Глава 3

СИГНАЛИЗАЦИЯ ПО ДВУМ ВЫДЕЛЕННЫМ СИГНАЛЬНЫМ КАНАЛАМ

Versate diu, quidferre recusent. Quid vacant humri, лат (Прежде прикиньте в уме, что смогут вынести плечи) Гораций. «Наука поэзии»

3.1. СИГНАЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ С ИКМ

Термин «сигнализация по тракту ИКМ» столь же общеупотребим, сколь и ошибочен, в связи с чем автор хотел бы еще раз (не в первый и не в последний в этой книге) обратить внимание на различие между средой передачи и соответствующими системами сигнализации. Оборудование ИКМ обеспечивает только среду цифровой передачи, в которой имеется возможность, в числе других видов информации, и передачи сигнализации. В свою очередь, системы сигнализации по одному или двум выделенным сигнальным каналам (ВСК), описанные в этой главе, реализуются, наряду с другими способами, и путем передачи сигналов в каналах систем ИКМ.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) - это метод преобразования информации из аналоговой формы в цифровую для коммутации и передачи, запатентованный А.Х. Ривесом в 1938 г. Метод включает в себя стробирование аналоговых сигналов в полосе 0.3 - 3.4 кГц, квантование и кодирование результатов в цифровой форме.

Изложение теоретических основ метода импульсно-кодовой модуляции остается далеко за пределами этой книги. Именно этим была обусловлена некоторая скороговорка в виде упоминания теоремы Котельникова-Шеннона в первом издании книги, замеченная искушенным читателем. В связи с этим необходимо краткое пояснение. Первый теоретический результат, который следует упомянуть в этом контексте, был получен Найквистом [130] в 1924 г. и представляет собой пропорциональную зависимость количества импульсов, которые могут быть переданы в течение единицы времени по каналу с ограниченной полосой частот, от ширины полосы частот этого канала. Далее, в 1928 г., Хартли вывел из результата Найквиста ограничение на количество данных, которые могут быть надежно переданы по физическому каналу. В 1942 г. Норберт Винер предложил принципиально новый подход, преодолевающий эту трудность, и решил задачу оптимальной линейной фильтрации. В 1947 г. В.А.Котельников [131] установил фундаментальные предельные ограничения на все возможные в будущем системы модуляции и приема сигналов. Все дальнейшее развитие теории связи основывается на методах и результатах Котельникова. Важнейший результат был также опубликован Клодом Шенноном в 1948 г. Шеннон опроверг общепринятое и оказавшееся неверным представление о том, что шум накладывает неизбежные ограничения на точность связи и показал, что влияние шума при передаче по каналу с ограниченной шириной полосы частот и ограниченной величиной сигнала может быть полностью описано одним параметром, называемым пропускной способностью канала

Стробирование заключается в замене аналогового сигнала последовательностью его мгновенных значений, отсчитываемых с определенной частотой. Согласно вышеизложенному, значение сигнала будет точно воспроизведено, если частота стробирования по крайней мере в 2 раза выше, чем частота самого сигнала Для речевого сигнала, ограниченного при телефонной передаче частотой 3400 Гц, частота стробирования принята равной 8000 имп/с, и, следовательно, период стробирования, т е интервал между соседними сканированиями, равняется 125 мкс (1 с/8000=125 мкс). Точность восстановления сигнала не зависит от ширины строба. Следовательно, по одному тракту можно передавать стробы нескольких независимых друг от друга сигналов. Это и есть амплитудно-импульсная модуляция (АИМ).

Последовательность импульсов АИМ не может быть передана по линии, так как на приемной стороне из-за амплитудных искажений невозможно будет восстановить

модулированный сигнал. Из теории информации следует, что для восстановления на приемной стороне модулированного сигнала с необходимой точностью достаточно располагать определенным конечным числом значений амплитуды. В системе ИКМ используется 256 уровней. Имея конечное число уровней, их можно пронумеровать и переслать по линии номер уровня. Это и составляет сущность импульсно-кодовой модуляции.

Квантование - это процесс сопоставления значений амплитуды взятого дискрета (сигнала АИМ) ближайшему выделенному уровню, т.е. одному из 256 так называемых уровней квантования. Номер каждого уровня выражается в двоичной системе счисления.

Кодирование основано -на замене значения квантованного дискрета восьмиразрядным словом. Квантование и кодирование осуществляются с помощью кодера. Воспроизводимый в приемнике сигнал не совпадает в точности с передаваемым сигналом, поскольку, ввиду конечного числа уровней квантования (256), вершина дискрета может занимать произвольное положение внутри интервала, который определяется величиной шага квантования, т.е. расстоянием между последовательными уровнями квантования. Поэтому в приемнике значение восстановленного сигнала располагается в середине интервала квантования. Таким образом на приемной стороне принимаются два сигнала: сигнал, идентичный переданному и разностный сигнал (разность между переданным и восстановленным сигналами), который называется шумом квантования.

Такая последовательность операций обеспечивает возможность представления сериями 8-битовых кодов любых аналоговых сигналов. Эти 8 битовые коды из различных разговорных каналов размещаются в соответствующих временных интервалах и собираются в блоки для передачи. Методика называется временным разделением каналов (ВРК).Структура временных интервалов зависит от применяемых стандартов ИКМ-30. ИКМ-24. ИКМ-15, ИКМ-12 и т.п., некоторые из которых описаны ниже.

Ширина полосы, необходимая для передачи сигнализации намного меньше, чем для передачи речи. Поэтому сигнализация для некоторых разговорных каналов в системе ИКМ может осуществляться в небольшой части полосы ИКМ тракта. Как уже отмечалось в главе 1, это может быть сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК) или общеканальная сигнализация (ОКС).

В случае ВСК необходима идентификация разговорною канала, к которому относится тот или иной линейный сигнал, что осуществляется фиксацией положения сигнальных битов. Сигнаглы имеющие отношение к соответствующему разговорному каналу всегда передаются битами размещенными в специально назначенной для этого разговорного канала позиции.

ITU-7 определил стандарты ИКМ сигнализации для 30-канальных и 24-канальных систем. На телефонных сетях Российской Федерации и стран СНГ используются также 15-канальные и 12-канальные системы. Организация передачи сигнализации в этих четырех стандартах различна.

В 30-канальных системах ИКМ 8-битовые коды, относящиеся к 30 речевым каналам, составляют «циклы». Каждый 8-битовый код вставляется во временной интервал внутри цикла как показано на рис 3.1. Временной интервал О используется для целей синхронизации а временные интервалы 1-15 и 17-31 используются для передачи речевых сигналов. Временной интервал 16 предназначается для сигнализации. Первые четыре бита используются для образования четырех сигнальных каналов (а, Ь, с. d) одного разговорного канала, а последние четыре бита в байте 16-го канала используются для образования четырех сигнальных каналов (а, Ь, с. d) другого разговорного канала. В следующем цикле через 125 МКС передаются сигналы, относящиеся к другой паре разговорных каналов. Шестнадцать циклов составляют «сверхцикл», в течение которого производится однократная передача сигнализации для всех 30 разговорных каналов.

Рис. 3.1. Цикловая структура 30-канальной системы ИКМ

Для определения номера цикла в сверхцикле в 16-ом временном канале нулевого цикла передается сверхцикловой синхросигнал, от которого ведется отсчет сигнальных каналов. Временной интервал 16 в цикле 1 включает в себя сигнальные биты для разговорных каналов 1 и 16, временной интервал 16 в цикле 2 включает в себя сигнальные биты для разговорных каналов 2 и 17 и т.д. Так как в сверхцикле 16 циклов, то период дискретизации сигнальных каналов равен 16*125мкс=2мс. Следовательно, искажение линейной сигнализации при передаче в ИКМ-30 может составить 2мс.

Основные параметры системы ИКМ-30/32, используемой на российских телефонных сетях:

Число канальных интервалов (каналов) в цикле 32

В том числе:

речевых 30

сигнальных 1

синхронизации 1

Длительность цикла, мкс 125

Длительность интервала, мкс 125:32=3,9

Число разрядов (бит) в канальном интервале 8

Частота стробирования, имп/с 8000

Число уровней квантования 256

Пропускная способность системы Мбит/с 32х8х8х10=2,048±50х10"

В 24-канальных системах ИКМ применяется другой метод - метод захвата бита. В этом случае два цикла внутри сверхцикла - цикл 6 и цикл 12 обозначаются как циклы сигнализации. В этих циклах первые 7 бит используются для кодирования речи, а последний 8-й бит используется для сигнализации (табл.3.1). Такое использование битов для сигнализации практически не оказывает воздействия на качество передачи речи в телефонных каналах.