Кодирующие и декодирующие устройства. Для передачи непрерывных сообщений цифровыми методами необходимо выполнить:

Для передачи непрерывных сообщений цифровыми методами необходимо выполнить:

- дискретизацию,

- квантование дискретных отсчетов по уровню,

- кодирование (преобразование квантованных отсчётов в цифровой сигнал).

Дискретизация - замена непрерывного сигнала последовательностью его отсчётов. Частота дискретизации F_д выбирается из условия теоремы В.А.Котельникова.

Квантование – замена отсчётов сигнала АИМ дискретными значениями ближайших разрешённых уровней (рисунок 4.4, а, б). Интервал между ближайшими разрешёнными уровнями квантования называют шагом квантования ∆ U.

При квантовании возникает ошибка квантования - разность между истинным значением отсчета и его квантованным значением:

.

Ошибка квантования лежит в пределах:

.

Шкала квантования называется равномерной, если все шаги квантования равны между собой (рисунок 4.4, а). При равномерном квантовании защищенность от шумов квантования оказывается небольшой для слабых сигналов и увеличивается с увеличением уровня сигнала.

а)	б)

Рисунок 4.4 – Квантование равномерное (а) и неравномерное (б)

При неравномерном квантовании (НК) шаг квантования изменяется пропорционально изменению амплитуды входного сигнала (рисунок 4.4, б). Использование НК обеспечивает требуемую защищенность от шумов квантования.

Применение НК эквивалентно компрессированию (сжатию) динамического диапазона сигнала. На приеме выполняется экспандирование (расширение) динамического диапазона.

В ЦСП применяется логарифмическая характеристика компандирования типа А-87, 6/13. А-87, 6 - это параметр компрессии. Вся характеристика симметрична относительно нуля, положительная и отрицательная ее ветви состоят из восьми сегментов, каждый сегмент поделен на 16 одинаковых шагов (внутри сегмента квантование равномерное). На рисунке 4.5 - положительная ветвь характеристики типа А-87, 6/13. Каждый сегмент начинается с определенного эталонного сигнала (эталона), называемого основным (см. рис. 4.5 и табл. 1.1).

Рисунок 4.5 – Характеристика квантования типа А-87, 6/13

Общее число уровней 256. Каждый из 16 уровней сегмента может быть сформирован с помощью сочетания четырех дополнительных эталонных сигналов (эталонов) (см. таб.1.1).

В С1 и С2 шаг квантования = 1Δ. Поэтому сегменты (С1, С2 +) и (С1, С2 -) считают как один сегмент. Поэтому фактическое число сегментов характеристики = 13.

Шаг квантования увеличивается вдвое при переходе к сегменту с большим порядковым номером.

Таблица 1.1 – Параметры амплитудной характеристики типа А-87, 6/13

Кодированием называется процесс преобразования квантованных импульсов АИМ-сигнала в m -разрядные группы двоичных символов.

Для кодирования телефонных сигналов в ЦСП применяют 8-разрядный симметричный двоичный код. Символ первого разряда определяется знаком АИМ-отсчета, а символы остальных разрядов – абсолютным значением амплитуды отсчета, выраженным в двоичной системе исчисления.

В современных ЦСП применяются нелинейные кодеры (НК) и декодеры взвешивающего типа. Принцип работы НК: уравновешивание кодируемых отсчетов суммой эталонных токов с определенными весами..

Кодирование осуществляется в три этапа:

- определение и кодирование полярности отсчета (такт 1);

- определение и кодирование номера сегмента, в котором заключен кодируемый отсчет (такты 2, 3, 4);

- определение и кодирование номера уровня квантования внутри сегмента (такты 5, 6, 7, 8).

В 1такте определяется знак АИМ-отсчета. Если знак положительный, то в первом разряде кодовой комбинации формируется «1», если знак отсчета отрицательный, то в первом разряде будет сформирован «0».

Формирование кода номера сегмента осуществляется по алгоритму (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Алгоритм определения номера сегмента

После четырех тактов кодирования будет оставлен включенным один из восьми эталонных токов, соответствующий нижней границе сегмента, в котором находится кодируемый отсчет. В таб. 1.1 представлены кодовые комбинации, соответствующие номерам сегментов.

Требуемый номер уровня квантования внутри сегмента составляется из набора основного и дополнительных эталонов выбранного сегмента (см. таблицу 4.1). Дополнительные эталоны подключаются последовательно, в порядке уменьшения.

На рисунке 4.7 представлена упрощенная структурная схема нелинейного кодера взвешивающего типа, содержащая компаратор К, два генератора эталонных токов ГЭТ1 и ГЭТ2, цифровой регистр ЦР, компрессирующую логику КЛ, блок коммутации эталонов БКЭ и преобразователь кода ПК.

Компаратор является схемой сравнения, которая определяет знак разности между амплитудой тока кодируемого отсчета и суммы эталонных токов.

Рисунок 4.7- Нелинейный кодер взвешивающего типа

Если в момент кодирования эта разность больше 0 (I_сигн > I_эт), то на выходе компаратора формируется «0», в противном случае – «1 ».

Два ГЭТ вырабатывают по 11 эталонов. ГЭТ1 вырабатывает эталонные токи положительной полярности, а ГЭТ2 вырабатывает эталонные токи отрицательной полярности.

Восьмиразрядный цифровой регистр с логикой управления записывает и хранит информацию от компаратора, в соответствии с которой формируются сигналы управления работой ГЭТ1 и ГЭТ2. Компрессирующая логика представляет собой логическую схему, преобразовывающую семиразрядный код, поступающий с выходов ЦР, в сигналы управления ключами ГЭТ.

Блок коммутации эталонов пропускает сигналы компрессирующей логики на входы одного из ГЭТ в зависимости от полярности отсчета.

Преобразователь кода преобразует параллельный код в последовательный.

Работой узлов кодера управляют импульсы, поступающие от генераторного оборудования передачи.

Пример кодирования отсчета I_аим=410 ∆ в табл. 1.2.

Ошибка квантования определяется по формуле:

I_ош = I_сигн− ∑ I_эт,

для рассмотренного примера она составит: I_ош = 410∆ − 400∆ =10 ∆.

Таблица 1.2 – Пример кодирования АИМ-отсчета

Декодирование - формирование сигнала АИМ из кодовых комбинаций ИКМ сигнала. Амплитудная характеристика декодера должна являться обратной функцией характеристики кодера, то есть общая характеристика тракта кодер-декодер должна быть линейна.

На рис.4.8 - упрощенная структурная схема НДек взвешивающего типа, содержащая два генератора эталонных токов ГЭТ1 и ГЭТ2, блок выбора и коммутации эталонов БКЭ, блок экспандирующей логики ЭЛ и цифровой регистр ЦР.

Рисунок 4.8 – Структурная схема нелинейного декодера

Восьмиразрядные кодовые группы записываются в ЦР с помощью управляющих сигналов генераторного оборудования. После записи последнего символа кодовой комбинации на первом выходе ЦР появляется сигнал, управляющий БКЭ. Сигналы с остальных выходов определяют номера эталонов, которые необходимо включить для формирования требуемой амплитуды сигнала. При декодировании с включением основного эталона включается сигнал коррекции (см. таб. 1.1).

Таблица 1.3 - Пример декодирования

Структура первичного цифрового потока (ПЦП)

Структура ПЦП Е1 со скоростью 2048 кбит/со показана на рис. 4.9. Поток разделяется на сверхциклы СЦ. СЦ объединяет 16 циклов передачи с Ц0 по Ц15.

Рисунок 4.9 – Структура первичного цифрового потока

Цикл передачи содержит 32 канальных интервала (тайм-слотов, англ. TS) с КИ0 (TS0) по КИ31 (TS31).

Каждый КИ это 8-разрядное кодовое слово – разряды с Р1 по Р8. Частота следования разрядных интервалов (РИ) и, следовательно, битов информации в цифровом потоке называется тактовой частотой f_т. Для ПЦП f_т = 2048 кГц.

В соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.704 существует четыре варианта структуры цикла ПЦП: РСМ30, РСМ31, РСМ30С и РСМ31С.

РСМ30 (рис.4.10) – это вариант ПЦП с канально-связанной сигнализацией. В КИ0 четных циклов передается сигнал цикловой синхронизации (ЦС, в англоязычном написании Frame Alignment Signal - FAS), он занимает разряды Р2-Р8 и имеет вид 0011011. В нечетных циклах КИ0 передается сигнал извещения на противоположную станцию о потере сигнала ЦС (Ав.ЦС), остальные 7 бит зарезервированы для нужд национальной сети (НР).

В КИ16 в цикле Ц0 передается сверхцикловой сигнал (СЦС, в англоязычном написании MultiFrame Alignment Signal -MFAS). В КИ16 циклов Ц1-Ц15 передается сигнальная информация 30 телеф. каналов (по 2 сигнальных канала СК1 и СК2 для каждого).

Рисунок 4.10 - Структура канальных интервалов в цикле

РСМ31 – это вариант ПЦП с сигнализацией по любому каналу. В этом случае выделенных сигнальных каналов не образуют, а освободившийся КИ16 м. б. передан пользователю. Остальные позиции используются так же, как и в РСМ30. Деление потока на СЦ отсутствует. Сигнальная информация при этом передается по системе ОКС №7 (система общего канала сигнализации).

РСМ30С и РСМ31С аналогичны рассмотренным, но в них предусматривается контроль появления ошибок посредством избыточного кода CRC-4 (размещается в КИ0).