Цифровые системы управления связью

1. Эталонная модель взаимодействия открытых систем

1.1. Общие положения

Эталонная модель OSI стала основной архитектурной моделью для систем передачи сообщений.

Эталонная модель OSI делит проблему передачи информации между абонентами на семь менее крупных и, следовательно, более легко разрешимых задач. Каждой из семи областей проблемы передачи информации ставится в соответствие один из уровней эталонной модели. Два самых низших уровня эталонной модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением, остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.

Рис. 1.1. Пример связи уровней OSI

В качестве примера связи типа OSI предположим, что Система А на Рис. 1.1 имеет информацию для отправки в Систему В. В этом случае информация из прикладного процесса через уровень 7 сообщается с уровнем 6, который модифицирует информацию, делая ее понятной для уровня 5 и т.д. вплоть до физического уровня системы А. На стороне системы В осуществляется обратное преобразование, начиная от низших уровней до самого верхнего. Следовательно, каждый уровень Системы А использует услуги, предоставляемые ему смежными уровнями, чтобы осуществить связь с соответствующим ему уровнем Системы В. Нижестоящий уровень называется источником услуг, а вышестоящий - пользователем услуг. Взаимодействие уровней происходит в так называемой точке предоставления услуг.

Обмен управляющей информацией между соответствующими уровнями системы OSI осуществляется в виде «заголовков», добавляемых к информационной части. В принимающей системе осуществляется анализ этой информации с последующим удалением соответствующего заголовка перед передачей на верхний уровень.

Каждый уровень имеет заранее заданный набор функций, которые он должен выполнить для проведения связи.

Прикладной уровень (уровень 7) – это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI. Он обеспечивает услугами прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные процессы, а также устанавливает и согласовывает процедуры устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

Представительный уровень (уровень 6) отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.

Сеансовый уровень (уровень 5) устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. Кроме того, сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.

Транспортный уровень (уровень 4). Функцией транспортного уровня является надежная транспортировка данных через сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).

Сетевой уровень (уровень 3) - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами. Поскольку две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей.

Канальный уровень (уровень 2) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления об ошибках, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

Физический уровень (уровень 1) определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики установления, поддержания и разъединения физического канала между конечными системами.

2. Основные сведения о сетях электросвязи

2.1. Основные определения

Сеть связи - совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение сообщений. Принципы построения сетей связи зависят от вида передаваемых и распределяемых сообщений.

В настоящее время применяют следующие принципы построения (топологии) сетей:

"каждый с каждым". Сеть надежна, отличается оперативностью и высоким качеством передачи сообщений. На практике применяется при небольшом числе абонентов. Если произойдет обрыв одной из соединительных линий, то это не повлияет на общую работоспособность сети, т.к. существует множество обводных маршрутов следования информации.

радиальный ("звезда"). Используется при ограниченном числе абонентских пунктов, расположенных на небольшой территории. Пример, организация сети связи между абонентами и АТС. Недостаток заключается в том, что если произойдет поломка центрального узла, то нарушается работа всего узла связи в целом.

радиально-узловой. Такую структуру имеют городские телефонные сети, если емкость сети не превышает 80...90 тысяч абонентов;

радиально-узловой с узловыми районами. Используется при построении телефонных сетей крупных городов.

Телеграфные сети строятся по радиально-узловому принципу с учетом административно-территориального деления страны. Оконечными пунктами телеграфной сети являются либо отделения связи, либо телеграфные абоненты, обладающие телеграфной аппаратурой. Сеть имеет три уровня узловых пунктов: районные, областные и главные. Сеть передачи данных имеет схожую структуру. Сеть факсимильной связи строится на базе телефонной сети.

2.2. Сети передачи индивидуальных сообщений

Для обеспечения передачи индивидуальных сообщений необходимо связать (соединить) оконечные аппараты абонентов. Электрическая цепь (канал), состоящая из нескольких участков и обеспечивающая передачу сигналов между абонентами, называется соединительным трактом.

Процесс поиска и соединения электрических цепей называется коммутацией каналов. Сеть, обеспечивающая коммутацию каналов, называется сетью с коммутацией каналов (СКК). Узловые станции сети СКК называются станциями коммутации.

При передаче документальных сообщений кроме организации связи с коммутацией каналов возможно осуществлять поэтапную передачу сообщения от узла к узлу. Такой способ передачи получил название коммутации сообщений. Соответственно сеть, обеспечивающая коммутацию сообщений, называется сетью с коммутацией сообщений (СКС).

Разновидностью сети СКС является сеть с коммутацией пакетов (СКП). В этом случае полученное от передающего абонента сообщение разбивается на блоки (пакеты) фиксированной длины. Пакеты передаются по сети (необязательно по одному и тому же маршруту) и объединяются в сообщение перед выдачей принимающему абоненту.

Узловые станции сетей СКС и СКП называются центрами коммутации сообщений (ЦКС) и пакетов (ЦКП) соответственно.

3. Цифровые системы передачи

3.1. Преимущества цифровых систем передачи

Рассмотрим основные преимущества цифровых методов передачи перед аналоговыми.

Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния.

Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых.

Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться к скорости передачи группового сигнала. При использовании временного метода уплотнения, скорость передачи резко возрастает.

Возможность построения цифровой сети связи. Когда параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надежностными и качественными показателями.

Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.

3.2. Кодирование в цифровых системах связи

При квантовании непрерывного сигнала формируется поток бит, который оптимален с точки зрения уменьшения ошибок квантования, но не пригоден для передачи по каналу связи по ряду причин:

- выходной цифровой поток имеет широкий спектр, что затрудняет его передачу по каналу связи с ограниченной полосой пропускания и осложняет процесс регенерации сигнала синхронизации.

- спектр сигнала имеет много низкочастотных составляющих, которые могут интерферировать (смешиваться) с составляющими передаваемого низкочастотного сигнала.

- спектр содержит большую постоянную составляющую, что усложняет процесс фильтрации.

Для оптимизации спектра сигнала, передаваемого в линию связи, используется линейное кодирование, которое должно обеспечить:

- минимальную спектральную плотность на нулевой частоте и ее ограничение на нижних частотах.

- информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала в виде дискретной составляющей, легковыделяемой на фоне непрерывной части спектра.

- непрерывный спектр должен быть узкополосным для передачи через канал связи без искажений.

- малую избыточность, для снижения относительной скорости передачи в канале связи.

- минимально возможные длины блоков повторяющихся символов («1» или «0») и диспаритетность (неравенство числа «1» и «0» в кодовых комбинациях).

Для линейного кодирования число уровней входного сигнала , а число уровней выходного сигнала может быть 2 (двухуровневые), или 3 (трехуровневые). Двухуровневое кодирование может быть однополярным (+1, 0) и двухполярным (+1, -1); трехуровневые – однополярным (+2, +1, 0) и двухполярным (+1, 0, -1). Например, электрические линии связи могут использовать как однополярные, так и двухполярные сигнала, а оптические линии – только однополярные.

В различных методах кодирования 1 может быть представлена положительным импульсом или переходом в центре импульса с +1 на 0 или -1. Ноль может быть представлен отсутствием импульса (0) или отрицательным импульсом (-1), а также переходом в центре импульса с -1 на 0 или +1.

Опишем такие основные виды кодов:

NRZ – not return to zero – основополагающий двухуровневый код без возвращения к нулю. Может быть как однополярным, так и двухполярным. При этом «1» передается положительным импульсом, а «0» - либо отсутствием импульса, либо отрицательным импульсом.

RZ – return to zero – основополагающий трехуровневый код с возвращением к нулю. При этом «1» передается переходом в центре импульса с +1 на 0, а «0» - переходом в центре импульса с -1 на 0.

ADI – alternate digital inversion – двоичный код с инверсией полярности сигнала на каждом втором двоичном разряде независимо «1» это или «0». В результате формируется двухполярный двухуровневый код.

AMI – alternate mark inversion – двоичный код RZ с инверсией на каждой «1». Может быть получен из кода ADI путем инверсии каждой четной «1». При нуле состояние импульса не меняется. Является двухполярным трехуровневым кодов.

CMI – coded mark inversion – двухуровневый код без возвращения к нулю, где каждая «1» ставиться в соответствие к комбинации «11», либо «00» - инверсия четных единиц. А «0» – изменением полярности в центре каждого импульса, т.е. в соответствие ставится комбинация «01». Является разновидностью кода 1b2b.

MBNB – общее обозначение класса блочных кодов, где M – дина (в битах) блоков, на которые разбивается исходная ИКМ последовательность, а N – соответствующая им длина (в битах) блоков, составленных из кодовых символов. Наиболее известным является класс 1B2B, в котором 1 бит исходной ИКМ последовательности длительностью T кодируется комбинацией из 2 бит длительностью (относительная скорость передачи при этом в каналах связи возрастает в 2 раза). К этому классу относится код Миллера. Код Миллера строится в соответствии с графом, где в узлах показаны комбинации кода Миллера, а переходы между узлами соответствуют изменению состояния исходного ИКМ кода.

Если начальные состояние ИКМ кода «1», то в графе Миллера преобразование начинается с узла «11». Если начальное состояние «0», то – с узла «00». Если кода 110, то в соответствии с графом Миллера мы получим такие комбинации: 1 – в 11, 1 – в 10, 0 – в 00. Для указанной выше ИКМ последовательности при помощи графа Миллера мы получили такие комбинации:

3.3. Иерархии цифровых систем передачи

Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз, а именно последующий уровень строится на основе n-числа каналов предыдущего уровня.

Цифровая система передачи, соответствующая первой ступени иерархии, называется первичной; в этой ЦСП осуществляется прямое преобразование относительно небольшого числа первичных сигналов в первичный цифровой поток. Системы передачи второй ступени иерархии объединяют определенное число первичных потоков во вторичный цифровой поток и т.д.

В рекомендациях МСЭ-Т представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ). Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 кбит/с, называемый основным цифровым каналом (ОЦК). Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов.

3.3.1. Основы мультиплексирования

Цифровые системы передачи работают с двумя типами сигналов: непрерывные и дискретные. В первом случае, при мультиплексировании цифровыми системами необходимо предварительная дискретизация сигнала с последующим формированием группового сигнала. Принципы таких операций рассмотрены при описании работы систем импульсно-кодовой модуляции.

При обработке дискретного сигнала, системы имеют дело уже с двоичным сигналом. При мультиплексировании таких сигналов, на входе с мультиплексора имеются n двоичных входных последовательностей. Коммутатор мультиплексора может последовательно отбирать из каналов любую логически осмысленную для данной сетевой топологи, последовательность бит, составляя из них выходную последовательность. Такой процесс называется интерливингом (чередованием). Различают такие виды интерливинга:

- бит-интерливинг или чередование бит – на выход коммутируются последовательно по одному биту из каждого канала.

- байт-интерливинг или чередование байтов – на выход коммутируются последовательно по одному байту из каждого канала.

- символьный интерливинг или чередование символов – на выход коммутируются последовательно по одному символу (поле длиной 7 бит – ASC2 код – американская версия, или 8 бит – ASC2 код - международная версия) из каждого канала.

- блок-интерливинг или чередование блоков – на выход коммутируются последовательно по одному блоку из каждого канала.

На пример покажем принцип мультиплексирования с бит-интерливингом.

Из каждого канала по 64 кбит/с выходят 4-ре бита, каждый длительностью 125 мкс. Время передачи блока с одного канала 500 мкс. При формировании группового канала уменьшается длительность одного бита до 31,25 мкс. В результате в 500 мкс помещается 16 бит из 4-ех каналов. Таким образом, скорость в групповом канале составляет 256 кбит/с.

3.4. Европейская плезиохронная цифровая иерархия

Покажем характеристики европейской системы плезиохронной иерархии:

Уровень иерархии	Европа
	Скорость Мбит/с	Коэффициент мультиплексирования
0	0,064	-
1	2,048	30
2	8,448	4
3	34,368	4
4	139,264	4

Где коэффициент мультиплексирования показывает, сколько каналов предыдущего уровня содержится в текущем уровне иерархии.

Скорости цифровых потоков одной и той же ступени ПЦИ, могут несколько отличаться друг от друга в пределах допустимой нестабильности частот задающих генераторов. Именно поэтому рассматриваемая иерархия ЦСП называется плезиохронной. Наличие нестабильности задающих генераторов требует принятия специальных мер при объединении потоков в поток более высокой ступени иерархии, что заметно усложняет эксплуатацию первичной сети связи в целом и снижает ее качественные показатели.

Принцип объединения и разделения цифровых потоков европейской ПЦИ показан ниже. При выделении низкоскоростного потока (например, со скоростью 0,064 Мбит/с (64 кбит/с)), на промежуточной станции необходимо иметь все оборудование промежуточных уровней иерархии между выделяемым потоком и тем который используется для передачи группового потока.

Принципы синхронизации ЦСП. В плезиохронных ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного оборудования (ГО) на передающей и приемной станциях. Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:

тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой FТ;

цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры;

сверхцикловая синхронизация обеспечивает на приеме правильное распределение сигналов управления и взаимодействия (СУВ) по соответствующим телефонным каналам. СУВ представляют собой набор сигналов, управляющих работой АТС (набор номера, ответ, отбой, разъединение и пр.)

Нарушение хотя бы одного из видов синхронизации приводит к потере связи по всем каналам ЦСП.

Система тактовой синхронизации включает в себя задающий генератор (ЗГ), входящий в состав ГО передающего оборудования оконечной станции (Пер) и вырабатывающий импульсную последовательность тактовой частоты FТ, и устройства выделения тактовой частоты (ВТЧ), устанавливаемые в том оборудовании, где осуществляется обработка сигнала с частотой FТ: в линейных регенераторах (ЛР) и приемном оборудовании (Пр) оконечной станции.

Наиболее распространенным методом выделения тактовой частоты является метод пассивной фильтрации, который состоит в том, что из спектра группового цифрового сигнала с помощью ВТЧ, содержащего высокодобротные резонансные контуры, фильтры-выделители или избирательные усилители, выделяется тактовая частота. Этот способ характеризуется простотой реализации ВТЧ, но имеет существенный недостаток: стабильность выделения тактовой частоты зависит от стабильности параметров фильтра-выделителя и структуры цифрового сигнала (при появлении длинных серий нулей или кратковременных перерывов связи затрудняется процесс выделения тактовой частоты).

Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи. Цикловой синхросигнал должен обладать определенными отличительными признаками, в качестве которых используется заранее определенная и неизменная структура синхросигнала (например, 0011011 в ЦСП ИКМ-30). Групповой цифровой сигнал в силу случайного характера информационных сигналов такими свойствами не обладает.

К системе цикловой синхронизации предъявляются следующие требования:

время вхождения в синхронизм при первоначальном включении аппаратуры и время восстановления синхронизма при его нарушении должно быть минимально возможным (1 цикл);

приемник синхросигнала должен обладать высокой помехоустойчивостью;

число символов синхросигнала и частота повторения должны быть минимально возможными.

Схемы ПСС включают в себя блоки обнаружения синхросигналов (СС) на основе схем совпадения, счетчики обнаружения СС в данной временной позиции, счетчики-накопители по входу в синхронизм и выходу из синхронизма.

Работа системы сверхцикловой синхронизации, как и работа системы цикловой синхронизации, основана на передаче сверхциклового синхросигнала (СЦС) в одном из циклов сверхцикла. Принцип работы приемника СЦС аналогичен работе ПСС.

Рассмотрим структуру кадра передачи ЦСП ИКМ-30. Данный поток называется первичным цифровым потоком и организуется объединением 30-ти информационных ОЦК.

Канальные интервалы КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 - под передачу служебной информации. Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего интервалы Р2 - Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи данных (ДИ). В нечетных циклах интервалы P3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС) и снижения остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение (Ост. зат). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты.

В интервале КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1 - Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 - Авар. СЦС). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1 - Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 - для 2-го и 17-го и т.д. Интервалы Р3, Р4, Р6 и Р7 свободны.

Принятая структура построения ЦСП ПЦИ реализуется посредством объединения и разделения типовых цифровых потоков. Сущность любого способа объединения заключается в том, что информация, содержащаяся в поступающих потоках, записывается в запоминающие устройства, а затем поочередно считывается в моменты, отводимые ей в объединенном потоке.

В наиболее общем случае объединения асинхронных (плезиохронных) потоков в объединенный поток помимо синхросигнала, указывающего порядок объединения, вводится служебная информация, обеспечивающая необходимое согласование скоростей объединяемых потоков.

Операции разделения потоков являются обратными операциям объединения: информация объединенного потока записывается в запоминающие устройства, соответствующие исходным потокам, затем считывается со скоростями, равными скоростям объединяемых потоков.

В большинстве случаев объединение потоков осуществляется посимвольно (побитно), т.е. считывание информации из запоминающих устройств при объединении происходит по разрядам: вначале считывается и передается разряд первого потока, затем - второго и т.д., после считывания разряда последнего из объединяемых потоков вновь считывается очередной разряд первого, т.е. цикл повторяется.

Возможно объединение и по группам символов. Например, в объединенном потоке можно вначале передать все символы, относящиеся к каналу или циклу передачи первого потока, затем - такую же группу символов второго и т.д. Объединение по группам символов требует увеличения объема памяти оперативных запоминающих устройств пропорционально числу объединяемых групп символов.

3.4.1. Элементы оборудования мультиплексирования сетей PDH

3.4.1.1. Амплитудно-импульсные модуляторы

Первым шагом в получении цифрового сигнала из непрерывного является его дискретизация. На первом этапе дискретизации формируется АИМ1 сигнал. Модулятором при этом выступает транзисторный ключ.

Схема представляет собой последовательный компенсированный ключ, который управляется импульсами от генераторного оборудования (ГО). Импульсы управления подаются на промежуток база-коллектор транзисторной сборки. Через R на базы транзисторов поступает дополнительное запирающее смещение, для более надежного запирания ключей.

Вторым шагом по формированию дискретного сигнала является АИМ2, задача которого расширить длину импульса на интервал дискретизации.

Выполняется по симметричной схеме. Когда и закрыты, на обеспечивается мгновенное хранение значения данного канального интервала. За время хранения кодер успевает закодировать информацию. После этого под воздействием управляющих сигналов с ГО через формирователь импульсов ФИ ключи открываются, и перезаряжается потенциалом нового уровня, соответствующего очередному значению канального интервала. Хранение на обеспечивается тем, что входное сопротивление усилителей УС3 и УС4 более 1 МОм.

3.4.1.2. Кодер с переменным шагом кодирования

Основной функцией кодера является выполнение операций квантования и кодирования АИМ сигналов, или иными словами, аналого-цифровой преобразование. Амплитуды АИМ сигналов кодируются в двоичном симметричном коде, при этом применяется принцип уравновешивания амплитуд тока кодируемых импульсов эталонными токами.

Используются кодеры взвешивающего типа с нелинейной характеристикой квантования. Нелинейное квантование заключается в изменении интервала квантования пропорционально изменению амплитуды входного сигнала, что позволяет достичь постоянства показателя: сигнал/искажение, появляющегося при ошибках квантования из-за резких изменений амплитуды сигнала, попадающих между отсчетами квантования.

При кодировании применяется 8-ми разрядный код, где символ первого разряда несет информацию о полярности кодируемого сигнала, символы 2-го – 4-го разрядов соответствуют номеру сегмента, в пределах которого находится амплитуда сигнала. Символы остальных 4-ех разрядов соответствуют номеру интервала квантования в пределах данного сегмента. Для этого сегмента разделяется на 16 уровней с постоянным шагом квантования. Дифференциальный компаратор К определяет знак сигнала, сравнивая его амплитуду с амплитудами эталонных сигналов, формируемых ФЭС1 и ФЭС2 (положительный, отрицательный). В каждом формирователе эталонных сигналов 11 ключей, замыкание которых подает одну из эталонных условных единиц. Восьмиразрядный цифровой регистр ЦР с линией управления записывает и хранит информацию, поступающую от компаратора. Устройство преобразования сигналов управления УПСУ преобразовывает семиразрядный код (без знакового символа), поступающий с выводов ЦР в сигналы управления ключами ФЭС. Устройство коммутации УКФ пропускает эти сигналы к одному из ФЭС в зависимости от знакового символа. Формирователь выходного сигнала Ф, преобразует параллельный код в последовательный. Принцип работы кодирующей схемы поясняется диаграммой.

Если сигнал на входе компаратора положительный, то символом в 1-ом такте будет 1, а если отрицательный – 0. Поступая на УКФ, эти символы определяют, какой из ФЭС будет работать в последующих сети тактах. При воздействии на компаратор 2,3,4 управляющих импульсов от устройства управления (УУ) ищется сегмент характеристики компрессии, в пределах которого находится амплитуда. Поиск осуществляется методом поразрядного уравновешивания. При этом во втором такте на вход компаратора (2) подается средний из сети эталонных сигналов, соответствующий границам сегментов (128). В последующем последовательность смены этих эталонов зависит от результата сравнения эталонов с амплитудой кодируемого импульса. Если , то по цепи обратной связи во второй триггер ЦР передается 1, а в следующем 3-ем такте на второй вход подается средний из эталонов, значения которых больше 128 (а именно, 512). Если , то по цепи обратной связи во второй триггер ЦР передается 0, а в следующем 3-ем такте на второй вход подается средний из эталонов, значения которых меньше 128 (а именно, 32).

Аналогично в 3-ем и 4-ом тактах, но уже в сегментах в соответствие с выбором во втором такте. Таким образом, к концу 4-го такта определяется эталонный сигнал, соответствующий нижней границе сегмента, в котором находится амплитуда, а во 2-ом – 4-ом триггерах ЦР будут записан двоичный номер сегмента.

Далее определяется положение амплитуды внутри выбранного сегмента. Для этого на протяжении 5 – 8 тактов последовательно осуществляется сравнение с эталонами, разделяющими выбранный сегмент. При этом поиск также начинается от середины сегмента, а последующий выбор эталонов зависит от того, в какой части сегмента оказалась амплитуда кодируемого сигнала.

3.4.1.3. Декодер с переменным шагом квантования

Декодеры предназначены для преобразования поступающих кодовых комбинаций на основе эталонных сигналов в сигнал АИМ2. Структурная схема декодера с переменным шагом квантования:

Если в декодировании, как и