Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сигналы, поступающие в этом случае по линиям в коммутатор, не нужно преобразовывать в аналоговую форму, и для их обработки достаточно использовать буферную память, что дает существенную экономию средств. Схемы цифрового контроля эхосигнала и цифровые приемники тональных сигналов также оказываются более дешевыми и надежными, чем их аналоговые эквиваленты. При ВРК экономятся и соединительные провода, поскольку по единственному проводу (цифровой уплотненной линии) одновременно передаются сотни разговоров.
Будущие коммутаторы, по-видимому, еще больше расширят возможности систем с ВРК и позволят на основе иерархической структуры мультиплексоров одновременно с речевыми каналами передавать медленно сканирующие и управляющие сигналы. При этом по линиям телефонной сети будет происходить обмен информацией между управляющими ЭВМ и микропроцессорами, служащими для сопряжения аппаратуры цифровой обработки сигналов. В будущем сигналы будут преобразовываться в цифровую форму сразу же при поступлении их по кабелю в местный телефонный узел [5]. При этом к каждой паре кабелей в зависимости от типа линии — абонентской, промежуточной или специальной — будет подключаться соответствующий блок сопряжения [6]. Поступающие сигналы далее должны быть пропущены через фильтр, дискретизованы и преобразованы в цифровую форму.
Затем к входным — выходным основным сигналам должны быть добавлены специальные сигналы для проверки и управления различными функциями устройства сопряжения, например сигналы контроля состояния линии по постоянному току или состояния тестовых реле и реле вызова [7]. Цифровой блок каждого устройства сопряжения должен быть стандартизован с тем, чтобы он подходил к любому свободному гнезду статива сопряжения.
Все внутренние подключения к этому стативу должны осуществляться через цифровую уплотненную линию с использованием нескольких уровней уплотнения. Многие свойства такой системы, названной «цифровой телефонной станцией», демонстрировались в лабораторном эксперименте [5]. Этот эксперимент показал, что применительно к местной телефонной станции новая система позволит более чем в 200 раз по сравнению с существующими системами сэкономить на соединительных проводах. Цифровые системы дают возможность разработчику оптимизировать число проводов. Перспективы появления местных полностью цифровых телефонных станций в последние два десятилетия нашего столетия являются весьма многообещающими. Таким образом, по техническим и экономическим соображениям [8] в системах связи постепенно переходят к цифровым методам коммутации и передачи сообщений, а поскольку в связи обработка сигналов играет существенную роль, цифровая обработка сигналов будет иметь важнейшее значение в будущих системах.
'1.5. 11и ° ° Цифровая обработка сигналов в передающих терминалах с импульсно-кодовой модуляцией Функции ограничения полосы частот в передающих терминалах, реализуемые в настоящее время аналоговыми фильтрами, в будущем будут частично выполнять цифровые фильтры [в терми- ЧР . т налах с временным и частотным разделением канало (ВРК в и К). В терминалах с ВРК канальный блок В (цифровой) слу- Глаза 1 Применение ДОС з системах связи жит для прямого и обратного преобразования группы аналоговых речевых сигналов в высокоскоростной последовательный цифровой поток.
В современных блоках В применяются 1 С- или активные КС-фильтры с частотой среза -3,2 кГц, подавляющие любые более высокие частоты, которые могли бы вызвать наложение частот в канале передачи (при частоте дискретизации -8 кГц) или помехи в других парах проводов, находящихся в этом же кабеле. Кроме того, для исключения помех на частотах питающей сети в систему необходимо поставить фильтр верхних частот. Обычно фильтр верхних частот имеет второй порядок, а фильтры нижних частот являются фильтрами пятого порядка с несколькими парами комплексных нулей на краю полосы. В существующих системах после фильтров стоит дискретизатор, подключаемый к общему ИКМ вЂ” кодирующему устройству.
На рис. 1.2а показана блоксхема такого терминала. В другом варианте системы цифровой обработки (8, 35] аналоговый сигнал дискретизуется с большой частотой (например, 32 кГц) и преобразуется в цифровую форму с использованием линейной ИКМ или дифференциальной ИКМ (ДИКМ), При большой частоте дискретизации цифровые фильтры позволяют удалить энергию на частотах выше 3,2 кГц, а также шумы на частотах ниже 200 Гц.
Несмотря на это, все же необходимо ставить перед аналого-цифровым преобразователем (АЦП) простой аналоговый фильтр нижних частот, В этом случае частоту дискретизации, не опасаясь, можно уменьшить до 8 кГц отбрасыванием трех отсчетов из каждых четырех. Линейная ИКМ, необходимая для выполнения цифровой фильтрации, должна быть далее преобразована в 15-сегментный р-код, используемый в ВРК-линиях. В противоположном направлении (при приеме) должна использоваться подобная цифровая обработка, в результате чего код линеаризуется, увеличивается число отсчетов методом интерполяции и получается передаваемый аналоговый сигнал. Блок-схема такого цифрового блока 0 системы показана на рис. 1.2б. Цифровой вариант системы имеет следующие преимущества: 1.
Мультиплексируемые цифровые фильтры будут, возможно, дешевле аналоговых при дальнейшем уменьшении стоимости инте г р ал ь ных схем. 2. В цифровых фильтрах не возникает проблем, связанных с дрейфом нуля и с точностью подбора элементов схем. 3. За цифровым процессором, фильтрующим цифровой дискретизованный с большой частотой сигнал. можно поставить интерполятор отсчетов, что позволит избежать необходимости синхронизации частоты дискретизации в каналах со скоростью передачи данных в линии. Другими словами, частота дискретизации может быть синхронизована с частотой обратного преобразования и тогда, когда скорости передаваемых и принимаемых двоичных чисел слегка различаются.
Схема канала А ИИ Магисгпраль Рис. 1.2а Цифровая система уплотнения каналов, использующая аналоговые фильтры. икИ Иагисп1Раль /ФАр .агкрагр „! (Плака аругих каналаа1 1 Яжрраган ланар .~7а."крглтагааая с цадпттд~а Рис; 1.2б. Цифровая система уплотнения каналог, использующая цифровые фильтры. Схема ртерма нала Схема .ттгрм,г нала Ргнф~ ка йр Пад~ аж7а ~гал~тр Дг~вр аД7алАЧ~'17 Пргр4л~гаеанаг кааа Йалгрлалраар рлтснг- трз Схемы гав~'а/77бl ранаа Схема а— мараранах аакла в ланаа 16 17 Применение ЦОС в системах связи Глава 1 вп<ыг-гппаО лл(г. гоооо 4.
Использование КОДЕКов (кодер — декодер) в каждой линии с последующим цифровым мультиплексором уменьшает вероятность заметных межканальных помех. Недостатками цифровой системы уплотнения каналов по сравнению с аналоговой являются следующие: 1; При существующей стоимости интегральных схем цифровые фильтры несколько дороже аналоговых. 2. В цифровых фильтрах нет дрейфа нуля, но всегда есть шум округления, так что для более точного представления сигнала здесь приходится использовать дополнительное число двоичных разрядов. 1.6. Цифровая обработка сигналов в передающих терминалах с частотным разделением каналов На таких телефонных станциях, как № 4 Е55, где сигналы коммутируются в цифровой форме, необходимо преобразовывать в цифровой вид все аналоговые сигналы, которые должны проходить через станцию.
Это относится не только к индивидуальным абонентским линиям, но и к любым линиям с частотным разделением каналов, по которым передаются к станции группы модулированных аналоговых сигналов с одной боковой полосой. Очевидный подход здесь состоит в том, чтобы демодулировать сигналы с одной боковой полосой обычным методом и затем обрабатывать их так же, как сигналы индивидуальных абонентских линий. Однако существует возможность использования цифрового метода обработки на более высоком уровне за счет дискретизации сложного сигнала до его демодуляции и последующего цифрового разделения каналов.
(Здесь описывается только приемная часть. Очевидно, что возможен симметричный процесс, т. е. преобразование цифровых речевых сигналов в сигналы с одной боковой полосой.) В первую очередь следует выяснить, на каком уровне системы с ЧРК нужно производить преобразование. При стандартном уплотнении в телефонной линии речевые сигналы объединяются в 12-канальную группу, далее в 60-канальную супергруппу (5 групп) и 600-канальную сверхгруппу (10 супергрупп). Выбор уровня преобразования будет зависеть от 1) относительной стоимости и трудности кодирования и декодирования различных по объему пакетов сигналов с одной боковой полосой, 2) относительной стоимости цифровой обработки в каждом случае, 3) надежности, которая снижается при увеличении числа каналов, обрабатываемых одним устройством.
В экспериментальной системе, созданной фирмой Ве11 1 аЬога1ог1ез, для преобразования был взят наименьший пакет (т. е. 12-канальная группа), хотя другие исследователи ~предлагали использовать 60-канальную супергруппу [9]. Рис. 1.3. Получение сигнала с одной боковой полосой методом Уивера. Следующим важным вопросом является выбор алгоритма цифровой обработки, который должен быть использован для разделения преобразованных в цифровую форму сигналов с одной боковой полосой.
Рассматривалось большое число рабочих алгоритмов [9 — 111. Окончательный выбор алгоритма в значительной степени будет зависеть от наиболее эффективного согласования между различными алгоритмами и уровнем технологии производства цифровых ИС ко времени создания системы. Поскольку технология ИС постоянно развивается, в настоящий момент трудно предсказать окончательный вариант алгоритма.
Одним из эффективных способов, который использовался в упомянутой выше экспериментальной системе, является вариант метода модуляции/демодуляции сигналов с одной боковой полосой, впервые предложенный Уивером [12]; он иллюстрируется на рис. 1.3. Проще начать рассмотрение с аналогового варианта метода модуляции Уивера (естественно, этот метод относится к аналоговым системам, поскольку Уивер разработал его задолго до появления цифровой обработки сигналов).
Кроме того, наиболее удобно рассмотреть устройство сопряжения, в котором сигналы базовой полосы преобразуются в сигналы с одной боковой полосой. Как и раньше, здесь существует абсолютно симметричный обратный процесс. Предполагается, что спектр каждого речевого полосового сигнала заключен в пределах от 100 Гц до 4 кГц. Сигнал подается параллельно на два модулятора с несущими, сдвинутыми по фазе на 90' и равными средней частоте канала (2 кГц). Полученные спектры изображены на рис. 1.3.
Эти спектры являются графическими представлениями преобразований Фурье, в которых перекрывающиеся боковые полосы показаны раздельно (без суммирования) . Этот искусственный прием помогает пока- 2 — 359 18 Глава 1 19 Применение ЦОС в системах связи зать, как различные боковые полосы взаимно уничтожаются в соответствующих точках. Два идентичных фильтра нижних частот (ФНЧ) не пропускают энергию на частотах выше 2 кГц. На втором этапе модуляции полученные ранее комбинации боковых полос переносятся в нужный участок спектра группы полос (стандартная группа в телефонии состоит из 12 полос по 4 кГц, занимая диапазон частот от 60 до 108 кГц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
