Волоконно-оптическая многоканальная цифровая система связи. Элементы цифровой системы связи

В этой книге мы представляем основные принципы, которые лежат в основе анализа и синтеза систем цифровой связи. Предмет цифровой связи включает в себя передачу информации в цифровой форме от источника, который создаёт информацию для одного или многих мест назначения. Особенно важным для анализа и синтеза систем связи являются характеристики физических каналов, через которые передаётся информация. Характеристики канала обычно влияют на синтез базовых составных блоков системы связи. Ниже мы опишем элементы системы связи и их функции.

1.1. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ

Функциональную схему и основные элементы цифровой системы связи поясняет рис. 1.1.1. Выход источника может быть либо аналоговым сигналом, как звуковой или видеосигнал, либо цифровым сигналом, как выход печатающей машины, - он дискретен во времени и имеет конечное число выходных значений. В системе цифровой связи сообщения, выданные источником, преобразуются в последовательность двоичных символов. В идеале мы можем представить выход источника сообщения небольшим числом двоичных символов (насколько это возможно). Другими словами, мы ищем эффективное представление выхода источника, которое приводит к источнику с наименьшей избыточностью или с полным её отсутствием. Процесс эффективного преобразования выхода источника - как аналогового, так и цифрового - в последовательность двоичных символов называют кодированием источника или сжатием данных .

Последовательность двоичных символов от кодера источника, который мы назовём источником информации , поступает на кодер канала . Цель кодера канала состоит в том, чтобы ввести управляемым способом некоторую избыточность в информационную двоичную последовательность, которая может использоваться в приёмнике, чтобы преодолеть влияние шума и интерференции, с которой сталкиваются при передачи сигнала через канал. Таким образом, добавленная избыточность служит для увеличения надёжности принятых данных и улучшает верность воспроизведения принятого сигнала. Фактически избыточность в информационной последовательности помогает приёмнику в декодировании переданной информационной последовательности. Например, тривиальной формой кодирования исходной двоичной последовательности является простое повторение каждого двоичного символа раз, где - некоторое целое положительное число. Более сложное (нетривиальное) кодирование сводится к преобразованию блока из информационных символ в уникальную последовательность из символов, называемую кодовым словом . Значение избыточности, вводимой при кодировании данных таким способом, измеряется отношением . Обратная величина этого отношения, а именно , названа скоростью кода .

Рис. 1.1.1 Основные элементы цифровой системы связи

Двоичная последовательность на выходе кодера канала поступает на цифровой модулятор, который служит интерфейсом к каналу связи. Так как почти все каналы связи, с которыми сталкиваются на практике, способны к передаче электрических сигналов (волновых процессов), основная цель цифрового модулятора сводится к отображению информационной двоичной последовательности в соответствующий сигнал. Чтобы разобраться с этим вопросом, предположим, что кодированная информационная последовательность должна передать один бит за определённое время с постоянной скоростью бит/с. Цифровой модулятор может просто отображать двоичный символ в сигнал , а двоичный символ - в сигнал . Таким способом каждый бит кодера передаётся отдельно. Мы называем это двоичной модуляцией. В качестве альтернативы модулятор может передавать кодированных информационных битов одновременно, используя различные сигналы , один сигнал для каждого из возможных -битовых последовательностей. Мы назовём это -позиционной модуляцией . Заметим, что информационная последовательность с битами поступает на вход модулятора каждые секунд. Следовательно, когда канальная скорость передачи данных фиксирована, для передачи одного из сигналов, соответствующих информационной последовательности из бит, отведён в раз больший интервал времени, чем при двоичной модуляции.

Канал связи – это физическая среда, которая используется для передачи сигнала от передатчика к приёмнику. При беспроволочной связи каналом может быть атмосфера (свободное пространство). С другой стороны, телефонные каналы обычно используют ряд физических сред, включая линии проводной связи, волоконно-оптические кабели и беспроволочные линии (например, микроволновую радиолинию). Для любой физической среды, используемой для передачи информации, существенно, что передаваемый сигнал подвержен случайным искажениям через такие механизмы, как воздействие аддитивного теплового шума, генерируемого электронными устройствами, воздействие промышленных помех (например, автомобильные помехи от системы зажигания), воздействие атмосферных помех (электрические разряды молнии во время грозы) и т.п.

На приёмной стороне системы цифровой связи цифровой демодуляторобрабатывает искажённый каналом передаваемый сигнал и преобразует его в последовательность чисел, которые представляют оценки переданных данных (двоичных или -позиционных). Эта последовательность чисел поступает на канальный декодер, который пытается восстановить первоначальную информационную последовательность, используя знание канального кода и избыточности, содержащейся в принятых данных.

Мера качества работы демодулятора и декодера – это частота, с которой возникают ошибки декодируемой последовательности. Более точно, средняя вероятность ошибки на бит для выходных символов декодера является удобной характеристикой качества демодулятора-декодера. Вообще говоря, вероятность ошибки является функцией от характеристик кода, форм сигналов, используемых для передачи информации по каналу, мощности передатчика, характеристик канала, а именно уровня шума, природы интерференции и т.д., и методов демодуляции и декодирования. Эти обстоятельства и их влияние на характеристики качества системы связи будут обсуждаться подробно в последующих главах.

На заключительной стадии, когда рассматривается аналоговый выход, декодер источника принимает выходную последовательность от декодера канала и, используя знание метода кодирования источника, применённого на передаче, пытается восстановить исходную форму сигнала источника. Ошибки декодирования и возможные искажения в кодере и декодере источника приводят к тому, что сигнал на выходе декодера источника является аппроксимацией исходного сигнала источника. Разность или некоторая функция разности между исходным и восстановленным сигналом является мерой искажения, внесённого цифровой системой связи.

Цель работы: знакомство с функциональными основными узлами цифровой системы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.

Краткие сведения из теории

В настоящее время во всём мире развивается цифровая форма передачи сигналов: цифровая телефония, цифровое кабельное телевидение, цифровые системы коммутации и системы передачи, цифровые сети связи. Качество цифровой связи значительно выше, чем аналоговой, так как цифровые сигналы гораздо более помехоустойчивы: нет накопления шумов, легко обрабатываются, цифровые сигналы можно "сжимать", что позволяет в одной полосе частот организовать больше каналов с высокой скоростью передачи и отличным качеством.

Целью данной лабораторной работы является изучение возможностей, а также изучение достоинств и недостатков цифровых систем связи. В соответствии с этой целью поставлены следующие задачи: - исследовать основные принципы цифровой системы передачи данных; - раскрыть понятие и структуру цифровой системы связи; - изучить особенности построения цифровых систем передачи.

Системы передачи информации

Под информацией понимают совокупность сведений, о каких–либо событиях, явлениях или предметах. Для передачи или хранения информации используются различные знаки (символы), позволяющие выразить (представить) информацию в некоторой форме. Этими знаками могут быть слова и фразы в человеческой речи, жесты и рисунки, форма колебаний, математические знаки и т. п.

Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщением . Так, при телеграфной передаче сообщением является текст телеграммы, представляющих собой последовательность отдельных знаков – букв и цифр. При разговоре по телефону сообщением является непрерывное изменение во времени звукового давления, отображающий не только содержание, но и интонацию, тембр, ритм и иные свойства речи. При передаче движущихся изображении в телевизионных системах сообщение представляет собой изменение во времени яркости элементов изображения. Передача сообщений, т.е. информации, осуществляется с помощью какого – либо материального носителя (бумаги, магнитной ленты и т. п.) или физического процесса (звуковых или электромагнитных волн, тока и т. п.).

Физический процесс, отображающий (несущий) передаваемое сообщение, называется сигналом . Физической величиной, определяющей такой сигнал, является ток или напряжение. Сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров физического носителя по закону передаваемых сообщений. Этот процесс (изменения параметров носителя) принято называть модуляцией .

Основными характеристиками сигнала являются длительность сигнала T c , его динамический диапазон D c и ширина спектра F c . Длительность сигнала T c является естественным его параметром, определяющим интервал времени, в пределах которого сигнал существует. Динамический диапазон - это отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к той наименьшей мощности, которую необходимо отличать от нуля при заданном качестве передачи. Он выражается обычно в децибелах. Ширина спектра сигнала F c – этот параметр дает представление о скорости изменения сигнала внутри интервала его существования. Спектр сигнала, в принципе, может быть неограниченным. Однако для любого сигнала можно указать диапазон частот, в пределах которого сосредоточена его основная энергия. Этим диапазоном и определяется ширина спектра сигнала. Можно также ввести более общую и наглядную характеристику – объем сигнала:

Vc=T c D c F c (1.1.)

Объем сигнала Vc дает общее представление о возможностях сигнала как переносчика сообщений, т.е. чем больше объем сигнала, тем большее количество информации можно поместить в этот сигнал и тем труднее такой сигнал передать по каналу связи.

Источник

сообщений

Рисунок 1.1 Упрощенная схема системы связи

Цифровой системой передач (ЦСП) называется комплекс технических средств, предназначенный для образования типовых цифровых каналов и трактов и линейного тракта, обеспечивающего передачу цифровых сигналов электросвязи.

Цифровым сигналом электросвязи или просто цифровым сигналом , называется сигнал электросвязи, параметры которого характеризуются конечным множеством возможных дискретных значений и описываются функцией дискретного времени. Переход от одного возможного значения к другому происходит скачкообразно в строго определенные моменты времени, интервалы между которыми равны или кратны выбранному единичному интервалу времени – периоду дискретизации Тд.

"Физиология" и "анатомия" цифровой связи стандарта GSM

В последние два десятилетия во всем мире наблюдается интенсивное развитие систем подвижной связи, которые не только весьма удобны, но во многих случаях стали просто незаменимым видом услуг. Весьма широкое использование получили сотовые системы радиосвязи, создание которых стало крупным научно-техническим достижением 80-90-х годов. Для работы этих систем требуется ограниченный спектр радиочастот благодаря пространственному разнесению приемопередатчиков с совпадающими рабочими частотами. Первые такие системы подвижной связи общего пользования появились за рубежом в конце 70-х годов, и с тех пор рост спроса на них значительно опережает спрос на другие услуги связи. К середине 80-х годов аналоговые системы сотовой связи (ACS - Analog Communication System), ставшие первым поколением таких систем, получили достаточно широкое распространение в ряде стран. Однако анализ серьезных недостатков, присущих аналоговым системам (в частности, несовместимость различных стандартов, недостаточно высокое качество связи и ее зависимость от удаления подвижного абонента от базовой станции, сложности с шифрованием передаваемых сообщений и ряд других), в конце 80-х годов показал, что преодолеть их возможно только на основе цифровой техники.

Аналоговый стандарт скандинавской мобильной телефонии (NMT-450 - Nordic Mobile Telephone) использует диапазон частот 453 - 468 МГц. В этом случае предоставляется значительно большая по сравнению с другими стандартами площадь обслуживания одной базовой станции и соответственно меньшие затраты, а также малое затухание сигнала на открытом пространстве. Возможность пользоваться связью на расстоянии в несколько десятков километров от базовой станции при благоприятных погодных условиях даже за пределами гарантированной зоны покрытия, если абонент может подключить высокоэффективные направленные антенны и усилители очень выгодно для обширных территорий с низкой плотностью населения. Обратной стороной медали является слабая помехоустойчивость, поскольку в этом частотном диапазоне уровень различного рода помех и их влияние выше, чем в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц (особенно ощутимо в больших городах, где развита промышленная сеть), и меньшая, чем в цифровых стандартах системы связи (DCS - Digital Communication System), возможность предоставления широкого спектра сервисных услуг. Кроме всего прочего этот стандарт абсолютно не защищен от прослушивания, поскольку его полоса частот типична для приема приемника ультракоротких волн соответствующего диапазона. В довершение ко всему стоит отметить, что аналоговые стандарты планируется заменить цифровыми - например, NMT-450 на GSM-400.

Аналоговый стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазоном частот 825 - 890 МГц характеризуется более высокой, чем у NMT-450, емкостью сетей и более надежной связью в помещениях, низкой восприимчивостью к индустриальным и атмосферным помехам. Однако меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу. Учитывая данные недостатки, был разработан цифровой улучшенный стандарт DAMPS.

Цифровой стандарт DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазон частот 825 - 890 МГц обладает емкостью сетей значительно выше, чем у NMT-450 и AMPS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах, широкий спектр сервисных услуг, а так же емкость сетей сотовой связи, работающих в этом стандарте, ниже, чем в полностью цифровых системах, но все же значительно выше, чем в аналоговых. Если при роуминге абонент из аналоговой сети AMPS попадает в цифровую - DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы, однако в этом случае преимущества цифровой связи недоступны.

Цифровые сотовые сети стали вторым поколением таких подвижных систем связи. Переход на технику второго поколения позволил использовать ряд новых решений, в том числе более эффективные модели повторного использования частот, временное разделение каналов между собой, разнесение во времени процессов передачи и приема при дуплексной связи, эффективные методы борьбы с замираниями и искажениями сигналов, эффективные низкоскоростные речевые кодеки с шифрованием передаваемых сообщений для ведения кодированной передачи, более эффективные методы модуляции и интеграцию услуг телефонной связи с передачей данных, и другими услугами подвижной связи.

Но главная особенность цифровой техники - программное управление многими процессами, включая формирование логических каналов, переключение подвижного абонента между сотами, организация современных протоколов связи на основе эталонной модели взаимосвязи открытых систем (MOSC - Open System Communication Model) международной организации по стандартизации (ISO - International Standards Organization), а также управление с помощью интеллектуальной сети. Эти преимущества определили дальнейшее развитие сотовых систем в 90-х годах на основе цифровой техники.

Существует несколько стандартов цифровых систем связи: европейский GSM (Global System for Mobile communications), американский ADS (American Digital System), традиционно использующийся в США PCS (Personal Communications Service), английский (DCS - Digital Cellular System) DCS-1800, являющийся прямым аналогом GSM-1800, и японский JDS (Japan Digital System). В странах СНГ более широко применяется стандарт GSM. Это стандарт, определяющий работу в радиотелефонных сетях общего пользования, получил распространение в Европе, однако в США принят стандарт PCS-1900, что говорит о его несовместимости с европейским вследствие различных радиочастот, применяемых для связи. В частности, европейский институт стандартизации телекоммуникаций (ETSI - the European Telecommunications Standards Institute) стандартизировал и определил основные положения действующих в настоящее время в Европе стандартов мобильной связи.

Для работы сотовых систем общего пользования в большинстве стран СНГ были выделены частотные диапазоны: 450МГц - для аналоговой системы NMT-450i и диапазон 900МГц - для систем GSM. Эти две системы стандартов NMT-450i и GSM-900 получили статус федеральных. Дальнейшее развитие сотовых систем связано как с освоением для системы GSM диапазона 1800МГц, так и с переходом к третьему поколению сотовых систем, которые позволяют более гибко решать задачи предоставления каналов подвижным абонентам (в том числе с разными скоростями передачи) за счет широкополосных систем передачи и множественного кодового разделения каналов (СDМА - Code Division Multiple Access).

В системах первого и второго поколений с множественным частотным (FDMA - Frequency Division Multiple Access) и временным (TDMA - Time Division Multiple Access) разделением каналов качество связи определяется количеством предоставляемых каналов и нагрузкой, которая ограничивается пучком наличных каналов, а если все они заняты, то абонент получает отказ. В системе же с кодовым разделением ограничение накладывается на помехи. Хотя здесь и имеет место ограниченное число кодов, а также фиксированное количество аппаратных средств формирования каналов, до этих ограничений дело обычно не доходит. Фактическое ограничение пропускной способности возникает из-за того, что все соединения, одновременно использующие весь выделенный спектр частот, могут создавать взаимные помехи. Таким образом, достигается "мягкое" управление пропускной способностью в том смысле, что рост числа пользователей (сверх определенного предела) сопровождается плавным ухудшением качества связи.

Владельцы патента RU 2454793:

Изобретение относится к области передачи и приема цифровых сигналов. Техническим результатом является повышение качества восстановления речи за счет снижения уровня шумов квантования на 6 дБ путем увеличения на единицу числа разрядов для передачи модуля отсчета. В цифровой системе связи знак отсчетов не передается и вместо 7 используются все 8 разрядов кодового слова для передачи модуля отсчетов, что снижает шум квантования на 6 дБ и тем самым повышает качество речи на приемной стороне. Введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель, пропускающий на выход только положительные отсчеты, а на приемной стороне - восстановитель отрицательных отсчетов. 2 ил.

Изобретение относится к области передачи и приема цифровых сигналов, описанных в различных источниках, например в:

1. Шмытинский В.В., Котов В.К., Здоровцов И.А.

Цифровые системы передачи информации на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1995.

2. Тюрин В.Л. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1992.

3. Нейман В.И. Системы и сети передачи данных на железнодорожном транспорте. - М.: Маршрут, 2005. - С.127-132.

По технической сущности наиболее близкой к изобретению является цифровая система ИКМ-30, описанная в первом источнике, которая по этой причине и принимается за его прототип. В остальных источниках описаны аналоги изобретения.

Прототип-кодер на передающей стороне состоит из устройства управления и последовательно соединенных компаратора, цифрового регистра, устройства преобразования сигналов управления, устройства коммутации ФЭСов, двух формирователей эталонных сигналов (ФЭСов), выход которых подключен к второму входу компаратора, на первый вход которого поступает отсчет аналогового речевого сигнала (PC). Устройство управления подключено своим выходом к управляющему входу компаратора и цифрового регистра, являющемуся выходным блоком кодера. Кодер работает по методу взвешивания, для чего используется 11 эталонов-сегментов. В нем кодирование объединено с квантованием и компандированием сигналов. Нелинейная квантующая характеристика является квази логарифмической, которая получается путем замены плавной логарифмической кривой ломаной линией, состоящей из 8-и прямолинейных отрезков-сегментов в положительной и отрицательной областях, каждый из которых соединен с двумя точками плавной кривой. Длительность каждого последующего сегмента, начиная с 3-го, удваивается по отношению к предыдущему. Внутри каждого сегмента компрессия отсутствует. Каждый уровень отсчета PC в цифровом виде представляется 8-ю разрядами (битами), называемыми кодовым словом. Первый бит несет информацию о знаке отсчета, биты с 2-го по 4-й определяют номер сегмента, в пределах которого находится амплитуда входного отсчета, а остальные с 5-го по 8-й бит определяют интервал линейного квантования в пределах данного сегмента. Структура декодера ИКМ-30 на приемной стороне совпадает со структурой кодера за исключением того, что:

Вместо компаратора с его связями используется дифференциальный усилитель, к одному входу которого подключен выход одного ФЭС, а к другому входу - выход другого ФЭС;

Отсутствует блок управления;

Цифровой сигнал поступает на вход цифрового регистра, а выходной сигнал снимается с выхода дифференциального усилителя.

Видно, что кодер и декодер ИКМ-30 сложны, а модуль отсчета PC определяется 7-ю разрядами, а не 8-ю, при которых качество восстановленной речи удовлетворяет требованиям коммерческой телефонной связи. При 7-и разрядах шумы квантования выше на 6 дБ, чем при 8-и разрядах.

Основным недостатком прототипа является повышенный на 6 дБ уровень шумов квантования по сравнению с требуемым.

Техническим результатом изобретения является повышение качества восстановленной речи за счет снижения уровня шумов квантования на 6 дБ, что достигнуто путем увеличения на единицу числа разрядов для передачи модуля отсчета.

Сущность изобретения состоит в том, что в цифровую систему связи, состоящую на передающей стороне из источника аналогового речевого сигнала (PC), дискретизатора по времени, компрессора уровня отсчетов, расширителя отсчетов, цифрового кодера, преобразователя параллельного кода в последовательный, усилителя импульсов, линии связи, а также из генератора импульсов, блока задержки импульсов по времени, генератора тактовых импульсов, причем, генератор импульсов своим выходом подключен к высокочастотному (в.ч.) входу дискретизатора непосредственно и ко второму входу расширителя отсчетов - через блок задержки по времени, а выход генератора тактовых импульсов подключен непосредственно к тактовому входу преобразователя кода, а на приемной стороне - из последовательно подключенных к линии связи усилителя импульсов приемника, регенератора импульсов, преобразователя последовательного кода в параллельный, цифрового декодера, экспандера отсчетов, фильтра нижних частот, дополнительно введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, через который подключен выход дискретизатора PC к входу компрессора, а на приемной стороне - последовательно подключенные к выходу экспандера фильтр огибающей отсчетов, преобразователь однополярных импульсов в двухполярные, дискретизатор по времени генератором импульсов, подключенным к его второму входу, интегратор по времени, к выходу которого подключен фильтр нижних частот.

Существенным отличием изобретения является передача только положительных отсчетов, а отрицательные отсчеты восстанавливаются на приемной стороне. Это позволило не передавать знак отсчета, а его бит использовать для передачи положительных отсчетов. В этом случае в кодовом слове не 7, как в прототипе, а 8 бит, отчего шум квантования уменьшен на 6 дБ. Введенные элементы реализуют сказанное.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена структурная схема предложенной цифровой системы связи, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу. На фиг.1 обозначено: 1 - источник аналогового речевого сигнала (PC), 2 - дискретизатор PC по времени, 3 - генератор импульсов, 4 - однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, 5 - компрессор уровня отсчетов, 6 - расширитель длительности отсчетов, 7 - блок задержки импульсов по времени, 8 - цифровой кодер отсчетов, 9 - преобразователь параллельного кода в последовательный, 10 - генератор тактовых импульсов, 11 - усилитель импульсов цифрового сигнала (ЦС), 12 - линия связи, 13 - усилитель импульсов, 14 - регенератор импульсов, 15 - преобразователь последовательного кода в параллельный, 16 - декодер ЦС, 17 - экспандер, 18 - фильтр огибающей, 19 - блок исключения постоянной составляющей сигнала, 20 - дискретизатор по времени, 21 - генератор импульсов дискретизации, 22 - усилитель-ограничитель амплитуды импульсов, 23 - интегратор по времени, 24 - фильтр нижних частот (ФНЧ). Введенные элементы обведены пунктирной линией.

Работа схемы предложенной цифровой системы происходит следующим образом.

На передающей стороне речевой сигнал с блока 1 поступает на н.ч. вход дискретизатора 2, на в.ч. вход которого подаются импульсы малой длительности с генератора 3. Частота следования этих импульсов определяется теоремой Котельникова и равна 8 кГц. С выхода блока 2 разнополярные отсчеты поступают на вход однополупериодного выпрямителя 4 с активной нагрузкой, который пропускает на свой выход только положительные отсчеты. Эти отсчеты компрессируются по уровню в блоке 5, после чего поступают на вход расширителя отсчетов, на другой вход которого подаются импульсы с генератора 3 через блок 7 задержки по времени на длительность τ. На выходе блока имеют место отсчеты прямоугольной формы разной амплитуды, но одинаковой длительности τ, которые поступают на вход кодера 8. Здесь амплитуда отсчета преобразуется в цифровой 8-и разрядный сигнал параллельного кода, который поступает на один вход преобразователя 9 параллельного кода в последовательный. На второй вход блока 9 подаются тактовые импульсы с генератора 10. С выхода блока 9 ЦС последовательного кода поступает через усилитель 11 в линию связи 12. На приемной стороне ЦС с линии связи поступает через усилитель импульсов 13, регенератор импульсов 14 на информационный вход преобразователя 15 последовательного кода в параллельный, на тактовый вход которого поступают импульсы с блока 14. С блока 15 ЦС поступает в декодер 16, на выходе которого имеют место отсчеты PC. Эти отсчеты расширяются по уровню в экспандере 17, компенсируя сжатие в компрессоре на передающей стороне, после чего поступают на восстановитель отрицательных импульсов, которые были исключены на передающей стороне выпрямителем 4. Первым блоком восстановителя, обведенного пунктирной линией, является фильтр 18 огибающей отсчетов, на выходе которого имеют место однополярные н.ч. импульсы, как показано на фиг.2. Блок 19, представляющий собой конденсатор большой емкости, устраняет постоянную составляющую этих импульсов, отчего они из однополярных преобразуются в двухполярные, как показано на фиг.2 с помощью пунктирной линии. Эти двухполярные импульсы поступают на н.ч. вход дискретизатора 20, на в.ч. вход которого поступают импульсы с генератора 21 той же частоты, что и с блока 3. В блоке 20 восстанавливаются отрицательные импульсы, которые после усиления и ограничения по амплитуде в блоке 22, как показано на фиг.2, поступают на вход интегратора 23 по времени. В нем восстанавливается PC со ступенчатой огибающей, которая преобразуется в плавную в ФНЧ 24, являющемся выходным блоком приемника.

Технико-экономическим эффектом изобретения является повышение качества восстановленной речи на выходе приемника за счет снижения шумов квантования на 6 дБ, что получено путем исключения передачи отрицательных отсчетов и увеличения разрядности кодового слова на единицу. Сказанное реализовано введенными элементами.

Цифровая система связи, состоящая на передающей стороне из последовательно соединенных источника аналогового речевого сигнала (PC), дискретизатора по времени, компрессора уровня сигнала, расширителя длительности отсчетов, цифрового кодера, преобразователя параллельного кода в последовательный, усилителя, линии связи, а также из генератора импульсов, блока задержки импульсов во времени, генератора тактовых импульсов, причем генератор импульсов своим выходом подключен к высокочастотному входу дискретизатора непосредственно и к второму входу расширителя длительности отсчетов - через блок задержки во времени, а выход генератора тактовых импульсов подключен непосредственно к тактовому входу преобразователя кода, а на приемной стороне - из последовательно подключенных к линии связи усилителя импульсов, регенератора импульсов, преобразователя последовательного кода в параллельный, цифрового декодера, экспандера уровня сигнала, фильтра нижних частот (ФНЧ), отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены на передающей стороне однополупериодный выпрямитель с активной нагрузкой, через который подключен выход дискретизатора PC к входу компрессора, а на приемной стороне дополнительно введены последовательно подключенные к выходу экспандера фильтр огибающей отсчетов, преобразователь однополярных импульсов в двухполярные, дискретизатор по времени с генератором импульсов, подключенным к его второму входу, интегратор по времени, к выходу которого подключен ФНЧ, являющийся выходным блоком приемника.

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству для передачи управляющей информации в системе беспроводной связи с использованием кода с малой плотностью проверок на четность (LDPC).

подвижная цифровая связь

Итак, для начала рассмотрим, как осуществляется звонок по мобильному телефону. Лишь только пользователь набирает номер, телефонная трубка (HS - Hand Set) начинает поиск ближайшей базовой станции (BS - Base Station) - приемопередающее, управляющее и коммуникационное оборудование, составляющее сеть. В ее состав входят контроллер базовой станции (BSC - Base Station Controller) и несколько ретрансляторов (BTS - Base Transceiver Station). Базовые станции управляются мобильным коммутирующим центром (MSC - Mobile Service Center). Благодаря сотовой структуре, ретрансляторы покрывают местность зоной уверенного приема в одном или нескольких радиоканалах с дополнительным служебным каналом, по которому происходит синхронизация. Точнее происходит согласование протокола обмена аппарата и базовой станции по аналогии с процедурой модемной синхронизации (handshacking), в процессе которого устройства договариваются о скорости передачи, канале и т.д. Когда мобильный аппарат находит базовую станцию и происходит синхронизация, контроллер базовой станции формирует полнодуплексный канал на мобильный коммутирующий центр через фиксированную сеть. Центр передает информацию о мобильном терминале в четыре регистра: посетительский регистр подвижных абонентов или "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашний" регистр местных подвижных абонентов (HRL - Home Register Layer), регистр подписчика или аутентификации (AUC - AUthentiCator) и регистр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Register). Эта информация уникальна и находится в пластиковой абонентской микроэлектронной телекарточке или модуле (SIM - Subscriber Identity Module), по которому производятся проверка правомочности абонента и тарификация. В отличие от стационарных телефонов, за пользование которыми плата взимается в зависимости от нагрузки (числа занятых каналов), поступающей по фиксированной абонентской линии, плата за пользование подвижной связью взимается не с используемого телефонного аппарата, а с SIM-карты, которую можно вставить в любой аппарат.

Карточка представляет собой не что иное, как обычный флэш-чип, выполненный по смарт-технологии (SmartVoltage) и имеющий необходимый внешний интерфейс. Его можно использовать в любых аппаратах, и главное - чтобы совпадало рабочее напряжение: ранние версии использовали 5.5В интерфейс, а у современных карт обычно 3.3В. Информация хранится в стандарте уникального международного идентификатора абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), благодаря чему исключается возможность появления "двойников" - даже если код карты будет случайно подобран, система автоматически исключит фальшивый SIM, и не придется в последствии оплачивать чужие разговоры. При разработке стандарта протокола сотовой связи этот момент был изначально учтен, и теперь каждый абонент имеет свой уникальный и единственный в мире идентификационный номер, кодирующийся при передаче 64бит ключом. Кроме этого, по аналогии со скремблерами, предназначенными для шифрования/дешифрования разговора в аналоговой телефонии, в сотовой связи применяется 56бит кодирование.

На основании этих данных формируется представление системы о мобильном пользователе (его местоположение, статус в сети и т. д.) и происходит соединение. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого, или даже между зонами действия разных контроллеров, связь не обрывается и не ухудшается, поскольку система автоматически выбирает ту базовую станцию, с которой связь лучше. В зависимости от загруженности каналов телефон выбирает между сетью 900 и 1800 МГц, причем переключение возможно даже во время разговора абсолютно незаметно для говорящего.

Звонок из обычной телефонной сети мобильному пользователю осуществляется в обратной последовательности: сначала определяются местоположение и статус абонента на основании постоянно обновляющихся данных в регистрах, а затем происходят соединение и поддержание связи.

Максимальная мощность излучения подвижного аппарата в зависимости от его назначения (автомобильный постоянный или переносный, носимый или карманный) может изменяться в пределах 0.8-20 Вт (соответственно 29-43 дБм). В качестве примера в таблице приводятся классы станций и абонентских устройств по применяемой мощности, принятые в системе GSM-900.

Указание мощности в децибелах более удобно для расчета бюджета радиолинии, когда значения усиления и затухания в различных звеньях тракта передачи просто суммируются с соответствующими знаками. Как и финансовый бюджет, бюджет радиолинии определяет достаточность выделяемых средств для решения поставленной задачи - в данном случае для получения требуемого качества связи. При анализе такого бюджета необходимо учитывать как факторы, добавляющие децибелы (например, мощность передатчика, коэффициент усиления антенны), так и факторы, уменьшающие децибелы (например, замирания). Обычно приемник требует определенного уровня сигнала в децибелах плюс некоторый запас на замирания, обеспечивающий гарантированное качество связи. В отличие от аналоговых систем, в которых качество связи характеризуется влиянием внутренних и внешних помех, при рассмотрении цифровых каналов все виды помех сводятся к единственному их проявлению - появлению ошибок в отдельных передаваемых символах. Поэтому качество цифровых каналов передачи характеризуется просто частотой ошибок.

Системы подвижной радиосвязи строятся по схеме "точка-многоточие" (point-multipoint), поскольку абонент может находиться в любой точке соты, контролируемой базовой станцией. В простейшем случае круговой передачи мощность радиосигнала в свободном пространстве теоретически уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Однако на практике сигнал затухает гораздо быстрее - в лучшем случае пропорционально кубу расстояния, поскольку энергия сигнала может поглощаться или уменьшаться на различных физических препятствиях, и характер таких процессов сильно зависит от частоты передачи. Например, передача на частоте 1ГГц почти не зависит от осадков или влияния атмосферы, а при частоте 10ГГц эта зависимость может оказаться достаточно сильной. С другой стороны, чем ниже частота, тем меньше затухание и меньше требуемая мощность передачи. Достаточно вспомнить, что во многих странах для телевизионной передачи в диапазоне 50-90 МГц мощность передатчика ограничивается значением 100кВт, тогда как в диапазоне 500-800 МГц можно встретить телевизионные передатчики до 5000кВт.

Однако, из этого не следует, что и у передатчиков сотовой связи мощность повышается с увеличением частоты. Наоборот, в версии системы GSM, работающей в диапазоне 1800МГц, мощности передачи на порядок ниже, чем в системе GSM-900. Если взять за основу приведенную ранее таблицу, то мощность абонентского аппарата системы GSM-1800 находится в пределах от 1Вт (вместо 8Вт в GSM-900, класс 2) до 0.25Вт (класс 5), а мощность базовой станции от 20Вт (класс 1) до 2Вт (класс 4), что объясняется размером сот. Однако на текущий момент для подвижных аппаратов системы GSM-900 мощность составляет максимум до 1Вт, реально же еще меньше. Поэтому цифры, приводимые в таблице ранее, на данный момент уже не актуальны, но приводятся для наглядности характеристики зависимости мощностей аппарата и базовой станции. Система GSM-900 рассчитана на соты радиусом в несколько десятков километров (приблизительно до 35км), а система GSM-1800 - на соты радиусом в несколько километров. Таким образом, при уменьшении мощности на порядок охватываемая площадь соты уменьшается на два порядка.