Поняття про імпульсно-кодову модуляцію

Широке застосування на практиці знаходять системи передачі ЧасРК, що одержали назву систем з імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ). Спрощена структурна схема n-канальної системи передачі з ІКМ приведена на рис. 8.6. Основними елементами системи є два комутатори-розподільники на кінцевих пунктах А і Б. Они є електронними ключами (К), станом яких (замкнуто, розімкнено) управляють спеціальні пристрої УУ. Призначення і принцип роботи комутаторів-розподільників в даній схемі абсолютно аналогічні призначенню і роботі відповідних елементів, описаних вище. Вони забезпечують дискретизацію неперервних індивідуальних сигналів і почергову передачу елементів (імпульсів) групового сигналу в кодуючий пристрій КУ (на передаючому пункті А). Комутатор-розподільник приймального пункту  забезпечує розподіл елементів групового сигналу, що поступає з декодуючого пристрою ДКУ, по відповідних ланцюгах для зворотного перетворення АІМ-сигналів в неперервні. Комутатори-розподільники на передачі і прийомі повинні працювати синхронно і синфазно.

Додатковими елементами в системах з ІКМ є кодуючі і декодуючі пристрої. В кодуючому пристрої груповий АІМ-сигнал піддається квантуванню і кодуванню, внаслідок чого перетвориться в груповий ІКМ-сигнал. В декодуючому пристрої ІКМ-сигнал перетворюється назад в груповий АІМ-сигнал.

Процеси квантування і кодування зручно пояснити по часових діаграмах. На мал. 8.7, а зображено графік неперервного сигналу і відповідного йому АІМ-сигналу, одержаного шляхом дискретизації з

кроком . На рис. 8.7, б по осі ординат відкладені квантовані (дозволені) значення амплітуд імпульсів.

Рисунок 8.6 – Структурна схема системи передачі з ІКМ

Рисунок 8.7 – Перетворення неперервного сигналу в ІКМ-сигнал

На груфіку показано вісім таких значень, пронумерованих десятковими та двійковими числами, а також нанесений АІМ-сигнал. Значення амплітуд імпульсів сигналу, як правило, не співпадають з квантованими значеннями. Сенс процесу квантування полягає в заміні реальних значень амплітуд імпульсів найближчими квантованими (дозволеними) значеннями. Квантування вносить в сигнал, що передається, деякі спотворення, які називають похибкою квантування. Похибка квантування тим менша, чим менша відстань між двома сусідніми дозволеними значеннями , яка називається кроком квантування.

Операція кодування полягає в заміні нових (квантованих) значень амплітуд відповідним двійковим числом — кодовою комбінацією. На малюнку такими комбінаціями є тризначні двійкові числа, що є порядковими номерами значень амплітуд. Таким чином, амплітуда імпульсів, що є інформаційним параметром, замінюється кодовими комбінаціями, що складаються з 1 і 0. На виході кодуючого пристрою кодові комбінації перетворяться в комбінації двійкових імпульсів. При цьому елементи комбінації 1 перетворюються звичайно на струмові імпульси, а 0 — в безструмові. В результаті перетворення на виході кодуючого пристрою виходить ІКМ-сигнал, показаний на рис. 8.7, в. Такий сигнал називається цифровим. На приймальному пункті сигнали надходять в декодуючий пристрій, який проводить перетворення ІКМ-сигналу назад в груповий АІМ-сигнал.

Таким чином, ІКМ-сигнали, які передаються по каналу зв'язку, мають більшу завадостійкість, оскільки являють собою найпростіші двійкові сигнали, параметри яких легко відновлюються задопомогою регенераторів.

Системи передачі, що використовують ІКМ-сигнали, називаються системами передачі ІКМ, або цифровими. Цифрові системи передачі ЦСП мають в порівнянні з системами з ЧРК ряд переваг, основними з яких є висока якість передачі сигналів і практично необмежена дальність передачі сигналів.

Загальні принципи побудови цифрових систем передачі

Рисунок 8.8 – Принцип побудови ЦСП

Цифрові системи передачі першого ступеня проводять дискретизацію, квантування, кодування і об'єднання 30 індивідуальних телефонних сигналів в один груповий ІКМ-сигнал з параметрами: цикл передачі =125 мкс; частота дискретизації =8 кГц; число дозволених рівнів, замінюваних восьмиелементними двійковими кодовими комбінаціями, — 256. Отже, за період =125 мкс в канал передаються 30 восьмиелементних комбінацій двійкових імпульсів, відповідних миттєвим значенням 30 телефонних сигналів. Окрім цього в кожному циклі в канал передаються два спеціальні імпульсні сигнали, призначені для фазування роботи передаючих і приймальних АЦО. Тому цикл роботи має 32 однакових по тривалості канальних інтервалу Тк в кожному з яких передаються по вісім двійкових імпульсів. Таким чином, за цикл (125 мкс) передається в канал 256 імпульсів із швидкістю 2,048  імп/с.

Принцип побудови ЦСП показаний на рис. 8.8. Як видно з малюнка, комплект кінцевої апаратури першого ступеня (система ІКМ-30) містить 30-канальні АЦО і ОАЛТ. Груповий сигнал має швидкість 2,048  імп/с.

Комплект кінцевої апаратури другого ступеня (система ІКМ-120) містить чотири АЦО-30, пристрій вторинного часового групоутворення ВВГ і ОАЛТ. Пристрій ВВГ об'єднує в один вторинний груповий сигнал сигнали чотирьох АЦО-30. При цьому швидкість передачі сигналів зростає в 4 рази і рівна 8,448  імп/с. Проте швидкість передачі групового сигналу ІКМ-120 дещо вища за це значення, оскільки він містить додаткові комбінації імпульсів, призначені для узгодження роботи чотирьох АЦО. Апаратура ІКМ-120 утворює 120 часових каналів, тобто забезпечує передачу 120 телефонних сигналів.

Третій ступінь (система ІКМ-480) утворюється шляхом об'єднання чотирьох вторинних ЦСП за допомогою пристрою третинного часового групоутворення ТВГ. При цьому швидкість передачі сигналів збільшується в 4 рази і з урахуванням додавання спеціальних комбінацій імпульсів узгодження, складає 34,368  імп/с. Система ІКМ-480 утворює 480 часових каналів.

Четвертий ступінь (система ІКМ-1920) будується шляхом об'єднання чотирьох третинних систем за допомогою спеціального пристрою — четвертинного часового групоутворення ЧВГ. Система ІКМ-1920 утворює 1920 часових каналів для передачі телефонних сигналів. Швидкість передачі групового сигналу складає 139,284  імп/с, тобто більш ніж в 4 рази перевищує швидкість передачі системи ІКМ-480.