Дәріс 3. Топтық ИКМ сигнал. ИКМ-АУБ цифрлық беру жүйесінің соңғы станциясының жалпы құрылымдық сұлбасы

Импульсты – кодалы модуляцияланған арналары уақыт бойынша бөлінетін цифрлық беру жүйелерінде (ИКМ-АУБ ЦБЖ) кванттайтын және кодалайтын (кодерлер және аналогты - цифрлық түрлендіргіштер АЦТ) құрылғылар әдетте топтық болады. АЦТ шығысындағы цифрлық элементарлы тоқты (импульс - 1) және тоқсыз (пробел - 0) жіберулерден тұратын, кездейсоқ кодалық топтардың кезектілігін ұсынады және топтық ИКМ сигнал (сурет 3.1) деп аталады. Әдетте бір қалыпты кодалар қолданылады, оларда әр кодалық топтағы жіберулердің (кода разрядтығы) саны бірдей болады.

Уақыттық интервал ұзақтығын цикл ұзақтығы деп атайды. Топтық ИКМ сигналға қатысты дискретизация периодына тең уақыттық интервал ұзақтығында арналар немесе арналық интервалдар – АИ. Әр АИ m- разрядты кодалық комбинациядан тұрады. Бұл кодалық комбинация элементарлы тоқты (импульс - 1) және тоқсыз (пробел - 0) жіберулерден тұрады. Элементарлы жіберудің ұзақтығы импульс ұзақтығына тең. Дискретизация периоды мынаған тең:

(3.1)

Ұзақтығы тең импульсты беру үшін өткізу жолағының кеңдігі бар тракт болса жеткілікті. (3.1) өрнегіне және қойып және қарапайым түрлендірулерді іске асырып, топтық ИКМ сигналды беруге қажетті өткізу жолағының кеңдігі алынады:

(3.2)

Сурет 3.1 - Топтық ИКМ сигнал

Дискретизация периодының ұзақтығына тең уақытта екілік символдары берілуі тиіс, бұл цифрлық ағынның жылдамдығына сәйкес:

(3.3)

Цифрлық ағынның бір цифрлық арнасының жылдамдығы тең. Негізгі цифрлық арна үшін және , бұл жылдамдығына сәйкес келеді.

АЦТ шығысындағы көп арналы топтық ИКМ сигнал біріншілік цифрлық ағын болып табылады. Біріншілік цифрлық ағынды құрушы құрылғылардың кешенін аналоты-цифрлық жабдық (АЦЖ) деп атайды. Жоғары қуатты цифрлық ағындар бірнеше кіші қуатты ағындардың бірігуі арқылы құрылады. Цифрлық ағындарды біріктіретін құрылғылардың кешенін уақыттық топ құрушы жабдық (УТЖ) немесе уақыттық мультиплексорлау (УМ) деп атайды.

АЦЖ немесе УТЖ (УМ) шығысында топтық импульсты – модуляцияланған сигнал құрылады. Бұл сигнал - параметрлері кездейсоқ шама болатын, импульстардың кезектілігі болып табылады. Әдетте ИКМ сигнал бір полярлы екі деңгейлі кезектілік болып табылады. Бір импульсты жіберуді (импульсты немесе пробелды) беруге арналған, уақыт интервалы , тактылы интервал деп аталады (сурет 3.2). Импульс ұзақтығы (пробел) тактылы интервалдан кіші (сурет 3.2,а) немесе оған тең болуы мүмкін, яғни (сурет 3.2,б). шамасы тактылы жиілік деп аталады.

Сурет 3.2 – Импульс ұзақтығы тактылы импульстан кіші (а) және тактылы интервалға тең (б)

Негізінен тең (сурет 3.2,а) ИКМ кеңінен қолданылады. Кодалық комбинацияның кез келген разрядында бірлер мен нольдердің пайда болу ықтималдығында және символдар бір бірінен тәуелсіз болғанда, бұндай сигналдың энергетикалық спектрі келесі формуламен анықталады:

(3.4)

бұл жерде функциясы – бірлі импульстың спектральды тығыздық модулі – ол энергетикалық спектрдың үздіксіз бөлігінің және оның дискретті бөлігінің айналмасының формасын анықтайды; - кезектіліктің амплитуда дисперсиясы; - импульсты кезектіліктің орташа мағнасы; - дельта - функция. Тік бұрышты импульстар кезектілігінің энергетикалық спектрі (АЦЖ және УТЖ шығысында болады) 3.3 суретте көрсетілген.

ИКМ сигналдың энергетикалық спектрінің үздіксіз бөлігінің нольдері (3.3,б суретте 1 қисық сызық) және дискретті бөлігінің айналмасы нүктелерінде орналасқан, мұнда және тең болғанда, .

Осылайша, спектрдың дискретті бөлігі тұрақты құраушыдан және тактылы жиіліктің тақ гармоникаларынан тұрады. Бірінші гармоника тар жолақты фильтрмен бөлінеді және синхрондау үшін қолданылуы мүмкін.

Бұндай сигналдардың кемшіліктері:

1) жоғары жиілікті дискретті құраушылардың және спектрдың үздіксіз бөліктерінің үлкен қатысты қуаты. Бұл жекелеген тізбектер арасында байқалатын өтімді әсерлерге және символ аралық бұрмалануларға (бірінші жақты өтімді бөгеуілдер) әкеледі;

2) спектрдің үздіксіз бөлігіндегі төменгі жиілікті құраушыларының меншікті салмағының үлкендігі, бұл символ аралық бұрмалануларға және екінші жақты өтімді әсерлерге әкеледі.

Сурет 3.3 - және болғанда ИКМ сигналдың энергетикалық спектрінің дискретті (а) және үздіксіз бөліктері (б)

Іс жүзінде жұмыс істейтін бағыттаушы орта (байланыс желісі) жолақты фильтрдың қасиетіне ие болады, яғни 0 ден дейін және дан шексіздікке дейін төменгі жиіліктерді бермейді, бұл факт - аталған кемшіліктерді одан сайын тереңдете түседі. Байланыс желісімен сигналдарды бергенде, олардың жиілігінің спектрлерін шектеу символ аралық бұрмалануларды күшейтеді және ИКМ сигналды қабылдағанда және декодалағанда қателіктерге әкелуі мүмкін. Осы бұрмалануларды жою үшін ИКМ сигнал желілі цифрлық сигналға түрленеді, бұл сигналдың энергетикалық спектры байланыс желісінің беру параметрлерімен (сурет 3.3,б, 2 қисық сызық) ең тиімді түрде келісілген. Желілі цифрлық сигналдың құрылу процессі желілі кодалау деп аталады, ал цифрлық сигналдың ұсынылу формасы - желілі кода. ИКМ сигналдың кодасын желілі кодаға және кері түрлендіруді іске асыратын құрылғы беру трактысының (КТ_бер) және қабылдау трактысының (КТ_қаб) кода түрлендіргіші деп аталады.