Передача непрерывных сообщений

УДК 656.254.153.001.2 (075.8)

Фомичев В.Н.

 

Цифровая система передачи; (Методические указания к курсовому проектированию) / Белорусский государственный университет транспорта. - Гомель: БелГУТ, 2002 - 71 с.

 

Рассматриваются принципы построения цифровой системы передачи информации, законы, описывающие характеристики компандеров, их сравнительная оценка.

Уделяется внимание анализу и методике расчета спектров амплитудно-импульсных сигналов, линейных кодов, производится обоснование выбора линейного кода.

Предназначены для студентов специальности «Автоматика, телемеханика и связь на транспорте» при изучении цифровой системы связи, а также, при выполнении курсового проектирования для студентов факультета безотрывного обучения по дисциплине «Теоретические основы транспортной связи».

Библиогр. 8 назв. Табл. 10. Ил. 21.

 

 

Рецензент – зам. Начальника Гомельской дистанции сигнализации и связи Белорусской железной дороги В. И. Прокопюк.

Одобрено методической комиссией факультета безотрывного обучения.

© В. Н. Фомичев, 2002.

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки и ускорение технического прогресса немыслимо без совершенствования вычислительной техники, средств связи и систем сбора, передачи и обработки информации. Решение этого вопроса невозможно без создания цифровых систем передачи (ЦСП).

Непрерывные (аналоговые) системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) характеризуются применением аналоговых методов модуляции, при которых модулируемый параметр может принимать любые значения в некоторых допустимых пределах. Помехи вызывают паразитную модуляцию основных параметров сигналов переносчиков и после демодуляции попадают на выход канала. Помехоустойчивые методы модуляции (ЧМ и ФМ) улучшают соотношение сигнал-помеха на выходе канала. Однако поскольку при аналоговых методах модуляции все значения модулируемых параметров являются разрешенными, при приеме невозможно отличить паразитную модуляцию от полезной, а следовательно, невозможно отделить полезный сигнал от помехи.

Аналоговые системы передачи (АСП) с частотным разделением каналов обладают рядом существенных недостатков, проявляющихся при использовании их в сетях связи:

w низкая помехоустойчивость, обусловленная накоплением помех вдоль магистрали связи и взаимными влияниями каналов;

w зависимость качества передачи от длины линии связи;

w нестабильность электрических характеристик тракта передачи, контролируемых по многим параметрам;

w необходимость установки и поддержания в заданных пределах ряда параметров канала, особенно диаграммы уровней, для обеспечения требуемого качества связи;

w зависимость параметров отдельных каналов от их размещения в линейном спектре АСП.

По сравнению с аналоговыми системами передачи ЦСП обладают рядом достоинств, которые можно разделить на две группы.

1 Качественные показатели:

w высокая помехоустойчивость за счет передачи сообщений двоичными сигналами, так как в цифровых системах передачи информационные параметры переносчиков в процессе модуляции принимают конечное количество разрешенных значений, причем переход от одного разрешенного значения к другому осуществляется через конечные промежутки времени. Повышение помехоустойчивости и уменьшение накопления помех вдоль тракта передачи обусловлено восстановлением (регенерацией) сигнала. Возможность регенерации основана на том, что в ЦСП все разрешенные значения сигнала в точности известны при приеме. Если величина помехи не превышает половины промежутка между двумя соседними разрешенными уровнями, то при приеме сигнала, искаженного помехой, и выборе вместо него ближайшего разрешенного уровня сигнала ошибка не возникает. Это дает возможность многократной ретрансляции сообщений без потери достоверности;

w возможность использования сравнительно простых методов запоминания и хранения сообщений путем записи их в различного рода цифровых регистрах и запоминающих устройствах;

w групповой тракт ЦСП не требует контроля нелинейных искажений и диаграммы уровней, допускает бóльшую нестабильность характеристик затухания на каждом участке, что позволяет осуществлять лишь грубую их коррекцию;

w качество передаваемой информации не зависит от степени загрузки системы и номера канала благодаря высокой стабильности и идентичности параметров всех каналов ЦСП;

w параметры аппаратуры группообразования и линейного тракта не связаны с характером и статистическими свойствами передаваемой информации;

w возможность создания унифицированных цифровых каналов связи, пригодных для передачи любого вида информации с высоким качеством;

w принцип временного разделения каналов, применяемый в ЦСП с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), используется в электронных автоматических телефонных станциях, что позволяет унифицировать технику передачи и коммутации. Это дает возможность создания интегральной сети связи, в которой передача информации, коммутация и выделение ее будут основываться на единых принципах.

2 Эксплуатационные показатели:

w сокращение объема настроечных работ в процессе строительства и эксплуатации ЦСП;

w незначительное количество паспортизируемых и контролируемых параметров цифровых каналов и трактов;

w простота автоматизации операций контроля качества передачи;

w малая трудоемкость ремонтных работ благодаря унификации большинства узлов и элементной базы аппаратуры;

w уменьшение удельного энергопотребления, массо-габаритных и объемных показателей, что позволяет эффективнее использовать производственные площади, а значит и снижать затраты на капитальное строительство.

Недостатком ЦСП является расширение полосы частот, требуемой для передачи сообщений с помощью ИКМ. Но это не является определяющим по сравнению с теми преимуществами, которыми обладают цифровые системы передачи информации.

Достоинства ЦСП делают целесообразным их применение на линиях связи транспорта, которые характеризуются повышенным уровнем шумов, подвержены влияниям различных электромагнитных полей от тяговых сетей энергоустановок, линий автоматики и телемеханики.

Наибольшее распространение получили два типа иерархий ЦСП: североамериканская и европейская. Первая основывается на первичной ЦСП типа ИКМ-24 со скоростью передачи цифрового сигнала в линии 1544 кбит/с. Впервые была применена в США в 1962 г. В Европе по инициативе Франции была разработана и в 1968 г. введена в эксплуатацию система ИКМ-30/32 с тридцатью разговорными (информационными) каналами, одним каналом сигнализации для передачи сигналов взаимодействия при установлении и разъединении связи и одним каналом синхронизации. Скорость передачи цифрового сигнала в линии 2048 кбит/с. В нашей стране, как и во всех европейских странах, принята иерархическая структура, основанная на первичной ЦСП типа ИКМ-30, соответствующая стандартному ряду ИКМ-30, -120, -480, -1920.

Курсовая работа "Цифровая система передачи" является одним из основных этапов изучения дисциплины "Теоретические основы транспортной связи" для студентов специальности "Автоматика, телемеханика и связь на транспорте".

Основные цели и задачи курсовой работы:

а) закрепить теоретический материал по данной дисциплине;

б) получить необходимые навыки по инженерному проектированию и расчету параметров цифровой системы передачи;

в) научиться анализировать исходные данные и полученные результаты;

г) научиться самостоятельно работать с технической литературой;

д) уметь составлять расчетно-пояснительную записку и оформлять графический материал в соответствии с требованиями ЕСКД.

Курсовая работа должна состоять из двух частей: текстовой (пояснительная записка) и графической, выполненной чертежными инструментами на миллиметровой или чертежной бумаге. Текст пояснительной записки должен быть стилистически и орфографически грамотным, изложен четко и ясно. Курсовая работа может быть оформлена с использованием персонального компьютера.

 

 

Таблица 4 – Формирование кода 3В2Т

Двоичный код	Код 3 B 2 T	Двоичный код	Код 3 B 2 T
	0+ 0– +0 –0		++ – – –+ +–

 

В таблице 5 представлен один из возможных вариантов преобразования двоичного кода в код передачи 4 B 3 T.

Троичные комбинации в третьем столбце сбалансированы по величине постоянной составляющей (U _пост = 0). Кодовые комбинации из второго и четвертого столбцов для поддержания нулевого баланса постоянной составляющей выбираются поочередно. Если было передано больше положительных импульсов, чем отрицательных, выбирается второй столбец. Когда расхождение между числом положительных и отрицательных импульсов меняется на обратное – выбирается четвертый столбец.

Таблица 5 – Формирование кода 4 B 3 T

Двоичный код	Троичная кодовая комбинация
─		+
	─ ─ ─		+++
	─ ─ 0     ─0		++0
	─0─		+0+
	0─ ─		0++
	─ ─+		++─
	─+─		+─+
	+─ ─		─++
	─00		+00
	0─0		0+0
	00─		00+
		0+─
		0─+
		+0─
		─0+
		+─0
		─+0

 

Следует помнить, что, например, в системе передачи ИКМ-30 применяется инверсно-симметричный код, при котором минимальному значений положительного входного сигнала соответствует кодовая комбинация 11111111, а максимальному положительному значению входного сигнала – комбинация 10000000. В свою очередь, минимальному отрицательному входному сигналу соответствует кодовая комбинация 01111111, а максимальному отрицательному сигналу – комбинация 00000000.

Инверсно-симметричный код повышает плотность единиц, так как сигналы большого уровня встречаются реже, чем малого.

 

 

ПЕРЕДАЧИ С ИКМ

 

Принцип работы передающего устройства поясняет структурная схема системы передачи (рисунок 19). Сообщения … от 1.2... N источников информации (абонентов) через фильтры нижних частот (ФНЧ) (300 – 3400 Гц) и усилители низких частот (УНЧ) поступают на канальные амплитудно-импульсные модуляторы АИМ (ключи). С помощью АИМ-модуляторов осуществляется дискретизация передаваемых сигналов по времени. Управляют работой AИM-модуляторов последовательности управляющих канальных импульсов УКИ₁ – УКИ _N, поступающие от генераторного оборудования ГО_пер. При этом модулируемые импульсные последовательности, вырабатываемые в генераторном оборудовании ГО_пер, имеют частоту
8 кГц и сдвинуты по времени друг относительно друга на величину равную одному канальному интервалу. На АИМ-модуляторы каналов канальные импульсы подаются поочередно, при этом длительность каждого канального импульса составляет . Выходы АИМ-модуляторов соединяются в одной точке, в которой образуется групповой АИМ сигнал. Групповой АИМ сигнал поступает на кодирующее устройство – кодер, который одновременно с кодированием осуществляет операцию квантования по уровню.

Сигналы управления и взаимодействия (СУВ), передаваемые по телефонным каналам для управления приборами автоматических телефонных станции (АТС), поступают в передатчик СУВ (Пер. СУВ), где они дискретизируются импульсными последовательностями, следующими от ГО_пер. В результате формируется групповой сигнал передачи СУВ (Гр. СУВ).

В устройстве объединения (УО) групповой ИКМ сигнал с выхода кодера, групповой сигнал передачи СУВ (Гр. СУВ), а также сигналы передатчика синхросигналов (Пер. СС), объединяются, образуя так называемый ИКМ-сигнал. Здесь формируется диаграмма временных циклов системы, определяющая порядок следования циклов в сверхцикле и кодовых групп в цикле передачи (для системы ИКМ-30 структура сигналов показана на рисунке 17).

Поясним построение диаграммы временного цикла более подробно. Циклы Ц₁, Ц₂... Ц _N, каждый длительностью Т ₀, объединяются в так называемые сверхциклы, следующие друг за другом. Объединение циклов в сверхциклы необходимо для получения нужного числа каналов передачи СУВ, организуемых, как правило, на определенных импульсных позициях или в определенном канальном интервале цикла передачи. Обычно за один цикл передают СУВ одного или двух каналов, тогда для передачи СУВ всех N ₀ каналов потребуется N ₀ или N ₀ / 2 циклов, объединенных в сверхцикл. Каждый цикл сверхцикла состоит из N ₀ канальных интервалов: КИ₁, КИ₂,... КИ , куда входят и дополнительные канальные интервалы, необходимые для передачи сигналов синхронизации (СС), каналов передачи СУВ и других вспомогательных сигналов.

Сформированный ИКМ сигнал (цифровой поток) представляет собой набор однополярных двоичных импульсов, которые всегда имеют только одну, например, положительную полярность, и не согласован с параметрами линии, При передаче по линии связи такой сигнал подвержен значительным искажениям и быстро затухает (т. е. дальность передачи такого сигнала невелика). Поэтому перед передачей в линию однополярный ИКМ-сигнал преобразуется в сигнал с чередованием полярности импульсов, удобный для передачи по линейному тракту. Это происходит в преобразователе кода передачи ПК_пер.

В процессе передачи по линии связи ИКМ-сигнал периодически восстанавливается (регенерируется) линейным регенератором (РЛ). На приеме сигнал восстанавливается станционным регенератором (РС) (на схеме не показан).

Процесс обработки сигналов, т. е. процесс приема, преобразования, разделения и получения исходного сигнала на принимающей оконечной станции носит обратный характер. Вначале ИКМ-сигнал из биполярного (с чередованием полярности) вновь преобразуется в однополярный в ПК_пр, из которого устройство выделения тактовой частоты (ВТЧ) выделяет тактовую частоту системы, которая используется для работы ГО_пр. Этим достигается равенство скоростей обработки сигналов на передающей и принимающей оконечных станциях. Правильное разделение сигналов телефонных каналов и каналов передачи СУВ обеспечивается приемником синхросигналов (Пр. СС).

Устройство разделения (УР) разделяет цифровые потоки СУВ и телефонных каналов. Приемник групповых сигналов СУВ (Пр. СУВ), управляемый импульсными последовательностями, следующими от генераторного оборудования приема ГО_пр, распределяет сигналы СУВ по телефонным каналам, а декодер декодирует цифровой поток телефонных каналов. Последовательность управляющих канальных импульсов УКИ₁ – УКИ поочередно открывают временные селекторы каналов (ВС), обеспечивая выделение отсчетов своего канала из группового АИМ-сигнала. Восстановление исходного (непрерывного) сигнала из последовательности его отсчетов производится с помощью фильтра нижних частот.

Приведенная структурная схема поясняет принцип передачи сигналов в одном из направлений. Передача сигналов в обратном направлении осуществляется аналогично. Таким образом, организация двухсторонней связи требует двух пар проводов, при этом пары направлений передачи и приема могут находиться как в одном кабеле (однокабельная система организации связи), так и в разных кабелях (двухкабельная система организации связи).

В системе связи обеспечена возможность передачи сигналов во встречных направлениях. На местных телефонных сетях для организации двусторонней связи между абонентами чаще всего используют двухпроводные физические цепи.

Каналы многоканальных ИКМ-систем передачи являются односторонними. Для двусторонней связи используются два встречных канала. При этом возникает необходимость соединения четырехпроводного окончания двустороннего канала многоканальной системы с двухпроводной местной линией. Это соединение осуществляется с помощью специального переходного устройства, которое называют дифференциальной системой.

ПЕРЕДАЧИ С ИКМ

 

Пусть спектр непрерывного сообщения, передаваемый системой с ИКМ, ограничен верхней частотой и требуемое количество каналов равно N. При проектировании ИКМ системы передачи требуется знать следующие параметры:

1 Количество всех каналов, организуемых ИКМ системой

 

, (29)

 

где N – заданное количество телефонных каналов;

N _С – количество каналов синхронизации и управления(N _С = 2).

 

2 Длительность цикла передачи (период дискретизации)

 

(30)

 

3 Длительность канального интервала

 

(31)

 

4 Длительность тактового интервала (период) между кодовыми импульсами в канальном интервале

 

(32)

 

где n – количество разрядов в кодовой комбинации квантованного отсчета (n = 8).

 

5 Длительность кодового импульса

 

(33)

6 Тактовая частота линейного сигнала

 

(34)

 

7 Длительность управляющих канальных импульсов

 

(35)

8 Требуемая полоса пропускания линейного тракта ИКМ системы передачи

 

(36)

СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Введение

 

Отметить необходимость совершенствования средств связи в эпоху бурного развития науки и техники. Указать на преимущества и недостатки проектируемой цифровой системы передачи.

 

Расчет спектра АИМ сигнала

 

Необходимо дать краткую характеристику используемого (по заданию) вида амплитудно-импульсной модуляции, привести расчетную формулу спектра АИМ сигнала с пояснениями о ее составляющих (для АИМ-1 – формула 8, для АИМ-2 – формула 9).

Выполнить расчеты:

- постоянной составляющей спектра (при ω = 0);

- спектра модулирующего сигнала (при ω = ω_н ÷ ω_в);

- амплитуд гармоник |А (n ω₀) | частоты дискретизации (n – по заданию);

- боковых полос (верхней и нижней) при каждой гармонике.

Расчеты постоянной составляющей, модулирующего сигнала, амплитуды первой гармоники (n = 1) и ее боковых полос выполнить по формулам (таблица 6) в развернутом виде, подставляя в них соответствующие числовые значения.

Таблица 6 – Формулы для расчета спектра модулированного
АИМ сигнала

Составляющие спектра	АИМ-1	АИМ-2
Постоянная
Модулирующий сигнал для значения ω = ωн
Гармоники частоты дискретизации,
Боковые полосы для значений, ω = n ω0 ± ωн

 

Результаты расчетов других значений спектра привести в итоговом виде. Учитывая характер энергетического спектра русского речевого сигнала (рисунок 1), принять значение спектра на частотах ω_в, n ω₀ ± ω_в равными нулю.

Результаты всех расчетов спектра АИМ сигнала привести в виде таблицы 7.

По результатам расчетов построить спектральную диаграмму АИМ модулированного сигнала (см. рисунок 6). Для уменьшения размера рисунка между отдаленными гармониками можно делать разрывы на оси частот, обозначая их следующим образом (-⁄⁄-).

 

Таблица 7 – Результаты расчета спектра модулированного
АИМ сигнала

n (по заданию)	, В	, В
n ω0 - ωв	n ω0 - ωн	n ω0 + ωн	n ω0 + ωв
. . .	–	– . . .	–		– . . .

 

Заключение

 

Необходимо отметить все сделанное в курсовой работе при проектировании цифровой системы передачи.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

Таблица 12 – Спектральные функции импульсов

 

Аналитическое выражение	График импульса	Спектральная функция
1 Прямоугольный импульс
2 Треугольный импульс
3 Трапецеидальный импульс		Принять
4 Колокольный импульс

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Утверждена

Советом Белорусского государственного университета транспорта 31.10.2001 г.

Протокол №14.

 

Программа
по дисциплине «Теоретические основы транспортной связи»
на 140учебных часов

1 Цель и задачи дисциплины

1.1 Цель преподавания дисциплины

Одной из основных в подготовке специалистов по специальности «Автоматика, телемеханика и связь на транспорте» является дисциплина «Теоретические основы транспортной связи», которая в соответствии со стандартом относится к группе дисциплин специальности Т.11.05 и является одной из основополагающих в учебном плане.

Целью преподавания дисциплины «Теоретические основы транспортной связи» является изучение основ теории сигналов и теории информации, а также принципов построения и работы разнообразных систем передачи сигналов управления и связи, их функциональных узлов.

 

1.2 Задачи изучения дисциплины

Изучив дисциплину, студент должен:

1. Знатьсостав и назначение элементов обобщенной схемы системы передачи информации; способы частотного и временного представлений детерминированных и случайных непрерывных, импульсных и цифровых сигналов; основные соотношения, определяющие производительность источников и пропускную способность каналов; способы решения задачи помехоустойчивого приема; основные способы модуляции; виды помехоустойчивых кодов, математические способы их описания и области применения в каналах с различными видами ошибок; принципы разделения каналов и структурные схемы многоканальных систем.

2. Уметь выбирать способы модуляции, кодирования, приема сигналов и других преобразований в соответствии с характеристиками каналов; оценивать эффективность систем передачи информации и их возможности обеспечения необходимой скорости и верности передачи; разбираться в принципах работы новых систем передачи и функциях их элементов.

3. Иметь представление о способах построения модемов, приемников и других преобразователей сигналов; синтезе оптимальных фильтров; направлениях развития способов и систем передачи информации на транспорте.

Для изучения дисциплины «Теоретические основы транспортной связи» студенты должны иметь хорошую подготовку по высшей математике и курсу физики, знать теоретические основы электротехники, теории линейных электрических цепей.

2 Содержание дисциплины

Введение

Задачи курса.

Связь как средство передачи информации, используемой для управления перевозочным процессом. Примеры систем передачи информации, используемых на транспорте.

Основные определения: информация, сообщение, сигнал, помеха. Виды сообщений и сигналов в системах управления и связи на транспорте.

Характерные источники и модели аддитивных и мультипликативных помех в каналах передачи информации на транспорте.

Обобщенная схема системы передачи информации электрическими сигналами и ее элементы. Показатели качества систем передачи: псофометрическая помеха, вероятность ошибки, отношение сигнал – помеха, погрешность воспроизведения и др.

 

Основы теории сигналов

 

Детерминированные (регулярные) сигналы и их характеристики, частотное и временное представление, энергия, мощность, корреляционные характеристики. Сигналы и помехи как случайные процессы, их классификация и характеристики: вероятностные, спектральные, корреляционные. Стационарность и эргодичность. Гауссовский случайный процесс. Марковские непрерывные и дискретные процессы, способы их представления. Прохождение случайных процессов через линейные и нелинейные системы.

Оценка погрешности аппроксимации и интерполяции при аналитическом описании сигналов. Разложение сигналов в обобщенный ряд Фурье по системам ортогональных функций. Представление сигналов выборками. Теорема Котельникова. Интерполяционная погрешность, определение частоты дискретизации. Разностные и дельта ─ дискретные представления. Адаптивная дискретизация и уменьшение избыточности сообщений.

Основные модели и характеристики сообщений, сигналов – переносчиков и помех. Показатели качества передачи и критерии сравнения.

 

Элементы теории информации

 

Задачи количественного определения производительности источников информации, пропускной способности каналов и достижимой верности при передаче сообщений по каналам.

Дискретные источники информации, их характеристики и модели. Количественная мера информации. Энтропия и ее свойства. Избыточность, способы и цели ее исключения и введения.

Дискретные каналы передачи информации, их характеристики. Количество передаваемой информации и пропускная способность дискретного канала. Распределение вероятностей ошибок в каналах. Взаимная информация. Основная теорема (Шеннона) о пропускной способности канала.

Модели непрерывных источников информации и их энтропия.

Дифференциальная энтропия. Непрерывные каналы, их модели и пропускная способность.

Понятие о помехоустойчивости идеальной по Шеннону системы передачи дискретных и непрерывных сообщений.

 

Оптимальный прием сигналов

Задачи приема сигналов через канал с помехами. Прием сообщений и сигналов как статистическая задача. Критерии и показатели качества оптимального приема. Апостериорное распределение вероятностей и функция правдоподобия, их использование в теории обнаружения, распознавания, оценки параметров, фильтрации и демодуляции. Понятие об асимптотически оптимальном приеме. Оптимальный прием сигналов со случайными параметрами. Согласованная фильтрация полностью известных сигналов. Помехоустойчивость дискретных и аналоговых импульсных сигналов при оптимальном приеме. Теория оптимальной линейной и нелинейной фильтрации и демодуляции при гауссовских и негауссовских помехах. Примеры использования теории оптимальной фильтрации при построении устройств автоподстройки частоты, следящих демодуляторов и т.п. Помехоустойчивость аналоговых и цифровых систем передачи информации. Способы повышения помехоустойчивости при передаче информации по каналам с помехами.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение...................................................................................... 3

1 Передача непрерывных сообщений с помощью импульсно-кодовой модуляции 6

1.1 Общие сведения о преобразованиях непрерывных сигналов в цифровых системах передачи 6

1.2 Дискретизация непрерывных сообщений...................... 11

1.3 Квантование отсчетов по уровню.................................. 17

1.4 Формирование линейного сигнала................................ 32

УДК 656.254.153.001.2 (075.8)

Фомичев В.Н.

 

Цифровая система передачи; (Методические указания к курсовому проектированию) / Белорусский государственный университет транспорта. - Гомель: БелГУТ, 2002 - 71 с.

 

Рассматриваются принципы построения цифровой системы передачи информации, законы, описывающие характеристики компандеров, их сравнительная оценка.

Уделяется внимание анализу и методике расчета спектров амплитудно-импульсных сигналов, линейных кодов, производится обоснование выбора линейного кода.

Предназначены для студентов специальности «Автоматика, телемеханика и связь на транспорте» при изучении цифровой системы связи, а также, при выполнении курсового проектирования для студентов факультета безотрывного обучения по дисциплине «Теоретические основы транспортной связи».

Библиогр. 8 назв. Табл. 10. Ил. 21.

 

 

Рецензент – зам. Начальника Гомельской дистанции сигнализации и связи Белорусской железной дороги В. И. Прокопюк.

Одобрено методической комиссией факультета безотрывного обучения.

© В. Н. Фомичев, 2002.

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие науки и ускорение технического прогресса немыслимо без совершенствования вычислительной техники, средств связи и систем сбора, передачи и обработки информации. Решение этого вопроса невозможно без создания цифровых систем передачи (ЦСП).

Непрерывные (аналоговые) системы передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) характеризуются применением аналоговых методов модуляции, при которых модулируемый параметр может принимать любые значения в некоторых допустимых пределах. Помехи вызывают паразитную модуляцию основных параметров сигналов переносчиков и после демодуляции попадают на выход канала. Помехоустойчивые методы модуляции (ЧМ и ФМ) улучшают соотношение сигнал-помеха на выходе канала. Однако поскольку при аналоговых методах модуляции все значения модулируемых параметров являются разрешенными, при приеме невозможно отличить паразитную модуляцию от полезной, а следовательно, невозможно отделить полезный сигнал от помехи.

Аналоговые системы передачи (АСП) с частотным разделением каналов обладают рядом существенных недостатков, проявляющихся при использовании их в сетях связи:

w низкая помехоустойчивость, обусловленная накоплением помех вдоль магистрали связи и взаимными влияниями каналов;

w зависимость качества передачи от длины линии связи;

w нестабильность электрических характеристик тракта передачи, контролируемых по многим параметрам;

w необходимость установки и поддержания в заданных пределах ряда параметров канала, особенно диаграммы уровней, для обеспечения требуемого качества связи;

w зависимость параметров отдельных каналов от их размещения в линейном спектре АСП.

По сравнению с аналоговыми системами передачи ЦСП обладают рядом достоинств, которые можно разделить на две группы.

1 Качественные показатели:

w высокая помехоустойчивость за счет передачи сообщений двоичными сигналами, так как в цифровых системах передачи информационные параметры переносчиков в процессе модуляции принимают конечное количество разрешенных значений, причем переход от одного разрешенного значения к другому осуществляется через конечные промежутки времени. Повышение помехоустойчивости и уменьшение накопления помех вдоль тракта передачи обусловлено восстановлением (регенерацией) сигнала. Возможность регенерации основана на том, что в ЦСП все разрешенные значения сигнала в точности известны при приеме. Если величина помехи не превышает половины промежутка между двумя соседними разрешенными уровнями, то при приеме сигнала, искаженного помехой, и выборе вместо него ближайшего разрешенного уровня сигнала ошибка не возникает. Это дает возможность многократной ретрансляции сообщений без потери достоверности;

w возможность использования сравнительно простых методов запоминания и хранения сообщений путем записи их в различного рода цифровых регистрах и запоминающих устройствах;

w групповой тракт ЦСП не требует контроля нелинейных искажений и диаграммы уровней, допускает бóльшую нестабильность характеристик затухания на каждом участке, что позволяет осуществлять лишь грубую их коррекцию;

w качество передаваемой информации не зависит от степени загрузки системы и номера канала благодаря высокой стабильности и идентичности параметров всех каналов ЦСП;

w параметры аппаратуры группообразования и линейного тракта не связаны с характером и статистическими свойствами передаваемой информации;

w возможность создания унифицированных цифровых каналов связи, пригодных для передачи любого вида информации с высоким качеством;

w принцип временного разделения каналов, применяемый в ЦСП с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ), используется в электронных автоматических телефонных станциях, что позволяет унифицировать технику передачи и коммутации. Это дает возможность создания интегральной сети связи, в которой передача информации, коммутация и выделение ее будут основываться на единых принципах.

2 Эксплуатационные показатели:

w сокращение объема настроечных работ в процессе строительства и эксплуатации ЦСП;

w незначительное количество паспортизируемых и контролируемых параметров цифровых каналов и трактов;

w простота автоматизации операций контроля качества передачи;

w малая трудоемкость ремонтных работ благодаря унификации большинства узлов и элементной базы аппаратуры;

w уменьшение удельного энергопотребления, массо-габаритных и объемных показателей, что позволяет эффективнее использовать производственные площади, а значит и снижать затраты на капитальное строительство.

Недостатком ЦСП является расширение полосы частот, требуемой для передачи сообщений с помощью ИКМ. Но это не является определяющим по сравнению с теми преимуществами, которыми обладают цифровые системы передачи информации.