но построить оптимальный квантователь с неравномерным шагом квантования, однако технические трудности его реализации вынудили искать другие пути.

Для уменьшения шумов квантования в настоящее время применяют два способа. Первый способ состоит в том, что сигнал в системе передачи подвергается компапдировшшю. Компандированием называется процесс, состоящий из двух взаимообратных преобразований. Вначале перед равномерным квантованием дискретный сигнал подвергается компрессии, т.е. неравномерному усилению, при котором дискретный сигнал становится больше при слабых сигналах и меньше при больших. На приемной стороне при восстановлении сигнала производится обратное преобразование - экспандирование, и сигнал приводится к исходному виду.

В настоящее время применяются два приблизительно равноценных закона компандиро-вания: \iuA, описываемые следующими аналитическими выражениями: > = sgn(A:){ln(l + px)/ln(l + p)}, где -1<х<1

sgn(jr){(l + \пА\х\)/(\ + 1п А)}, где 1 / Л <х< 1

sgnix){A IXI /(1 + In А)}, 0<х<\/А,

где X = ивх/и,ьк max; Р = 255; А = 87,5. (Заметим, что эти выражения являются характеристиками компрессора.) В Европе (в том числе и в бывшем СССР) применяется А-закон компандирования, причем для простоты реализации используется 13-сегментная кусочно-линейная аппроксимация этого закона (рис. 1.7). В северной Америке и Японии применяется р-закон.

Второй способ снижения шумов квантования состоит в использовании цифровой компрессии. При этом сигнал после равномерного квантования кодируется в линейном кодере с большим числом шагов квантования (например, с числом шагов 4096), чем это принято при обычной -компрессии (например, 256), а затем из полученных 4096 комбинаций выбирается только 256. Зависимость шума квантования от

уровня модулируемого сигнала остается такой же, как и при использовании аналогового компандера.

Кодирование. квантованного отсчета называется отождествление этого отсчета с кодовыми словами, где под кодовым словом понимается упорядоченная последовательность символов некоторого алфавита.

На практике в ИКМ аппаратуре используют двоичные кодовые слова (рис. 1.6, г), причем каждое двоичное слово соответствует определенному уровню квантования сигнала. Практически была установлена зависимость между числом уровней квантования и качеством переданной речи (табл. 1.1). Согласно рекомендациям МККТТ, было принято 256 уровней квантования, а длина кодового слова - 8 двоичных символов (бит).

При отождествлении уровня квантования с двоичным кодовым словом широко используются два кода: натуральный и симметричный. В натуральном двоичном коде двоичные слова, соответствующие квантованным отсчетам сигнала, представляют собой неотрицательные целые числа, взятые в порядке возрастания амплитуд сигнала. В симметричном

1 i

8 4 2

Рис. 1.7. 13-сегментная аппроксимация А-закона компандирования

двоичном коде один символ кодового слова отражает полярность квантованного отсчета, а остальные символы определяют двоичное число, представляющее абсолютную величину этого сигнала.

Таблица. 1.1. Зависимость между качеством передачи речи и числом уровней квантования

1.4. Разделение и объединение цифровых сигналов

Если рассмотреть простейшую сеть, состоящую из двух пунктов А и Б, между которыми организовано N цифровых каналов (здесь не оговаривается каким образом), то независимая передача сигналов по этим каналам возможна, если эти каналы разделены между собой. Возможны следующие способы разделения каналов между двумя пунктами:

- пространственное разделение (space division), использующее различные передаюшие среды для организации каналов;

- временное разделение (time division), осуществляющее передачу цифровых сигналов в разные временные интервалы в различных каналах;

- кодовое разделение (code division), при котором разделение происходит путем применения конкретных значений кодов для каждого сигнала;

- разделение по длине волны, при котором цифровые сигналы передаются по цифровым каналам, организованным на различных длинах волн в оптическом кабеле;

- разделение по моде при организации канала на различных типах электромагнитной волны (модах) полых волноводов и оптического кабеля;

- разделение по поляризации электромагнитной волны полых волноводов и оптического кабеля.

Во всех случаях разделение каналов между двумя узлами не предполагает наличие единой среды распространения электромагнитного сигнала. Для передачи сигналов в одной среде распространения разделенные по тому или иному признаку (кроме пространственного) каналы с помощью операции объединения (мультиплексирования) группируются, образуя цифровую систему передачи (ЦСП).

В цифровых системах коммутации (ЦСК) такое объединение и разделение сигналов чаще всего происходит с помощью временного мультиплексирования (time division multiplexing). Временное мультиплексирование в настоящее время является важной составной частью не только ЦСП, но и ЦСК, и играет определяющую роль особенно на стыке этих систем. В телефонии временное мультиплексирование определяется как инструмент для распределения (разделения и объединения) телефонных каналов во времени при передаче по одной физической линии связи. При этом используется один из видов импульсной модуляции. Каждый импульс соответствует сигналу одного из каналов, сигналы от разных каналов передаются последовательно.

Принцип временного объединения сигналов показан на рис. 1.8, где изображен вращающийся коммутатор К (в центре), попеременно подключающийся к выходам последовательности каналов. К выходу канала 1 коммутатор подключается в момент времени i, к выходу канала 2 в момент времени t2, к выходу канала в момент времени In, после чего процесс повторяется. Результирующий выходной сигнал будет состоять из последовательности сигналов разных каналов, смещенных друг относительно друга на время

At = ti-t„.

Разделение сигналов на приемной стороне будет происходить аналогично: вращающийся коммутатор поочередно подключается к каналам, передавая первый сигнал в канал номер 1, второй - в канал номер 2 и т.д. Очевидно, что работа коммутаторов на приемной и передающей стороне должна определенным образом синхронизироваться, чтобы сигналы, пришедшие по линии, направлялись в необходимые каналы. На рис. 1.9 представлены временные диаграммы для случая объединения трех каналов, по которым передаются амплидудно-импульсно модулированные сигналы.

Как указывалось выше, в ДСП используются ИКМ сигналы, представляющие собой цифровые кодовые последовательности, состоящие из нескольких бит. Временное объединение нескольких ИКМ сигналов - это объединение кодовых последовательностей, поступающих от различных источников, для совместной передачи по общей линии, при котором линия в каждый момент времени предоставляется для передачи только одной из поступивших кодовых последовательностей.

Временное объединение ИКМ сигналов характеризуется рядом параметров. Цикл временного объединения есть совокупность следующих друг за другом интервалов времени, отведенных для передачи ИКМ сигналов, поступающих от различных источников. В цикле временного объединения каждому ИКМ сигналу выделен конкретный интервал времени, положение которого может быть определено однозначно. Поскольку обычно каждый сигнал соответствует своему каналу передачи, то такой интервал времени, отведенный для передачи одного канала, называют канальным интервалом (КИ). Выделяют два типа цикла - основной, продолжительность которого равна периоду дискретизации сигнала, и сверхцикл - повторяющаяся последовательность следующих друг за другом основных циклов, в которой положение каждого из них определяется однозначно.

4 3 2 1

Рис. 1.8. Круговая интерпретация временного мультиплексирования

Первый канал

Второй канал

Третий канал

iiii

123 123 123 t

Рис. 1.9. Временное объединение