Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В заключение я хотел бы поблагодарить г-жу Монику Эделмен за ее добрый характер и отличное выполнение обязанностей секретаря, связанных с моей ролью редактора этой книги. Глава 1 НЕКОТОРЫЕ ПРиМеНеНИя циФРОВОй ОБРАБОТКИ СигНАЛов в СИСТЕМАХ Свяэи С. Л. Фрини, Дж. Ф. Кайзер, Х. С. Макдональд' ) 1 1 Введение ботки сигналов.
В последние год, в б д о Ра внимание уделяется использованию цифровой обработки сигналов в системах связи. Это объясняется в значительной степени возрас аю ностью цифровых интегральных схем (ИС) средней (СИС) и большой (БИС) степени интеграции, обладающих такими желательными показателями, как малые размеры и потр б тре ляемая мощность, небольшая стоимость, помехоустойчивость и надежность. В течение нескольких последних лет авторы участ вовали в проведении научно-исследовательских работ фирмы Ве11 Яуйегп по п именениям цифровой обработки сигналов; наиболее существенные результаты этих работ будут достаточно детально рассмотрены в этой главе. Чтобы помочь читателю авторы изб" а ) р ли скорее описательныи, чем строго математический характер изложения материала.
роме того ш , они попытались использовать как можно м нье узкоспециальных, а иногда и не очень понятных терминов, кое торыми насыщена литература. Изложение мате и риала начинается с краткого обзора некоторых частей системы связи, где цифровая техника может быть наиболее эффективно использована. К ним относятся подсистемы передачи цифровых сигналов и цифровой коммутации, оконечные устройства передающих систем с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) и частотным уплотнением каналов (ЧУК), подсистемы контроля исправности системы и эхо-сигналов. Далее обсуждаются з работки и ог ам тся задача разрограммируемого процессора цифровых сигналов, взаимосвязь ст кт ь руктуры, разрядности слова и нелинейных эффектов, а также роль вспомогательных устройств процессора.
детально описываются ши окне в з р е возможности программируемого процессора циФповых сигнал алов и его использование. Завершается глава п огнозом на ближайшее будущее. а про- Э. Оппенгейм Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс У Те1еРЬопе 1.аЬога1ог1еа, 1пс., Но1пи~е1, у. 1. 07733' " 8. 1-. Ггееп, Ве!1 Т Н. ~ Мс Вопа1д р"'пе 1.аьога1ог!ев 1пс, Миггау Н111,' 1Ч.,1. 07974- а1аег, Ве11 Те!е Ьо '! ~ ' ' У с. Вопа1д, Ве!1 Те!ерЬопе 1.аЬога1ог1ев, 1пс., Но1пн1е1, Х.,1. 07733: Применение ЦОС в системах связи Глава 1 10 1.2. Обзор систем связи Поскольку сигналы в значительной степени определяют струк- стем связи обработка сигналов в этих системах играет омех важную роль. роль. Чтобы избежать искажении и перекрестных п при уплотнении множества сигналов в высокоскоростной цифровой линии связи или в широкополосном аналоговом радиоканале, сигналы необходимо тщательно отфильтровывать.
Телефонные номера передаются между крупными телефонными станциями в виде сигналов, закодированных частотами, и многие современные телефонные аппараты вместо дисковых номеронабирателей имеют частотную сигнализацию. При генерировании и детектировании сиги и тастатурном наборе необходимо применять соответств ющую обработку. Задача обработки широкого класса с г сигналов вую у возникает также при использовании тестов для контроля р аботоспособности аппаратуры и обнаружения неисправностей. 1.3. Цифровая передача Поскольку обрабатывать сигналы необходимо во всем комплексе системы связи, происходит все большее внедрение цифровой техники в большинство подсистем этого комплекса [1]. Сдвиг в сторону цифровой техники произошел в начале 60-х годов, когда 0 64мм было показано, что по паре медных проводов диаметром— можно передавать информацию со скоростью 1,5 Мбит/с на расстояние -2000 м без существенных ошибок.
Расстояние в 2000 м оказалось как раз той дистанцией, на которой в линии устанавливались нагрузочные индуктивности для компенсации завала уровня сигнала на высоких частотах, вызываемого шунтирующей емкостью. Заменяя нагрузочную катушку индуктивности активным блоком, содержащим предусилители, формирователи импульсов и выходные импульсные усилители, можно регенерировать входную импульсную последовательность и передавать ее до следующего ретранслятора. Таким образом, простая пара проводов, по которой обычно передавался один телефонный разговор, может быть использована для пе едачи цифрового сигнала со скоростью свыше 1 Мбит/с.
С учетом этого была разработана новая система передачи, известная среди связистов как система с Т-несущей, позволяющая передавать по единственной паре проводов в цифровом виде одновременно 24 телефонных разговора со скоростью 1,544 Мбит/с. В этой системе сигнал каждого телефонного разговора дискретизуется 8000 раз в секунду и каждая выборка квантуется для последующей передачи в виде цифры в двоичном коде.
Такой процесс называется импульсно-кодовой модуляцией. В этом случае каждое двоичное число представляет собой значение амплитуды напряжения (т ( ока) аналогового сигнала в определенный момент. Рис. с. 1.1. Ретранслятор системы Т1 на интегральных схемах. В системе с Т-несущей используется ИКМ, известная как 1т-255 сжатая (или логарифмическая) ИКМ [2], поскольку каждое число представляет (прнблизительно) логарифм мгновенного значения амплитуды сигнала.
Чтобы обеспечить желаемое отношение сигнал/шум, при ИКМ такого типа для представления слова требуется только 8 бит вместо 13 бит при обычной линейной ИКМ. Экономические преимущества этих ИКМ-систем настолько велики, что после их появления в 1961 г. наблюдается 40%-ный годовой рост их числа в течение целого десятилетия 1965 — 1975 гг.
В настоящее время работают телефонные линии с цифровой несущей суммарной длиной свыше 100 млн. км. На рис. 1.1 показана фотография телефонного ретранслятора ИКМ-снстемы со скоростью передачи 1,544 Мбит/с. В б удущем цифровая техника будет применяться во многих системах передачи сигналов [3]. Поскольку эфир все больше и ольше заполняется сигналами, для увеличения объема радиопередач необходимо будет либо использовать все более высокие частоты, либо применять системы, в которых энергия, несущая информацию, передается направленно. В обоих случаях из-за присущих каналам передачи свойств возникает необходимость в использовании цифровой модуляции. При применении высокочастотных радиосистем, использующих распространение радиоволн в пределах прямой видимости, возникает проблема многолучевости, обусловленная переотражениями радиоволн от плоских поверхностей на трассе связи.
Подобный эффект наблюдается в волноводах и оптических волокнах, поскольку энергия различных мод распрос- Применение ЦОС в системах связи Глава 1 12 траняется в них с разными скоростями. Проблема многолучевости может быть решена при использовании цифровой модуляции, позволяющей восстанавливать искаженный сигнал.
К концу двадцатого столетия, возможно, половина всех сигналов будет передаваться в цифровом виде. В настоящее время во многих крупных городах, таких, как Хьюстон в шт. Техас, по меньшей мере в половине всех линий, связывающих районные станции, применяются цифровые линии с Т-несущей. Но к 1980 г. в большинстве штатов более половины линий связи будут цифровыми. 1.4. Цифровая коммутация Цифровые методы проникли и в цифровую коммутацию. В настоящее время в Чикаго, шт.
Иллинойс, работает крупный междугородный коммутатор [4]. Эта коммутационная система (называемая Системой электронной коммутации Хв 4, или сокращенно Мо 4 Е55) является крупнейшим коммутатором, превосходящим по числу каналов не менее чем в 4 раза обычные междугородние коммутаторы (на 10000 линий). Основой для создания таких крупных коммутаторов служит принцип цифрового временного разделения каналов (ВРК). Ограниченные размеры коммутационных матриц обычных коммутаторов препятствуют построению больших сетей. Матрица 16К16 является типичной в обычном электронном исполнении.
Для очень больших сетей, где каждый из входов может быть подсоединен к любому из десятков тысяч выходов, необходимо иметь многозвенную систему коммутационных матриц. При этом из-за очень большой разветвленности сетей и малых размеров матриц межзвенные соединения оказываются очень редкими. Это приводит к низкой занятости и, следовательно, к малой эффективности использования коммутатора. Таким образом, создание очень больших сетей объединением групп небольших коммутаторов нецелесообразно. Временное разделение решает эту дилемму, позволяя с помощью, казалось бы, небольших коммутаторов (например, 16К16) подключать одновременно до 120 сигналов к каждому из его 16 входных или выходных контактов. Таким образом, для создания крупных междугородных коммутаторов необходимо переходить к цифровым методам. Создание коммутатора на основе ВРК имеет и другие преимущества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
