Дәріс № 1 Цифрлық тарату жүйелері. 1. 1 Цифрлық тарату жүйелерінің құралу ерекшеліктері. Әлемнің көптеген дамыған елдерінде коммутация және цифрлық тарату әдістері базасында желіні құруды қарастыратын байланыс желісінің цифрлау курсы қабылданған. Бұл аналогты әдістерге қарағанда цифрлық таратудың келесі артықшылық әдістерімен түсіндіріледі. Жоғары бөгеуілге төзімділік. Байланыс сызықтарының ұзындығынан тарату сапалығының әлсіз тәуелділігі. Таратудың цифрлық жүйелерінің араналар параметрлерінің тұрақтылығы. Дискретті сигналдарды тарату үшін арналардың өткізу мүмкіндіктерін қолданудың эффективтілігі. Байланыстың цифрлық желілерін құрудың мүмкіндігі. Технико экономикалық жоғары көрсеткіштері. 1
ЦТЖ аппаратуралары қалыптастыру және цифрлық сигалдарды қабылдау аппаратурасынан, сонымен қатар сызықты тракт аппаратураларынан тұрады. Цифрлық сигнал біріншілік ЦТЖ аналогты-цифрлық түрлендіргіштің құрылғыларында қалыптасады немесе аса жоғары деңгейлік ЦТЖ уақытша топ құру құрылғыларында қалыптасады. Бірінші жағдайда ҚТЖ кірісіне аналогті сигнал, ал екінші жағдайда цифрлы сигнал түседі. Дәрістің негізгі өзегі импульсті кодалық модуляцияны қолдану кезіндегі ВРК бар ЦТЖ арналары бойынша телефонды сигналдарды тарату болып табылады. 2
Бұл жағдайда топтық цифрлық сигналдың қалыптасуы келесі операциялардың тізбекті орындауын қамтамассыз етеді. (1. 1 сурет) Уақыт бойынша арналарды бөлу принципін қолдану арқылы N дара АИМ сигналдарды топтық АИМ сигналдарға біріктіру. Уақыт бойынша дара телефонды сигналдардың дискретизациясы. Нәтижесінде амплитуда бойынша модуляцияланған импульсті сигнал қалыптасады, яғни АИМ сигнал. Деңгей бойынша топтық АИМ сигналын кванттау. Топтық АИМ сигналдың санауының тізбекті кодалау нәтижесінде топтық ИКМ сигналы қалыптасады, яғни цифрлық сигнал. 3
1. 1 -сурет. Цифрлық топтық сигналдарын қалыптастыру принциптері. 4
1. 2 Сигналдарды уақыт бойынша дискреттеу. Арналарды уақытша бөлуі бар тарату жүйелеріде әрбір арнаның сигналы бастапқы сигналмен модуляцияланған импульстердің периоды тізбегін құрайды. Әдетте амплитудалық-импульсті модуляция қолданылады. Мұнда импульстер амплитудасы модуляцияланады, ал басқа параметрлер (ұзақтығы, орындау жиілігі, уақытша жағдайы) өзгеріссіз қалады (1. 2 сурет). 5
1. 2 -сурет АИМ сигналының қалыптасуы. 1. 3 -сурет АИМ сигналының спектралды құрамы. 6
Осылайша АИМ сигалының қалыптасу процесінде белгілі дискретизация теориясына сәйкес уақыт бойынша үзіліссіз сигналдың дискретизациясы орындалады: Fв жоғары жиілік спектрі бойынша шектелген кез-келген үзіліссіз сигнал Tд ≤ ½ Fв уақыт аралығында алынған өзінің дискретті санауының тізбектілігімен анықталады. Осыған сәйкес дискретизация жиілігі, яғни дискретті санаулардың Fд ≥ 2 Fв шартынан алынады. 7
АИМ кезінде импульстердің периодтық тізбектілігінің амплитудасы C(t) модуляцияланған сигнал амплитудасының өзгеруіне сәйкес өзгереді. АИМ: бірінші (АИМ-1) және екінші (АИМ-2) деп екі түрге бөледі. Барлық байланыстың үзіліссіз сигналдары кең спектрі бар кездейсоқ процестер болып табылады. Сонымен қатар негізгі энергия тар жиілік жолағына негізделген. Таратуда дискретизация алдында төменгі жиілік фильтрінің көмегімен Fв жиілігімен сигнал спектрін шектеу керек. Телефондық сигналдар үшін f=3, 4 к. Гц 8 жиілігі бар ФТЖ-ны қолдану керек.
Бір өрісті сигналды АИМ кезіндегі модуляцияланған тізбектің жиіліктік спектрі. (1. 3 -сурет): - G 0 - тұрақты құраушы; - FH…Fв - бастапқы модуляцияланған сигнал жиілігі бар құраушылар; - Fд дискретизация жиіліг және k. Fд гармоникаларының құраушысы; - бүйір жолақтарының құраушысын және k. Fд ± (FH…Fв)оның гармоникалары. 9
1. 1 -суретіне сәйкес дискретизациядан кейін арналық сигналдар АИМ сигналдарының тізбеігі болып табылады. Олар бір-біріне қатысты уақыт бойынша ығысу түрде болады, олар бірігіп нәтижесінде топтық АИМ сигналын қалыптастырады (АИМтоп). 1. 5 -суретте әрбір санаудың алдында оның қатысы бар арна номері көрсетілген. Топтық АИМ сигналының қалыптастыру шығысымен таратудың ақырғы құрылғысындағы кодалаушы құрылғылардың кірісінің және декодалаушы құрылғылардың шығысының және қабылдаудың ақырғы құрылғыларындағы арналық сигналдарды (уақытша селектор) бөлу құрылғысының кірісінің арасында таралады. 10
Жоғары жиілік жолағын шектеуден пайда болатын бұрмаланулар бірінші жақты бұрмаланулар деп аталады. Жоғарыда жиілік жолағының шектелуі топтық сигнал өткен кезде тізбектегі реактивті элементтердің бар болуына байланысты. Тікбұрышты импульстарды тарату кезіндегі пайда болған бұрмаланулардың сипаттамасы 1. 6, бсуретте көрсетілген. Бұл жағдайда әдеттегідей тек алдындағы арналардың әсерін ескерген жеткілікті. Себебі, уақыт бойынша алшақ әсерлердің орналасқан арналардың әсерлері аз көріністі болып табылады. 11
Төменде жиілік жолағын шектеуімен пайда болған бұрмаланулар екінші жақты бұрмаланулар деп аталады. Бұл шектеу топтық сигнал тізбегінде реактивті элементтердің (трансформаторлардың, сиымдылықтардың және тағы басқа) болуымен байланысты. Тікбұрышты импульстерді тарату кезінде пайда болған бұрмаланулар 1. 6, б- суретте көрсетілген. Бірінші жақты бұрмаланулармен салыстырғанда кері номерлықтың лақтырулары баяу өшеді. Сондықтан да әсер етуші арнадан уақыт бойынша алшақтатылған арналар да әсер етіледі. 12
1. 4 -сурет ФТЖ-ның тұрақсыздығының әсеріне 1. 5 -сурет АИМ сигнал. бұрмаланулардың топтық пайда болуы 13
Ақиқатты трактіде екі типті бұрмаланулар пайда болады. Осылайша, арналарды уақытша бөлуі бар жүйелерде сызықты бұрмаланулар арналар арасындағы айнымалы бөгеуілдердің пайда болуына әкеліп соқтырады. Сонымен бірге тракт бойынша топтық АИМ сигналынның өтуі кезіінде арналардың әрбір санауының амплитудасы өзгереді. Бірақ та арналар арасындағы айнымалы бөгеуілдер болмайды. Себебі импульстер ұзақтығы өзгермейді. 14
Амплитудалық-импульсті модуляторға және уақыттық селекторларға тезәрекеттігі және аплитудалық сипаттамасының сызықтығы қатынасы бойынша өте қатал талаптар қойылады. Олардың тезәрекеттігіне арналар арасындағы айнымалы бөгеуілдердідің санына байланысты. Сондыктан бірге басқарылатын импульстік кернеудің басыңқылықты қажет етілуі, оның модулятор немесе селектор шығысына өтіп кетуі, арнада шулардың өсуіне әкеп соғады. Бұл модуляторлардың баланстық сұлбаларын және уақыттық селекторларды қолдануды талап етеді. 15
1. 7 -суретте мысал ретінде АИМ - модулятор сұлбасы келтірілген. Ол транзистордағы балансталған VT 1 және VT 2 кілттері түрінде орындалған. Басқарылатын сигналда импульс бар болғанда кілт ашылады және жүктеме арқылы кіріс сигналына пропорционал ток өтеді, ал басқарылатын сиганалдың импульстері Uбасқ арасында кілт жабық түрде таңдалу керек. Ашық жағдайда кілттің кедергісі анағұрлым аз болуы керек, ал жабық күйде шексіздікке ұмтылу керек. Нәтижесінде жүктемеде АИМ-1 түрдегі сигнал қалыптасады. Басқарылатын импульсті кернеу жүктемеге келіп түспейді, яғни басынады. Бұл басқарылатын кернеу VT 1 және VT 2 базаларына келіп түседі және эмиттерлі токтардың пайда болуына әкеп соқтыруымен түсіндіріледі. Осы эмиттерлі токтар жүктеме арқылы қарама-қарсы бағытта ағады. Егерде транзисторлар бірдей параметрлерді құраса, онда осы токтар саны бойынша тең және жүктемедегі қосылған ток нөлге тең болады. 16
1. 6 -сурет АИМ сигналының бұрмалануы. 1. 7 -сурет АИМ модуляторының сұлбасы 17
Арналық сигналдардың бірігуінен кейін топтық АИМ сигнал қалыптасады. Оны кванттау операциясының алдында АИМ-2 түріне түрлендіру керек. АИМ-1 сигналын АИМ-2 сигналын түрлендіру принципі 1. 8. -суретте келтірілген сұлба бойынша көрсетілген. Арналық АИМ модуляторларының шығысынан күшейткіш 1 (УС 1) кірісіне АИМ-1 топтық сигнал келіп түседі. Кілт2(Кл 2) кілті Кл 1 мен бірге тұйықталады және күшейткіш 1 шығысымен жинағыш конденсаторына қосады. Ол зарядтың аз уақыт ішіндегі деігейіне дейін зарядталады. Зарядтың уақыты УС 1 аз байланысты шығыс кедергісін қамтамассыз етіледі. Кл 1 және Кл 2 кілттерінің ажырауынан кейін конденсатор зарядының кернеуі Кл 3 кілттінің тұйықталуына дейін өзгермейді. Бұл күшейткіш 2 (УС 2) кіріс кедергісінің да күшті АИМ санауына келіп түсуге дайын болады. Осылайша күшейткіш 2 (УС 2) шығысында жазық биік санауы бар топтық АИМ сигнал қалыптасады, яғни АИМ-2 сигналы. 18
1. 9 -суретте сұлбаның жұмыс істеу принципін түсіндіретін уақытша диаграммалар көрсетілген. Кл 2 және Кл 3 кілттері Кл 6 кілті сияқты 1. 7 - суретте келтірілген сұлба бойынша іске асырылады. 1. 9 -суретте көрініп тұрғандай АИМ-2 кезіндегі санаулардың аплитудалары барлық арналық арақашықтық бойы өзгермейді (τАИМ≈ Тд/N). Бұл кодалау құрылғысының орнықты жұмысын қамтамасыз етеді. Осы құрылғының кірісіне топтық АИМ сигналы келіп түседі. 19
1. 8 -сурет. АИМ - трактінің құрылымдық сұлбасы 1. 9 -сурет. АИМ - трактіндегі уақытша диаграммалар 20
