω0t+φ0), где
Eм – амплитуда поля;
ω0 и
φ0 – соответственно частота и фаза оптической несущей. Тогда мгновенное значение интенсивности равно:
Pмг= E2(t)=Eм2cos2(ω0t+φ0), а усреднение по периоду
T0=2π/ω0 дает величину
P=
0,5Eм2, которая называется средней интенсивностью или мощностью. При МИ именно величина
Р изменяется в соответствии с модулирующим сигналом
с(t). Обладая волновой природой, оптическое излучение в то же время дискретно. Оно излучается и поглощается только в виде дискретных квантов
(фотонов) с энергией
hf0, где
h—постоянная Планка. Поэтому мощность оптического излучения
Р можно характеризовать интенсивностью (количеством в единицу времени) потока фотонов J
=Р/hf0. Следовательно, при модуляции интенсивности
J(t) с(t).
Применение МИ объясняется тем, что этот вид модуляции в широком диапазоне частот выполняется для используемых в оптических передатчиках полупроводниковых источников излучения (светодиодов, лазерных диодов) простыми техническими средствами.
Для управления интенсивностью излучения полупроводникового источника достаточно изменять ток инжекции (накачки) в соответствии с модулирующим сигналом. Это легко обеспечивается электронной схемой возбуждения в виде усилителя тока. Модуляция по интенсивности оптического излучения приводит и к простым решениям обратного преобразования оптического сигнала в электрический сигнал. Действительно, фотодетектор, входящий в состав фотоприемника, является квадратичным прибором, выходной, ток которого пропорционален
квадрату амплитуды оптического поля, т. е. мощности падающего на фоточувствительную поверхность оптического сигнала.
Рассмотренный принцип приема оптического сигнала относится к методу прямого фотодетектирования (некогерентный, энергетический прием). Другим методом приема является метод фотосмещения (когерентный, гетеродинный и гомодинный прием),
Выводы. 1. Одной из основных составляющих построения сетей связи являются ТПСС. 2. В настоящее время цифровые системы передачи подразделяются на АЦИ и СЦИ.
16
3. Основой построения ТПСС является основной цифровой канал (ОЦТ).
4. Основной цифровой канал (ОЦТ) отвечает требованиям МЭС-Т (все
характеристики строго нормируются
5. Любую систему передачи можно представить в виде трех основных
частей:
a. - каналообразующего оборудования (КОО);
b. -оборудования сопряжения (ОС);
c. -оборудования линейного тракта (ОЛТ).
6. Каждая часть оборудования выполняет строго свои функции в тракте
передачи и приема.
Контрольные вопросы.
1. Назначение КОО?
2. Назначение ОС?
3. Назначение ОЛТ?
4. Что такое модуляция по интенсивности оптического излучения?
1. Перечислите основные достоинства оптических кабелей связи.
2. Назовите основные достоинства цифровых систем передачи.
3. Как подразделяются ОЦТС?
4. Что такое основной цифровой канал?
5. Назовите основные характеристики ОЦК.
6. С какой целью снимаются характеристики ОЦК?
17
Лекция 2. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов (6
часа)
Введение.
Рассматриваются основные алгоритмы и методы цифровой обработки
сигналов, применяемых в оптических цифровых телекоммутационных
системах. Последовательно излагается материал по преобразованию
аналогового сигнала в сигнал с импульсно – кодовой модуляцией. Также
рассматривается вопрос о восстановлении аналогового сигнала на
приемном конце ТПСС
Раздел 2.1. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов
Преобразование сигналов в ТПСС
(алгоритмы и методы). Аналоговый сигнал, поступающий на вход канала связи
ТПСС
посредством операций дискретизации по времени, квантования по уровню и кодирования преобразуется в цифровой сигнал.
1. Дискретизация по времени.
При дискретизации непрерывного сигнала по времени передается не весь сигнал, а его амплитудные значения, взятые через промежутки времени, называемые периодом дискретизации.
U
с(t)
t
U
аим(t)
t
G(f)
G(f)
fmin fmax f д-fmax fд f, кГц
Рисунок 2.1 Дискретизации непрерывного сигнала по времени и его спектр
Причем, период дискретизации выбран таким образом, что передаваемый дискретными отсчетами сигнал мог быть восстановлен практически без искажения.
Частотный спектр последовательности отсчетов U
аим
содержит:
1. Модулирующий сигнал.
2. Частоту дискретизации и ее гармоники.
3. Боковые полосы частот около частоты дискретизации и е гармоник.
Если спектр исходного сигнала ограничен частотой f
max
, то демодуляция АИМ сигнала возможна с помощью фильтра нижних частот, который выделяет только низкочастотную составляющую спектра. Этот фильтр должен иметь частоту среза f
ср
=f
max
18
Выделить исходный сигнал возможно лишь в том случае, если выполняется условие теоремы
Котельникова
fд.=2
fmax – это условие можно применить лишь для фильтров с идеальной характеристикой (рис. 2.2).
Для фильтров с реальной характеристикой и имеющих полосу расфильтровки:
fд.
2
fmaxОбычно
fд.=(2,3…2,4)
fmaxG(f)
f, кГц
G(f)
f, кГц
Рисунок 2.2 Восстановление непрерывного сигнала в тракте приема
Если дискретизации подвергается сигнал со спектром 0,3…3,4 кГц, то
fд=8 кГц.
Полоса расфильтровки такого фильтра f р
=1,2 кГц, что снижает требования к крутизне нарастания затухания ФНЧ. Следовательно, стандартная частота дискретизации сигналов тональной частоты ЦМТС
fд.=2
fmax, отсюда
Тд=1/fд=125 мкс.
2. Аналого-цифровое преобразование.
Полученные в результате дискретизации по времени АИМ сигнал является аналоговым, так как амплитуды отсчетов изменяются аналогично изменению амплитуды исходного сигнала. Так образом, амплитуды импульсов АИМ сигнала соответствуют амплитуде сигнала в момент отсчета, причем значений амплитуд может быть бесконечное множество. Искажения и шумы, возникающие в линейном тракте прежде всего изменяют амплитуды импульсов. На приемной
станции отличить полезный сигнал невозможно, так как все значения амплитуды являются разрешенными. Помехоустойчивость систем передачи, использующих АИМ очень низка.
Повышение помехозащищенности передачи информации возможно путем применения цифровых методов модуляции.
Аналого-цифровое преобразование может быть обеспечено импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) дифференциальной ИКМ (ДИКМ), дельта -модуляцией (ДМ).
ИКМ сигнал образуется из непрерывного в 3 этапа:
1. Дискретизация исходного сигнала по времени.
2. Квантование непрерывных отсчетов по уровню.
3. Кодирование квантованных отсчетов.
При квантовании по уровню диапазон возможных значений сигнала делится на отрезки, называемые
шагами квантования. Внутри каждого шага выбирают разрешенные значения сигнала –
уровни квантования (рис. 2.3) Амплитуда каждого отсчета U
аим
(t) округляется до значения ближайшего уровня квантования и отсчету присваивается значение величины разрешенного уровня U
кв
(t)/
Амплитуды квантованных импульсов отличаются от амплитуды отчетов, что приводит к искажению сигнала, а на приемном конце возникают помехи, которые называют
шумом квантования.
19
U
с(t), Uаим(t), Uкв(t)
0 1
2 3
4 5
6 7
8 9
10
t
)
(t
кв
t
2
2
Рисунок 2.3 Дискретизация исходного сигнала по времени и квантование непрерывных отсчетов по уровню
Ошибка квантования может быть определена как
)
(
)
(
)
(
t
U
t
U
t
кв
аим
кв
Максимальная ошибка квантования
2
/
max
кв
. Чем меньше шаг квантования, тем меньше ошибка квантования. Мощность шума квантования
12 2
шкв
Р
Выводы.
1. Аналоговый сигнал, поступающий на вход канала связи ЦМТС
посредством операций дискретизации по времени, квантования по
уровню и кодирования преобразуется в цифровой сигнал.
2. При квантовании по уровню диапазон возможных значений сигнала
делится на отрезки, называемые шагами квантования. Внутри
каждого шага выбирают разрешенные значения сигнала – уровни
квантования.
3. Амплитуды квантованных импульсов отличаются от амплитуды
отчетов, что приводит к искажению сигнала, а на приемном конце
возникают помехи, которые называют шумом квантования.
Контрольные вопросы.
1. Перечислите этапы преобразования аналогового сигнала в цифровой с
ИКМ.
2. Что такое шумы квантования?
3. От чего зависит число уровней квантования?
4. Как выбирается частота дискретизации?
5. Как восстанавливается непрерывный (аналоговый) сигнал в тракте
приема?
20
Лекция 3 Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов
Раздел 2.1. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов
(продолжение)
Неравномерное квантование (рис. 3.1). Качество передачи информации оценивают показатели помехозащищенности
шкв
с
зшкв
Р
Р
А
Из формулы следует, что если шум квантования величина постоянная, то с уменьшением уровня сигнала уменьшается помехозащищенность от шумов квантования.
С учетом, того что сигналы с меньшей интенсивностью появляются чаще, необходимо, чтобы шаг квантования слабых сигналов был меньше, т.е. квантование должно быть неравномерным.
U
вых
U вх
Ui Ui+1
i
Uогр
Uогр
Рисунок 3.1 Неравномерное квантование
Выполнить квантующее устройство с неравномерной шкалой квантования довольно сложно.
Амплитудную характеристику квантующего устройства при этом строят по логарифмическому закону (А-87,6). Применение неравномерного квантования позволяет повысить помехозащищенность слабых сигналов на 26…33 дБ.
В стандартных ЦМТС применяют цифровую компрессию.
1. Кодирование.
Полученный в результате дискретизации по времени и амплитуде сигнал представляет собой групповой сигнал U
кв
(t).
Так как каждому уровню квантования присвоен свой номер, то его величину из десятичной системы счисления преобразуют в двоичную. Вместо самих отсчетов в линейный тракт передаются кодовые группы импульсов номеру уровня квантования, т.е. цифровой сигнал.
С этой целью в ЦСП используют АЦП – кодеры и ЦАП –декодеры.
Телефонные сигналы, сигналы звукового вещания являются двуполярными, при их дискретизации получают последовательность разнополярных импульсов.
Для кодирования разнополярных импульсов используют натуральный и симметричный коды.
Натуральный код.
21
Максимальное по абсолютной
величине значение сигнала может быть, как положительной, так и отрицательной полярности. Значению максимально возможной амплитуды отсчетов с отрицательным знаком присваивается значение 0 уровня, возрастающие номера уровней присваиваются следующим через шаг квантования значениям квантованных отсчетов (рис.3.2).
-U
огр
0 1
2 3
4 5
6 7
8 9
+U
огр
10
t
8 9
9 8
2 2
2
Рисунок 3.2. Характеристика натурального кодирования
Число уровней квантования может быть определено
1 2
огрнатULЧисло импульсов в кодовой группе
натLЦm2
log
- ближайшее целое число в большую сторону.
Вид кодовой группы для любого отсчета, достигшего разрешенного уровня квантования (N) определяют из выражения:
immiiaN
2 1
, где
аi – кодовая группа (1 или 0) i-го разряда.
Симметричный код Отсчет шагов квантования начинается от нулевого значения сигнала в сторону положительных и отрицательных значений его амплитуд.
Число уровней квантования (рис. 3.3):
огрнатUL-U
огр
-5
-4
-3
-2
-1 0
1 2
3 4
+U
огр
5
t
3 4
4 3
-3
-3
-3
Рисунок 3.3. Характеристика симметричного кодирования
22
Для кодирования разнополярных импульсов старший разряд кодовой группы – знаковый (1- положительной полярности отсчетов, 0 –для отрицательной). Остальные разряды кодовой группы определяют номер уровня квантования, которого достиг сигнал в положительной или отрицательной области.
1
log
2
нат
L
Ц
m
,
i
m
m
i
i
a
a
N
2 2
1
Выводы.
1. Аналоговый сигнал преобразуется в сигнал с ИКМ в 3 этапа:
Дискретизация исходного сигнала по времени.
Квантование непрерывных отсчетов по уровню.
Кодирование квантованных отсчетов.
2. Дискретизация аналогового сигнала осуществляется по теореме Котельникова
.
3. В качестве станционных кодов можно использовать симметричный и
натуральный коды. В основном в ТПСС применяется симметричный код.
4. При квантовании по уровню диапазон возможных значений сигнала делится на
отрезки, называемые шагами квантования.
5. Внутри каждого шага выбирают разрешенные значения сигнала – уровни
квантования.
6. При преобразовании сигнала АИМ – 11в ИКМ сигнал используется нелинейная
шкала квантования.
Контрольные вопросы.
1. Сколько этапов используется при преобразовании аналогового сигнала в
цифровой?
2. Сформулируйте теорему Котельникова.
3. Почему АИМ- 1 преобразуется в АИМ -11?
4. Поясните принцип кодирования симметричным и натуральным кодами?
5. Что такое шум квантования?
6. Почему используется нелинейная шкала квантования?
23
Лекция 4 Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов
Раздел 2.1. Алгоритмы и методы цифровой обработки сигналов
(продолжение)
Рассмотрим передачу сигналов в произвольном, например, i-м канале (рис.4.1) в течение k циклов (k=1,2,3, …). В первичном сигнале c
i
(t) с частотой f
д
выбирается множество отсчетов c
1i
, c
2i
, c
3i
, …, соответствующих мгновенным значениям c
i
(t) в моменты t
1
, t
2
,
t
3
,…(рис.4.2). Модулятор i-канала Мi вырабатывает последовательность сигналов u
1i
(t), u
2i
(t),
u
3i
(t), …, которые содержат информацию о вышеупомянутых отсчетах, так что канальный сигнал u
i
(t)=u
1i
(t)+u
2i
(t)+u
3i
(t)+…
u
0
u
0
C
i
(t)
C
1i
C
2i
C
3i
t
1
t
2
t
3
u
1i
(t)
u
2i
(t)
u
3i
(t)
T
0
T
0
Рис.4.1. К пояснению работы модулятора
Временное расположение этих сигналов определяется воздействием импульсов, вырабатываемых распределителем канальных импульсов (РИК) (см. рис. 4.2), действующих на i-м выходе РИК. t
t t
t
КИ
1
КИ
1
КИ
2
КИ
3
t
КИ
…
КИ
N
T
0
Вых. 1
Вых. N
Рис.4.2. Временные диаграммы на выходах РИК
24
Распределитель на приеме работает синхронно с РИК на передаче. Под воздействием импульсов РИК на приеме замыкается ключ i-го канала (Кл i
), в результате чего на выходе Кл i действует только сигнал u
i
(t). Демодулятор выделяет из u
i
(t) последовательность отсчетов c
1i
,
c
2i
, c
3i
, …, и преобразует ее в первичный сигнал. Теоретическое обоснование возможности передачи информации в СП с ВРК связано с теоремой Котельникова, которая доказывает возможность передачи информации с помощью системы отсчетов, если f
д
2F
мах
, где F
мах
– максимальная частота в спектре первичного сигнала.
В качестве канальных сигналов в СП-ВРК широко используются модулированные импульсные последовательности, и в частности АИМ сигналы. В этом случае высота импульсов пропорциональна отсчетам первичного сигнала. t
t t
Т
0
Т
0
U
11
C
1
(t)
U
21
U
31
C
2
(t)
U
12
U
22
U
2N
U
1N
C
N
(t)
U
г
(t)
t
t
КЧ
Рис.4.3. Сигналы в системе передачи с ВРК при использовании АИМ
На рис.4.3 показаны временные диаграммы канальных и группового АИМ сигналов
СП-ВРК. Однако групповой АИМ сигнал затруднительно передавать по линии из-за искажения формы импульсов, связанного с резким увеличением длительности фронтов и спадов. В результате возникает взаимное наложение импульсов, находящихся в разных канальных интервалах, что вызывает взаимное влияние между каналами. Это обстоятельство является одной из причин внедрения цифровых СП ВРК (ТПСС).
На передающем конце
ТПСС
в точке А (рис.4.4, а) действует групповой АИМ сигнал. С помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) каждому импульсу группового АИМ сигнала ставится в соответствие кодовая комбинация, т.е. последовательность импульсов и пауз, причем длительность кодовой комбинации равна
t
ки
(рис. 4.4, б). В результате на выходе АЦП формируется групповой ИКМ сигнал в виде цифрового потока. В настоящее время принято, что Т
0
=125 мкс (f
д
=8 кГц), число элементов кодовой комбинации m=8. Частота следования элементов цифрового потока или тактовая частота N-канальной ЦМТС f
т
=Nmf
д
=64N кГц.
На приеме с помощью цифро-аналогового преобразователя (ТПСС) групповой ИКМ сигнал преобразуется в групповой АИМ сигнал, после чего происходят его разделение на
25 канальные сигналы и демодуляция. Сравнение СП-ЧРК и ТПСС показывает, что ширина спектра группового сигнала в случае ЧРК примерно равна N
f
с
, где
f
с
- ширина спектра первичного сигнала. В случае ТПСС ориентировочно можно считать, что ширина спектра группового ИКМ сигнала сверху ограничивается f
т
. Таким образом, если в СП с ЧРК на один канал отводится диапазон частот, равный 4 кГц (ширина сигнала
f
с
=f
в
-f
н
=3,4-0,3=3,1 кГц; полоса частот, отводимая на расфильтровку f р
=0,9 кГц), то в ТПСС этот диапазон составляет 64 кГц. Необходимость существенного расширения спектра сигналов, передаваемых по линейному тракту в случае ТПСС, является существенным недостатком систем передачи этого типа. Однако их высокая помехозащищенность, возможность использования современной элементной базы, стабильность в работе обуславливают широкое внедрение ТПСС на различных участках сети связи.
1
1
N
N
1
N
1
N
A
АЦП
1
2
N
1
2
N
РИК
а)
КК
i
…
…
t
ки
1 1 1 0 1 0 0 1
б)
M
1
M
N
ЦАП
Кл
1
Кл
N
ДМ
1
ДМ
N
РИК
КК
1
КК
2
КК
N
КИ
1
КИ
2
КИ
N
Т 0
Линейный
тракт
Рис.4.4. К пояснению принципа функционирования ТПСС
В системах передачи с ВРК каждый канальный сигнал представляет собой периодическую последовательность импульсов, промодулированных исходным сигналов.
При этом чаще всего используется амплитудно-импульсная модуляция, при которой модулируется амплитуда импульсов, а другие параметры (длительность, частота, временное положение) остаются неизменными.
Таким образом, в процессе АИМ сигнала осуществляется дискретизация непрерывного (аналогового) сигнала по времени в соответствии с известной теоремой дискретизации: любой непрерывный сигнал, ограниченный по спектру верхней частотой F
в
, полностью определяется последовательностью своих отсчетов, взятых через промежуток времени Т
д
1/2F
в
, называемой периодом дискретизации. В соответствии с этим частота дискретизации, т.е. следования дискретных отсчетов, выбирается из условия F
д
2 F
в
При АИМ амплитуда периодической последовательности импульсов изменяется в соответствии с изменениями амплитуды модулирующего сигнала с(t) (например, телефонного сигнала). Различают амплитудно-импульсную модуляцию первого (АИМ-1) и второго (АИМ-2) рода. При АИМ-1 амплитуда отсчетов, следующих с частотой дискретизации F
д
, изменяется в соответствии с изменениями модулирующего сигнала с(t), а при АИМ-2 амплитуда каждого отсчета неизменна и равна значению модулирующего
26 сигнала с(t) в момент начала отсчета. На рис. 4.5 представлен исходный модулирующий сигнал с(t), а также сигналы при АИМ-1 и АИМ-2 в случае дискретизации двухполярных сигналов.
Поскольку все реально существующие непрерывные сигналы связи представляют собой случайные процессы с бесконечно широким спектром. причем основная энергия сосредоточена в относительно узкой полосе частот, перед дискретизацией на передаче необходимо с помощью фильтра нижних частот ограничить спектр сигнала некоторой частотой F
в
. Для телефонных сигналов необходимо использовать ФНЧ с частотой среза.
F
в
=3,4 кГц.
Fн
Fв
Fд
3Fд
2Fд f
G(f)
G
0
р
F
Рисунок 4.6. Спектральный состав АИМ сигнала
Рис.4.5. Формирование АИМ сигнала
Если длительность АИМ отсчетов
и много меньше периода их следования Т
д
, т.е. скважность q=Т
д
/
и
1, то разница между АИМ-1 и АИМ-2 оказывается несущественной. Это условие выполняется в системах передачи с ЧРК, так как длительность канальных импульсов должна выбираться из условия
и
Т
д
/N, где N – число каналов.
Частотный спектр модулированной последовательности при АИМ однополярного сигнала содержит (рис. 4.6):
постоянную составляющую G
0
;
составляющие с частотами исходного модулирующего сигнала F
н
… F
в
;
составляющие с частотой дискретизации F
д и ее гармоники kF
д
;
составляющие боковых полос (нижней и верхней) при частоте дискретизации и ее гармониках kF
д
(F
н
… F
в
).
При дискретизации двухполярных сигналов (телефонных звукового вещания) в спектре
АИМ сигнала практически отсутствует постоянная составляющая и составляющие с частотами F
д
и kF
д
Из рис. 4.6 видно, что для восстановления исходного непрерывного сигнала из АИМ сигнала на приеме достаточно поставить ФНЧ с частотой среза, равной F
в
, который выделит исходный сигнал. Поскольку для телефонного сигнала F
в
=3,4 кГц, то Fд должна выбираться
27 из условия F
д
6,8 кГц. Реально выбрана F
д
=8 кГц, что позволяет упрощать требования к
ФНЧ приема.
При F
д
=8 кГц полоса расфильтровки
F
р оказывается достаточно большой и составляет
F
р
=( F
д
-F
в
)-F
в
=1,2 кГц, а при F
д
=6,8 кГц
F
р
=0 и потребовался бы ФНЧ приема с бесконечно большой крутизной («идеальный» фильтр, рис. 4.7). Кроме того, следует иметь в виду, что если на выходе ФНЧ передачи появятся плохо подавленные составляющие исходного сигнала с частотами выше F
в
+
F
р
, то это неизбежно (даже в случае идеального ФНЧ приема) приведет к искажениям сигнала при его восстановлении на приеме.
G(f)
f,
кГц
Рис. 4.7. К вопросу необходимости выбора Рис. 4.8. Групповой АИМ сигнал f
д
>2
Выбор частоты дискретизации широкополосных групповых сигналов имеет свои особенности.
В соответствии с рис. 4.8 после дискретизации канальные сигналы, представляющие собой последовательности АИМ отсчетов, сдвинутых по времени друг относительно друга, объединяются, в результате чего образуется групповой АИМ сигнал (АИМгр). На рис. 4.8 над каждым отсчетом указан номер канала, к которому он относится. Групповой АИМ сигнал передается между выходом формирователя АИМ сигнала (АИМ модулятора) и входом кодирующего устройства в оконечном оборудовании передачи и входом декодирующего устройства, и входом устройства разделения канальных сигналов
(временного селектора) в оконечном оборудовании приема. Прохождение группового АИМ сигнала по цепям с ограниченной полосой пропускания или неравномерной АЧХ сопровождается искажением формы импульсов, выражающейся в затягивании фронтов и срезов импульсов и возникновении выбросов. Это может привести к перекрытию временных интервалов между каналами и вызвать переходные помехи.
Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот сверху, называются
искажениями первого рода. Ограничение полосы частот сверху связано наличием реактивных элементов в цепях, по которым проходит групповой АИМ сигнал, с ограниченным быстродействием транзисторов, используемых в узлах формирования АИМ сигнала, и с другими факторами. Характер возникающих искажений при передаче прямоугольных импульсов показан на рис. 4.9,а. При этом, как правило, достаточно учитывать влияние только предшествующего канала, тат как влияние более отдаленных по времени каналов оказывается малозаметным.
Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот снизу, называются
искажениями второго рода. Это ограничение происходит из-за наличия в цепях группового сигнала реактивных элементов (трансформаторов, емкостей и др.). Характер показан на рис.
4.9, б. В отличие от искажений первого рода выбросы обратной полярности затухают медленно, поэтому влиянию подвергаются даже каналы существенно удаленные по времени
28 от влияющего канала. Это делает искажения второго рода более опасными по сравнению с искажениями первого рода. В реальных трактах возникают искажения обоих типов.
Таким образом, линейные искажения в системах с ВРК приводят к возникновению переходных помех между каналами. В тоже время при прохождении группового АИМ сигнала по тракту, обладающему нелинейностью (например, через амплитудные ограничители, импульсные усилители, электронные ключи и др.),
изменяются амплитуды отсчетов каждого из каналов, однако отсутствуют переходные помехи между каналами, поскольку длительность импульсов не изменяется. Следовательно, в отличие от систем с
ЧРК в системах с ВРК качество передачи в большей степени определяется величиной и характером линейных искажений.
1 2
3 1
2 3
t t
АИМгрАИМгра)б)Т1
Т2 1
N
Uу
Ес
R
н
I
у2
I
у1
Ic
Рис.4.9. Искажения АИМ сигнала
Рис.4.10. Схема АИМ модулятора
Выводы. 1. Прохождение группового АИМ сигнала по цепям с ограниченной полосой пропускания или неравномерной АЧХ сопровождается искажением формы импульсов, выражающейся в затягивании фронтов и срезов импульсов и возникновении выбросов. Это может привести к перекрытию временных интервалов между каналами и вызвать переходные помехи. 2. Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот сверху, называются искажениями первого рода. 3. Искажения, возникающие из-за ограничения полосы частот снизу, называются искажениями второго рода. Контрольные вопросы. 1. Поясните влияние линейных и нелинейных искажений при прохождении группового АИМ сигнала по ОЛТ. 2. Поясните, что такое искажение первого рода? 3. Поясните, что такое искажение второго рода? 4. Чем отличается АИМ-1 от АИМ-11? 29
Лекция 5 Структурная схема оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы оборудования (4 часа) Введение. Рассмотрим структурную схему оконечной станции первичной ТПСС и основные узлы оборудования 
Скачать 2.21 Mb.