Передача uHdmmmuu

Импульсная модуляция и мультиплексирование

Технология преобразования аналогоюго звукоюго сигнала в цифровой сигнал называется импульсной модуляцией (ИМ). Мультиплексирование с разделением по времени позволяет передавать по одной линии несколько звуковьк каналов.

Теория коммуникаций утверждает, что аналоговый сигнал, подобный голосу, может быть преобразован в цифровой, если частота выборки по крайней мере в два раза превосходит его максимальную частоту. Верхняя частотная граница звукового сигнала в телефонии составляет 4000 Гц, что соответствует частоте выборки устройства ИМ 8000 раз в секунду. Выборка представляет собой процесс считывания амплитуды звукового сигнала. Результат каждого считывания записывается в виде 8-битоюго числа. Восьми битов достаточно для записи информации о 256 различньк результатах считывания амплитуды. Поскольку каждое считывание записывается в виде 8-битоюго числа и каждую секунду происходит 8000 считываний, то информационная емкость одного звукового канала составляет 64000 бит/сек (8000 считываний х 8 бит/считывание = 64000 бит). На приемном конце аналогичные правила выполняются для обратного процесса декодирования и юсстановления звукоюго сигнала. На рис. 2.6 схематически представлена идея ИМ. Существует много способов конструирования и использования ИМ-систем, общими для которых является изложенная выше идея.

Передача 64 ООО битов в секунду не представляет большой проблемы для стандартной линии. Для полного использования информационной емкости линии телефонные компании передают несколько телефонных каналов по Одной линии. Может юзникнугь впечатление, что каналы используются

Звуковой (аналоговый) частотмый сигнал

Исумнис

Аналоговый сигнал преобразуется

в один из Аккрвтных уровней.

(дт 8 битов будет 256 ташк уровней)

J Детектор

Волокно

10)0

1 01

Выборка -

Одиночная выборка (8 битов)

Значение амплитуды представлено В-битным словом

Приеммк двтекщрует и усиливает полученные ослабленные импульсы

Импульсы используют для восстановления звукового сигнала

Рис. 2.6. Импульсное модулирование (рисунок предоставлен AMP Incorporated)

одновременно, хотя это не так. Сначала передается часть перюго разгоюра, затем часть второго, часть третьего и так далее. Устройстю, позволяющее комбинировать передачу различных сигналов по одной линии, называется мультиплексором. Скорость передачи системы при этом позюляет передавать все сигналы по очереди. Демультиплексор произюдит обратную операцию и разделяет поступающие сигналы.

Мультиплексированием с разделением по времени (Time-division multiplexing, TDM) называется технология мультиплексирования, отюдящая каждому зву-коюму каналу определенную временную квоту. Существуют также другие виды мультиплексирования, такие как: мультиплексирование с частотным разделением (Frequency-division multiplexing, FDM) имультиплеюсщювание с разделением по длинам волн (Wave-division multiplexing, WDM). ГОМ приписывает различным информационным каналам несущие с различной частотой. Кабельное телевидение использует именно FDM. WDM используется исключительно в оптических коммуникациях и будет обсуждаться в главе 12.

Волоконная оптика крайне важна для подобньк телефонных систем, так как ее юзможности по передаче информации преюсходят юзможности систем на медном кабеле.

Децибел

Децибел (дБ) - важная величина, которая используется как в юлоконной оптике, так и в электронике для выражения усиления или затухания в системе в целом или в ее компонентах. Транзистор, например, может усиливать сигнал, увеличивая амплитуду его напряжения, тока или мощности. Это увеличение называется усилением. Аналогично, затухание - это уменьшение напряжения, тока или мощности. Основные уравнения, определяющие децибел, следующие

dB = 20 logio dB - 20 logio () 10 log:o

dB =

где V- напряжение, /- ток и Р- мощность. Децибел, таким образом, характеризует отношение двух напряжений, токов или мощностей. Отметим, что в случае напряжения и тока отношение логарифмов умножается на 20, а в случае мошюсти - на 10.

В основном децибел используется для сравнения входной и выходной мощности системы, электрической цепи или отдельного компонента устройства. Количестю децибел гоюрит о влиянии устройства на сигнал. Транзистор, как правило, усиливает сигнал. Другие компоненты могут приюдить к затуханию сигнала. Если Ро.- выходная мощность и Рщ - входная мощность, то:

dB = 10 logio ()

Р( - устройство- Р

Децибелами описывается, как влияют на систему различные включаемые в нее компоненты. Иногда, например, требуется разрезать кабель и установить на сюбодные концы соединители для стыковки и расстыковки отдельньк отрезков кабеля. Включение соединителей вносит некоторое затухание, которое выражается в децибелах. В других случаях для обеспечения затухания в систему специально включается устройстю, называемое аттенюатор.

В юлоконной оптике, как правило, имеют дело с затуханием оптической мощности. (Электронные устройства в передающем и принимающем устройствах могут обусловливать усиление напряжения и тока.) Источник испускает оптическую мощность. По мере перемещения по волокну свет теряет свою мощность. Эти потери выражаются в децибелах. Например, если источник имеет мощность 1000 микроватт (мкВт) и приемник принимает сигнал мощностью 20 микроватт, то затухание в системе составляет 17 дБ:

Loss = 10 logio {-)

= 10 bg,o () = -16.989 дБ

где Р,г - мощность испускаемая источником, а - мощность принимаемого сигнала.

Таблица 2.1 демонстрирует долю сохраняющейся энергии при различных величинах затухания. Потери в 10 дБ (-10 дБ) соответствуют 90% энергии, и только 10% достигают приемника. Дополнительное увеличение затухания на 10 дБ приюдит к увеличению потерь на порядок. Заметим, что уровень потерь в 3 дБ соответствует потере половины мощности.

Волоконно-оптические линии обычно допускают потери на уровне в 30 дБ, что соответствует 99.9% потери мощности при передаче сигнала. Если источник имеет мощность 1000 мкВт, то в этом случае только 1 мкВт достигнет приемника. Поэтому в юлоконной оптике большое внимание уделяется мощности источника, потерям в системе и чувствительности приемника по отношению к слабым сигналам.

Напомним, что затухание, выраженное в децибелах, имеет отрицательную величину. В юлоконной оптике обычной практикой является опускание отрицательного знака и оперирование с затуханием, скажем, в 6 дБ. В действительности затухание равно -6 дБ. Эта величина получается из решения уравнения, определяющего затухание. Но в речи и даже в сюдной таблице отрицательный знак опускается, не приводя к существенной неопределенности. Если выражение затухания используется в каком-либо уравнении, не забывайте приписывать ему отрицательный знак! (Неопределенность может возникнуть из-за того, что некоторые уравнения адаптированы с учетом отрицательной величины затухания.)