Импульсно-кодовое преобразование

Мультиплексирование

Сигналы, полученные по методу импульсно кодовой модуляции, позволяют передавать по одному тракту информацию по нескольким каналам. Для этого периодически подаваемые сигналы одного канала надо сдвинуть по времени относительно сигналов другого канала так, чтобы они поступали во время паузы в первом, как это показано на рис.8.7. На нем показаны четыре канала, по каждому из которых периодически поступает информация. При объединении в один тракт эти сигналы поступают в определенные промежутки времени.

Рис. 8.7. Принцип мультиплексирования

В наиболее распространенной для Европы системе импульснокодовой модуляции, которая легла в основу всех цифровых систем коммутации, количество каналов в одном цифровом тракте равно 32.

Если вспомнить, что для каждого цифрового канала надо передавать 8000 байтов в одну секунду, то для передачи 32 каналов требуется передавать 2048 Кбайт/с.

Каналы, полученные путем мультиплексирования в системе ИКМ30, распределяются следующим образом (рис.8.8).

На рис.8.8 показано размещение информации в цикле. Каждый цикл состоит из 32 временных каналов. 0-ой и 16-ый канал переносят служебную информацию.

Рис. 8.8. Распределение временных положений в тракте ИКМ при отдельном канале сигнализации.

Вариант, показанный на рисунке 8.8, используется для передачи сигнальной информации по принципу "общий канал сигнализации. При этом способе, сигнализация для всех 30 речевых каналов передается по 16-му каналу. Способ передачи информации по общему каналу сигнализации будет рассмотрен в дальнейшем.

Второй способ образования канала получил название выделенный канал. В этом случае за каждым информационным каналом закрепляется сигнальный канал.

Принцип этого выделения показан на рис.8.9. Он заключается в том, что вводится нумерация 32-канальных циклов. Выделяются 16 циклов, в каждом из которых информация сигнализации 16-го канала закрепляется за информационным каналом (рис. 8.9).

увеличить изображение
Рис. 8.9. Образование выделенного канала

Каждое временное положение 16го канала разбивается на две части.

В первом цикле передается сигнальная информация 1 и 17 канала, во втором 2 и 18, в третьем 3 и 19 и т.д., в пятнадцатом 15 и 31.

Служебный 0-й канал во всех четных циклах (рис. 8.9) содержит последовательность символов синхронизации (синхрометку Frame Alignment Signal — FAS). Это значение передается в битах 2-8 и равно 0011011.

В нечетных циклах со 2 по 8 содержится следующая информация:

2 бит —1 защита от имитации информации четного цикла, в котором синхрометка содержит в этом разряде обязательно 0.

3 бит — A (Alarm Indication Signal — AIS) предназначен для извещения удаленному концу о потере цикловой синхронизации.

4-8 бит предназначены для национального использования, они устанавливаются в единицу, если не используются.

Значения всех первых битов в 0-м канале показаны на рис. 9.2в. Биты С1-С4 используются для проверки качества канала. Для этого по каналу посылаются заданные комбинации, с помощью этих бит проводится проверка Остаточного Кода Проверки (CRC4). Способ проверки с помощью остаточного циклического кода будет рассмотрена подробнее в следующем разделе, посвященном ISDN.

16-е каналы всех циклов используются для сигнализации и будут подробно рассмотрены в разделе, посвященном сигнализации.

Краткие итоги

• Импульсно-кодовое преобразование состоит из трех этапов: дискретизации, квантования и кодирования, мультиплексирования.
• Дискретизация применяется для перехода от непрерывного к дискретному сигналу путем периодического опроса через равные промежутки времени аналогового сигнала.
• Для того чтобы сигнал на приемном конце можно было восстановить, частота дискретизации, в соответствии теоремой Найквиста-Котельникова, должна быть в 2 раза больше, чем ширина полосы, занимаемой входным сигналом.
• Процесс квантования заключается в определении значения амплитуды каждого отсчета и присвоении этой величине соответствующего двоичного значения.
• При равномерном квантовании диапазон амплитуды входного сигнала разбивается на поддиапазоны с одинаковой величиной шага.
• Разность между истинной величиной входного сигнала и величиной, полученной в результате квантования, называется ошибкой квантования, которая приводит к искажению речи, называемому шумом квантования сигнала. Искажения при малых амплитудах будут больше, чем при больших.
• Компандирование является неравномерным кодированием. Диапазон значений амплитуды от максимального до минимального разбивается на сегменты. Те из них, которые соответствуют меньшим значениям сигнала, квантуются более мелкими квантами, а для больших значений выбираются большие кванты, величина которых возрастает с номером сегмента.
• При компандировании по закону A весь диапазон амплитуд измеряется с помощью 4096 квантов (в данном случае они выполняют функции единиц измерения амплитуды). Нулевой и первые два сегмента каждого знака имеют один и тот же шаг квантования (2 кванта) и могут рассматриваться как один — сегмент положительного, а другой — отрицательного знака.
• При компандировании по µ-закону весь диапазон амплитуд измеряется 8159 квантами.
• Сигналы, полученные по методу импульсно­кодовой модуляции, позволяют передавать по одному тракту информацию по нескольким каналам (мультиплексирование). Для этого периодически подаваемые сигналы одного канала надо сдвинуть по времени относительно сигналов другого канала. Мультиплексированный канал имеет структуру кадра, содержащую 32 канала. Из них 30 предназначены для обмена информации, 0-й канал — служебный и 16-й канал — сигнализации.

Задачи и упражнения

1. Сигнал содержит три частоты — 0,8 кГц, 1,7 кГц и 12 кГц. Определите, какие частоты будут присутствовать на выходе АИМ-декодера при частоте дискретизации 8 кГц.

   Указание:

   1. Найти точки пересечения синусоидальных сигналов
   2. Предположить, что первый отсчет совпадает с первой точкой
   3. Найти точки совпадения по п. 1 с токами отсчета по пункту 2
   4. Зная значение и частоту отсчета, аппроксимировать результирующую синусоиду
2. Найдите при равномерном способе квантования максимальную относительную величину ошибки квантования, если величина восстанавливаемого сигнала равна 0,75 кванта.
3. Разработайте таблицу кодирования по A-закону типа таблицы 8.2 для условий:
   1. 4 сегмента
   2. величина шага квантования 2, 4, 8, 16
4. Вычислите код в соответствии с A-законом для сигналов с десятичными значениями 27, 65, 201, 518, 1614, 3900, 4535.
5. Вычислите код в соответствии с µ-законом для сигналов с десятичными значениями, указанными в п. 4.
6. Определите, какое число бит требуется при кодировании сигнала с динамическим диапазоном 30 дБ ( ) и минимальным дБ.

   Ответ: 12 бит
7. Определите, какое число бит требуется при кодировании сигнала с динамическиь диапазоном 30 дБ и минимальным дБ.

   Ответ: 10 бит
8. Определите, какое число бит требуется при кодировании сигнала с динамическим диапазоном 20 дБ и минимальным дБ.

   Ответ: 10 бит
9. Определите допустимый динамический диапазон сигнала при числе бит 12 и дБ.

   Ответ: 34 дБ ( ).