Каналы, разделенные во времени

Дополним рассказ о системах передачи рассмотрением еще одного метода организации многоканальной связи, имеющего принципиальное значение для будущего электросвязи.

Выше достаточно подробно было рассказано, как образуются аналоговые многоканальные системы с разделением каналов путем размещения каждого в своем частотном диапазоне. Такой способ годится для любого вида информации, передаваемой как в аналоговом, так и в дискретном виде. Но оказывается, что, преобразовав электрические сигналы в дискретную форму, мы получаем возможность создать многоканальную систему с разделением каналов не по частоте, а по времени. Создание такой системы оказалось возможным в связи с изобретением методов преобразования, позволяющих любой аналоговый сигнал передавать в виде последовательности двоичных сигналов, т. е. в виде дискретного бинарного сигнала, из которого обратным преобразованием может быть с достаточно высокой точностью восстановлен исходный аналоговый сигнал.

Процесс преобразования аналогового сигнала в дискретный осуществляется следующим образом (рис. 3). Сначала непрерывный аналоговый сигнал представляют как последовательность узких импульсов, «вырезанных» из него через интервалы времени, равные половине периода самой высокой частоты, содержащейся в аналоговом сигнале. Например, если взять для звука речи верхнюю частоту 4000 Гц, то половина ее периода равна 1:4000:2= =125х10~6 с, т. е. 125 мкс (рис. 3, а).

Оказывается — и это доказано строго математически,— что если на приемный конец линии вместо полного сигнала поступят только эти узкие импульсы, то по ним можно совершенно точно восстановить исходный информационный сигнал. Но эти импульсы еще не являются двоичными сигналами. Чтобы их превратить в таковые, надо каждый импульс «измерить» по высоте, а затем число, полученное в результате измерения, представить в некотором двоичном коде, состоящем из группы бинарных

сигналов (бит), которые и посылаются в линию (рис. 3, б). На другом конце линии специальные устройства на основании принятого кода восстанавливают амплитуду каждого импульса, после чего из этих импульсов восстанавливается исходный аналоговый сигнал. Точность восстановления аналогового сигнала зависит от того, с какой точностью измерены импульсы, его характеризующие. А эта точность зависит от числа бит используемой группы.

Действительно, двоичным кодом мы можем представить только целые цифры, например при пятизначном коде цифры 0, 1, 2, ... и до 31, при шестизначном — от 0 до 63, при семизначном — от 0 до 127, при восьмизначном— от 0 до 255. Это легко проверить из соотношения: число цифр, включая ноль, равно 2W, где п — количество знаков в коде.

В то же время высота импульса исходного сигнала может иметь и не целые значения. В результате сигнал, который на передающем конце был непрерывным, на примере будет представлен в виде некоторой ступенчатой кривой, измеряемой целыми числами. Чем меньше знаков в коде, тем грубее будут ступеньки и, следовательно, тем хуже точность отсчета, и наоборот, чем больше знаков в коде, тем точнее отсчет импульса. Ступенчатость аналогового сигнала, восстанавливаемого из бинарного сигнала, эквивалентна тому, что в исходном сигнале появляется некоторая помеха, называемая шумом квантования. Естественно, что чем больше знаков имеет код, тем меньше шум квантования.

Для передачи речи достаточно восьмизначного кода (256 значений отсчета амплитуды). При применении такого кода вместо каждого «вырезанпого» из аналогового сигнала импульса (которые, как мы уже выяснили, следуют один за другим через 125 мкс) в линию посылается восемь единиц и нулей в некоторой комбинации (т. е. один байт), характеризующей- высоту каждого импульса *. Легко подсчитать, сколько пулей п единиц передается в течение одной секунды, т. е. скорость передачи сигнала речи в двоичном коде. Количество «вырезанных» из аналогового сигнала импульсов в секунду равно 1:125 :10"в=8.103, вместо каждого импульса посылается за то же время восемь единиц или нулей, т. е. общая скорость передачи речи в двоичном коде равна 8»8.103=64 килобита в секунду.

Идентичным образом можно превратить в двоичный сигнал любые из аналоговых сигналов — сигналы телевидения, радиовещания, фототелеграфа, передачи газет и др.

Цифровизация информационных сигналов явилась основой для многоканальных систем передачи, построенных по принципу разделения каналов не по частоте, а по времени.

Действительно, человеческая речь может быть передана в виде последовательности байтов, поступающих в линию со скоростью 8000 раз в секунду, т. е. через 125 мкс. Но мы не оговаривали, какова должна быть продолжительность каждого байта во времени (лишь бы для речевого сигнала его протяженность не превышала 125 мкс). Можно передавать речевой сигнал с помощью последовательности весьма коротких байтов, которые на приемном конце растягиваются до любой нужной протяженности. Предположим, что мы доведем протяженность байта во времени до 4 мкс (т: е. каждый бит в этом байте будет занимать 4 : 8=0,5 мкс). В результате этого в линии в каждом интервале времени протяженностью 125 мкс будет занято лишь 4 мкс. В остальные 121 мкс линия будет свободна от электрических импульсов. Почему же не занять это время для передачи сигналов такого же типа, но полученных от других разговоров? Если на каждый байт этих других сигналов тоже занять по 4 мкс *, то можно вставить туда еще 31 разговор и получить одновременно 32 телефонных канала в одной линии. Отделить эти каналы один от другого на приемном конце можно с помощью специальных временнйх фильтров. Таким образом получим систему передачи на 32 канала.


::Следующая страница::