|
| |
|
Слаботочка Книги щие им линейные аналоговые эквиваленты, что связано, в частности, и с трудностями проведения исследований и разработки. Кроме того, оказалось, что цифровая реализация имеет и функциональное преимущество перед аналоговой. Это преимущество вытекает из сравнительной простоты группообразования цифровых сигналов. Основным препятствием для широкого использования БИС является ограниченная возможность доступа внешних выводов к этим электронным приборам. При использовании методов группообразования с временным разделением каналов можно подключить группу каналов к прибору через один вывод. Таким образом, тот же метод, который уже использовался для снижения затрат на линии связи при небольшой их длине, может быть применен для минимизации внутренних соединений в пределах одного модуля и, следовательно, для обеспечения максимального использования сверхбольшого уровня интеграции. В конечном итоге возможен коммутатор на кристалле , если большое число каналов может быть выведено на относительно малое число внешних выводов. В настоящее время наиболее многообещающими представляются системы на базе спутников и оптических кабелей связи. Несмотря на то, что существующие системы спутниковой связи базируются на аналоговых методах группообразования с ЧРК, преимущества режима работы, основанного на цифровом параллельном доступе с временным разделением каналов (ПДВРК), показывают, что будущие системы спутниковой связи станут цифровыми [7]. В настоящее время наиболее интенсивно ведутся разработки в области систем передачи с использованием оптического кабеля, которые могут быть применены на местных линиях при высокоскоростной передаче сигналов, а также на межстанционных соединительных линиях. Электронные устройства сопряжения с оптическими кабелями (лазеры, светоизлучающие диоды, фотодиоды) функционируют, главным образом, в режиме переключения (нелинейном). Хотя для осуществления аналоговой передачи можно было бы использовать методы амплитудной или широтно-импульсной модуляции, тем не менее основной акцент разработок в области оптических линий связи делается на цифровые методы. Поэтому в случае реализации линии связи на оптическом кабеле становятся однозначно определенными цифровые методы передачи сигналов. Цифровая обработка сигналов. В предыдущих разделах основное внимание было обращено на преимущества использования цифровых систем передачи и коммутации. Другая многообещающая область применения цифровых схем - это область обработки сигналов. Обработкой сигналов чаще всего называют такие операции над сигналами, при которых улучшаются или трансформируются их характеристики. Цифровой обработке могут подвергаться как аналоговые, так и цифровые сигналы. Наиболее общими примерами обработки сигналов 5ШЛЯЮТСЯ усиление, коррекция, модуляция и фильтрация. Цифровая обработка сигналов (ЦОС) предполагает использование арифметических и логических цифровых схем для обработки сигналов, представленных в цифровом виде. Иногда обработка аналого-  Аналоговый вход
 Аналоговый выход Рис. 2.1. Цифровая обработка аналогового сигнала: уцос - устройство цифровой обработки сигнала вых сигналов, ведется цифровыми методами, тогда они предварительно преобразуются в цифровую форму. После обработки цифровое представление обработанного сигнала преобразуется в аналоговое. Рассмотренные операции иллюстрирует рис. 2.1. В качестве примера применения цифровой обработки при реализации функций, которые ранее были реализованы аналоговыми средствами, можно привести распознавание сигналов при тастатурном наборе, разделение сигналов при группообразовании с ЧРК в трансмультиплексорах (эти вопросы рассматриваются в гл. 5) и выделение данных в высокоскоростных (14,4 кбит/с) модемах для телефонных каналов. Основные преимущества обработки сигналов цифровыми методами перечислены в табл. 2.1. Таблица 2.1. Преимущества цифровой обработки сигналов Воспроизводимость Невосприимчивость цифровых устройств к малым помехам и паразитным влияниям означает, что их можно выпускать с постоянными рабочими характеристиками, не требуя точной регулировки. Программируемосгь Одна базовая структура с изменяемым алгоритмическим или параметрическим описанием в цифровой памяти может быть использована для обработки сигналов различного типа. Совместное использование Одно устройство цифровой обработки сигналов может быть использовано для обработки многих сигналов благодаря запоминанию промежуточных результатов каждого процесса в запоминающем устройстве (ЗУ) с произвольной выборкой и обработке последовательности сигналов некоторым циклическим способом в режиме разделения времени. Автоматический контроль Поскольку на входах и выходах устройства цифровой обработки сигналов используются цифровые данные, то проверку правильности работы устройства можно осуществлять стандартным путем, сравнивая реакцию на его выходе на некоторую тестовую последовательность данных, записанных в ЗУ. Универсальность Поскольку цифровая обработка сигналов реализуется цифровыми логическими схемами, то процесс обработки может включать много различных функций, реализация которых в аналоговой форме могла бы оказаться невозможной или непрактичной. Примерами операций, связанных с обработкой сигналов на телефонной сети и реализуемых более эффективно при цифровой обработке, являются: обнаружение (генерация) определенных частот, подавление эха , усиление (ослабление), коррекция, фильтрация, компандирование , а также преобразование различных форматов кодирования речевых сообщений. Важно подчеркнуть, что под цифровой обработкой сигнала в этом контексте понимается скорее метод, используемый для улучшения, видоизменения или другого преобразования формы сигнала (в цифровом представлении). В другом контексте под обработкой сигнала понимают обработку сигналов управления сети связи управляющими процессорами систем коммутации. В последнем случае речь идет о логической обработке сигналов, а не о преобразовании формы сигнала в обычном смысле. 2.1.4. Интеграция систем передачи и коммутации Традиционно проектирование и эксплуатация систем передачи и систем коммутации, используемых на телефонных сетях, осуществляются различными организациями. Телефонные компании, занимающиеся эксплуатацией сети связи, эти два класса оборудования называют соответственно внешними и внутренними сооружениями. Эти виды оборудования всегда снабжены стандартизированными устройствами сопряжения, причем оборудование систем передачи функционально независимо от коммутационного оборудования. Когда на уровне узлового телефонного района было введено объединение цифровых сигналов речи на базе временного разделения, а инженеры-связисты начали вести исследования в области цифровой коммутации, то стало очевидно, что операции, связанные с группообразованием на базе временного разделения, во многом аналогичны функциям коммутации каналов с времениьш разделением. Фактически, как будет описано в следующей главе, первые кйскады цифровых систем коммутации формируют разделенные во времени сигналы первого уровня иерархии, даже в тех случаях, когда система функционирует в окружении аналоговых линий передачи. Таким образом, операции группообразования, применяемые в системах передачи, можно легко интегрировать с операциями коммутации, выполняемыми в системах коммутации. Основное преимущество интегрирования этих двух систем иллюстрирует рис. 2.2. В этом случае не обязательно наличие оборудования выделения каналов на коммутационной станции, и оборудование первых каскадов коммутации исключается. Если цифровые линии связи с временным разделением интегрируются с цифровыми системами коммутации с обоих концов тракта передачи, то исключается Цифровые эхозаградители, используемые в системе коммутации междугородной связи №4ESS фирмы Bell System, оказались более экономичными, чем аналоговые [8]. Компандирование - вид обработки сигналов, который используется в цифровых кодерах речевых сигналов (см. гл. 3).  Линия передачи с временным разделением каналов Каналообразующий блок  Каналообразующий блок Цифровая система 1коммутацииу Линия передачи с вре разделением каналов Цифровая система 1коммутаиии Рис. 2.2. Интеграция коммутации и передачи: а - неинтегрированная передача и коммутация; б - интегрированная передача и коммутация на базе временного разделения каналов оборудование объединения и разделения каналов. В полностью интегрированной сети речевые сигналы преобразуются в цифровую форму вблизи источников сигналов и сохраняют ее до тех пор, пока они не будут доставлены в пункт своего назначения. Кроме того, по всем межстанционным соединительным линиям, а также по всем внутристанционным соединительным линиям системы коммутации передача сигналов идет только в цифровой форме с временным разделением. Таким образом, первый уровень объединения и разделения каналов существует только на периферии сети связи. Интеграция функций передачи и коммутации позволяет не только уменьшить объем оборудования, но и значительно повысить качество передачи речи от одного оконечного устройства до другого. Исключая многократные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразования, а также используя линии передачи с малым значением коэффициента ошибок, можно получить высокое качество передачи речи, которое будет определяться только процессом кодирования. В заключение покажем, какую выгоду можно получить от перехода к полностью интегрированной цифровой сети связи. 1. Качество передачи речи при междугородной связи идентично качеству передачи речи при местной связи во всех отношениях: с точки зрения помех, уровня сигнала, искажений. 2. Поскольку все цифровые каналы четырехпроводные, то эхо исключено, и обеспечивается настоящее дуплексное четырех проводное соединение цифровых каналов . Эха нет, если абонентские устройства подключены четырехпроводными линиями (аналоговыми или цифровыми). Если же в полностью цифровой сети аналоговые абонентские линии оказываются двухпроводными, то эхо возникает, но его можно регулировать путем согласования полных сопротивлений дифсистем, обеспечивающих переход с двухпроводных цепей на четырехпроводные, которые используются на соответствующих абонентских линиях. 2.1.5. Возможность работы при малых значениях отношения сигнал-шум (помеха) Шум и помехи при передачи речи в аналоговых сетях проявляются в наибольшей степени во время пауз в разговоре, когда амплитуда сигнала мала. Сравнительно небольшой уровень шума, который возникает во время пауз в разговоре, может оказаться весьма раздражающим фактором для слушателя. В то же время такой же уровень шума или помехи во время разговора оказывается практически неощутимым. Следовательно, качество передачи аналоговой речи определяет абсолютный уровень шума свободного канала. Субъективные оценки качества передачи речи [9, 10] позволили установить нормы максимального уровня шума 28 дБСО (-62 дБмО) для систем передачи на местных линиях связи и 34 дБСО (-56 дБмО) для систем передачи на междугородных линиях связи. Для сравнения приведем уровень мощности сигнала говорящего абонента -это обычно -16 дБмО. Таким образом, принятое значение отношения сигнал-шум при передаче от одного оконечного устройства до другого в аналоговой сети связи составляет 46 и 40 дБ соответственно для местных и междугородных линий связи. Отношение сигнал-шум в отдельных системах передачи обязательно выше указанных значений. В цифровых системах во время пауз в разговоре идет передача определенных кодовых комбинаций, причем уровень мощности передаваемых во время пауз сигналов такой же, как и в случае передачи речевой информации. Поскольку регенерация сигнала исключает практически все шумы, возникающие в среде передачи, то шум свободного канала определяется лишь процессом кодирования, а не линией передачи. Таким образом, паузы речи не определяют максимальные уровни шума так, как это имеет место в аналоговых системах. Как будет показано в гл. 4, линии цифровой передачи обеспечивают возможность практически безошибочной передачи по каналам при значениях отношения сигнал-шум порядка 15 ... 25 дБ в зависимости от способа кодирования линейного или используемого вида модуляции. Способность цифровой системы передачи уменьшать переходные помехи подчас оказывается более существенной, чем возможность работы этих систем при сравнительно высоких уровнях флуктуацион-ного шума. Один из наиболее трудных моментов при проектировании и эксплуатации аналоговой сети - это необходимость исключить переходные помехи между цепями, по которым идет передача речи. Проблема становится еще более острой в те периоды, когда в одном канале имеется пауза в разговоре, а в другом, влияющем, идет передача сигнала с максимальным уровнем мощности. В такие периоды переходные помехи даже при относительно низком их уровне могут оказаться весьма ощутимыми. Особенно нежелательны они в тех случаях, когда становятся внятным разговором и, следовательно, приводят к нарушению тайны разговоров отдельных лиц. В то же время паузы в разговоре при передаче по цифровым линиям передачи не приводят к появлению сигналов малой амплитуды. На линиях передачи амплитуда передаваемого цифрового сигнала поддерживается постоянной. Таким образом, переходные помехи малого уровня исключаются в процессе регенерации в цифровых регенераторах или приемниках. Даже в тех случаях, когда амплитуда сигнала переходных помех достигает значения, достаточного для возникновения обнаруживаемых ошибок, то эффект ошибок проявляется лишь в виде случайного шума, который в сущности является абсолютно невнятным. В этом разделе основное внимание было уделено возможности цифровых систем передачи работать при относительно малых значениях отношения сигнал-шум или сигнал-помеха. Рассматривая обычные требования обеспечения широкой полосы частот в цифровых системах, приходим к выводу, что возможность работы цифровых систем при малых значениях отношения сигнал-шум (помеха) является скорее требованием к их работе, чем их преимуществом. При использовании некоторых сред передачи, таких как пары проводов (физические линии), более широкая полоса частот означает большее затухание. Таким образом, цифровые системы должны быть работоспособными при более низких уровнях принимаемого сигнала и, кроме того, возможность устранять переходные помехи позволяет использовать эти системы в условиях больших нагрузок, когда стоимость расширения полосы частот могла бы привести к неконкурентоспособности цифровых систем в сравнении с аналоговыми. 2.1.6. Регенерация сигнала Как будет более детально описано в следующей главе, представление речевого сигнала (или любого другого аналогового сигнала) в цифровой форме связано с преобразованием аналогового сигнала, описываемого непрерывной функцией времени, в последовательность значений ее дискретных отсчетов. Величина каждого дискрета представляется некоторым числом двоичных информационных символов. При передаче каждый двоичный символ представляется одним из двух возможных значений сигнала (например, наличие импульса - отсутствие импульса, импульс положительной полярности - импульс отрицательной полярности). Задача приемника - решить, какое дискретное значение имел переданный сигнал, и представить полученное сообщение в виде последовательности отсчетов, дискретные значения которых были закодированы в двоичной форме. Если в процессе передачи к сигналу добавляется лишь небольшого уровня шум, помеха или искажения, то двоичная информация, поступающая в приемник, идентична двоичной последовательности, которая генерируется в процессе кодирования на передающем конце. Как показано на рис. 2.3, процесс передачи информации, даже несмотря на некоторые искажения, практически не изменяет основных характеристик информации. Конечно, если искажения окажутся настолько большими, что 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [14] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
||||||||||||||